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Dampfkraftanlage mit Zwangdurchlaufkessel und Zwischenüberhitzer für
einen Betrieb mit steilen Laststoßspielen Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage
mit Zwangdurchlaufkessel und Zwischenüberhitzer für einen Betrieb mit steilen Laststoßspielen
sowie mit einer Einrichtung zum Erhöhen der Speicherfähigkeit der Dampferzeugungsanlage,
bei der ein für den Kesseldruck ausgelegter Hochdruckspeicher vorgesehen ist, von
dessen Dampfraum eine Leitung zum überhitzereinlaß führt und dessen Ladeleitung
in der Verdampferheizfläche des Kessels abzweigt.
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Es ist bereits bekannt, bei im Zwangdurchfluß betriebenen Röhrendampferzeuger
einen in das Rohrsystem hinter einem Überhitzer als Speicher wirkenden Flüssigkeitsbehälter
einzuschalten.
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Auch ist bereits bekannt, die Speicherfähigkeit beim Bensonkessel
durch eine Dampftrommel zu verbessern.
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Außerdem ist es bereits bekannt, zur Erhöhung der Speicherfähigkeit
einer Zwangdurchlaufkesselanlage einen dampfbeheizten Speicher vorzusehen, der bei
einer plötzlichen Lasterhöhung zusätzlichen Dampf in den Frischdampfüberhitzer liefert.
Dabei wird dem Speicher bis auf die .denn Betriebsdruck des Kessels entsprechende
Siedetemperatur aufgeheiztes Wasser und Dampf zugeführt.
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Eine in dieser Weise ausgebildete Anlage berücksichtigt bei auftretenden
insbesondere steilen Laststößen aber nur unvollkommen die Betriebsbedingungen der
Dampfkraftanlage eben nur durch die zusätzliche Dampflieferung -aus dem Speicher
in den Überhitzer der Kesselanlage, ohne daß die Möglichkeiten einer größeren Ausdampfung
im Kessel durch eine zusätzliche Siedewasserlieferung in den Verdampferteil des
Kessels genutzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Speicherfähigkeit einer
Zwangdurchlaufkesselanlage zu vergrößern, wobei nicht nur das Ausdampfungsvermögen
der Kesselanlage, sondern auch die Betriebssicherheit der Anlage durch eine stets
gewährleistete Kühlung des Verdampferteiles erhöht werden sollen. Weiterhin soll
eine über das Verhalten der bereits so gestalteten Kesselanlage einschließlich des
Zwischenüberhitzers hinausreichende und im wesentlichen von dem Verhalten dieser
Anlage unabhängige, den Forderungen der Turbine Rechnung tragende Beeinflussung
der Speicher- und Leistungsfähigkeit des Zwischenüberhitzers, aus :der im allgemeinen
der größere Leistungsanteil, insbesondere bei steilen Laststoßspielen, zu decken
ist, sichergestellt werden.
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Diese Aufgabe soll nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst
werden, daß die Ladeleitung in den Flüssigkeitsraum des Hochdruckspeichers einmündet
und vom Hochdruckspeicher zusätzlich eine zweite Entladeleitung zur Zwischendampfschiene
führt.
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Durch diese Kombination an sich bekannter Merkmale ist gewährleistet,
daß dem Hochdruckspeicher Speisewasser zugeführt wird, ,das bis auf die dem Betriebsdruck
des Kessels entsprechende Siedetemperatur aufgeheizt ist, unddaß der so gespeicherte
zusätzliche Dampf zur schnellen Stütze der Frischdampf- und der Zwischendampfschiene
herangezogen werden kann. Durch die Abzweigung der Ladeleitung an einer Stelle der
Durchlaufbahn des Arbeitsmittels im. Verdampferteil des Kessels, an der noch keine
Verdampfung des Arbeitsmittels eingesetzt hat, wird weiterhin gewährleistet, daß
bei Frischdampfdruckabsenkungen eine zusätzliche Siedewasserlieferung, aus dem Speicher
in den Verdampfer erfolgt. Dadurch wird wiederum das Ausdampfungsvermögen des Kessels
vergrößert. Vorteilhafterweise wird durch diese Maßnahmen die Verschlechterung des
spezifischen Wärmeverbrauches bei Laststoßbetrieb der Anlage gegenüber einem normalen
Kondensationsbetrieb in vertretbaren Grenzen gehalten.
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Auch kann die zweite Entladeleitung des Hochdruckspeichers bei Auflasten
durch ein Ventil absperrbar ausgeführt sein, während die Zwischendampfschiene mittelbar
über eine Reduzierstation mit der Frischdampfschiene verbunden ist.
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Weiter können zur Erhöhung der Laststeigerung. bei Auflasten die Entnahmeventile
an der Turbine für die Versorgung der Niederdruckvorwärmer und' des Mischvorwärmer-Entgasers
abschließbar sein,. wobei zur Versorgung der Niederdruckvorwärmer-und
des
Mischvorwärmer-Entgasers mit Heizdampf dieser entweder direkt oder dem Dampfraum
des Hochdruckspeichers, aus der Zwischendampfschiene oder aber durch Entspannen
von Heißwasser aus dem Hochdruckspeicher entnommen wird.
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Außerdem kann zwischen Kessel und Hochdrucküberhitzer ein Aufstauventil
vorgesehen sein, das bei Auflasten öffnet und bei Lastabwurf teilweise schließt.
Ein ähnliches Aufstauventil kann in der Zwischendampfschiene hinter dem Zwischenüberhitzer
vorgesehen sein. Weiterhin soll bei Lastabwurf die überschüssige Heizleistung des
Kessels vorübergehend von dem Hochdruckspeicher in Form von Heißwasser aufnehmbar
und bei Normalbetrieb wieder in den Kessel zurücklieferbar sein, wobei für Lastabwurf
zusätzlich eine überströmstation vorgesehen ist zur Abfährung überschüssiger Dampfkapazität
dar Frischdampfschierne in das Zwischendampfnetz und außerdem zur Entleerung des
Zwischenüberhitzers in den Turbinenkondensator und/oder in den Niederdruckspeicher
eine Mitteldruck-Reduzierstation vorgesehen ist.
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Die Zeichnung stellt schematisch zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird das Speisewasser im
rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer 1 vorgewärmt und durchströmt anschließend
den eigentlichen Kessel 2 mit Verdampfer. In einer Zone des Kessels, in der das
Speisewasser die zu dem Betriebsdruck des Kessels gehörige Siedetemperatur erreicht
hat, wird ein Teilstrom des Gemisches über die Leitung 3 a nach dem Hochdruckspeicher
3 abgezweigt. Das Ventil 26 in dieser Leitung ist dazu ganz geöffnet. Der im Kessel
erzeugte Dampf strömt in den Vorüberhitzer 4. Im Einspritzkühler 5 erfolgt
je nach Erfordernissen der Friscchdampftemperaturregelung eine Kühlung und im Nachüberhitzer
6 eine Aufheizung des Dampfes auf -die jeweils benötigte Temperatur.
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Da in den Hochdruckspeicher 3 zusammen mit dem Speisewasser, zum Teil
auch über das Ventil 27, Dampf strömt und darüber hinaus entsprechend dem Druckge£'älle
zwischen Hochdruckspeicher 3 und Vorüberhitzer eine teilweise Ausdampfung des Wassers
erfolgen kann, muß bei normalem Betrieb von Benson- und Ramssn-Kesseln das Ventil
27 so geregelt werden, daß eine dampfseitige Anpassung des Druckes des aus
dem Speicher in den Vorüberhitzer kommenden Dampfes an die dort je nach der betriebsmäßig
Dingten Lage der Verdampfungszone in dem Zwangdurchlaufkessel herrschenden Verhältnisse
gewährleistet ist. Bei Sulzer-Kesseln kann das Ventil 27 im normalen Betrieb
voll geöffnet sein, da bei dieser Art von Zwangdurehlaufkesseln die Verdampfungszone
ohnehin durch die Abscheideßasche festgelegt ist. Die Reduzierstation 35 mit dem
Einspritzkühler 7 ist im normalen Betrieb im allgemeinen geschlossen, es sei denn,
daß infolge steigenden Druckes vor der Turbine überströmdampf abgeführt werden muß.
Das Ventil 20 ist normalerweise geöffnet. Der Dampf wird unter Arbeitsleistung in
der HD-Turbine 8 entspannt, im Zwischenüberhitzer 9 aufgeheizt und strömt über das
geöffnete Ventil 21 in die Niederdruckturbine 10. Das überströrnveniil22 ist normalerweisegeschlossen.
Die Leistung der Turbine wird dem Generator 11 zugeführt. Für Speisewasservorwärmung
in dem Niederdruck- 14 und dem Mischvorwärmer 15 wird Holzdampf aus den Entnahmen
der Niederdruckturbine bei geöffneten Ventilen 23 und 24 entnommen.
Da für das Beispiel Festdruckentgasung gewählt wurde, ist für die Konstanthaltung
des Entgaserdruekes eine Reduzierstation 25 vorgesehen. Der Abdampf der Turbine
wird im Kondensator 12
niedergeschlagen und das Kondensat durch die Kondensatpumpe
1.3 in die Vorwärmstrecke gefördert. Aus dem Mischvorwärmer 15 fördert die Kesselspeisepumpe
16 über den Hochdruckvorwärmer 17 das Speisewasser in den Kessel. Das Abflußventil
28 an dem Hochdruckspeicher 3, die Abflußventile 30 und 31 an dem Zwischendampfnetz-Entspanner
18 sowie das Abflußventil 34 an dem Niederdruck-Entspanner 19 sind normalerweise
auch geschlossen. Die Entspanner-Ventile 29 und 32 sind geöffnet,
das Ventil 33 geschlossen, so daß die Entspanner 18 und 1g mit zugehörigen Rohrleitungen
stets in warmem, betriebsbereitem Zustand sind. Bei einem Lastanstieg der Turbine
öffnet das Ventil 20, der Druck vor der Turbine sinkt. Entsprechend. dem Druckgefälle
zwischen Kessel und Turbine wird Speicherdampf einerseits aus der normalen Speicherfähigkeit
des Kessels, andererseits aus der Speicherfähigkeit des Hochdruckspeichers 3 geliefert
Selbst bei großen und steilen Lasten können je nach Größe des Hochdruckspeichers
3 nur relativ geringe Absenkungen des Druckes vor der Turbine bei ausreichender
Versorgung der Turbine mit Dampf eingehalten werden. Wie bereits erläutert, reicht
jedoch bei großen, steilen Auflasten eine Stützung der Frischdampfsehiene allein
nicht immer aus, wesentlich ruhigerer Betrieb ist bei gleichzeitiger. Stützung der
Zwischendampfschiene möglich. Zu diesem Zweck wird bei einem plötzlichen großen
Lastanstieg das Abflußventi128 in der Leitung 3 b geöffnet, wodurch heißes Druckwasser
in den Entspanner gelangt. Der durch Entspannung entstehende Dampf füllt schnell
den Zwischenüberhitzer und stützt durch zusätzliche Dampflieferung die Zwischendampfschiene.
Die Turbine wird sowohl frischdampfseitig als auch zwischendampfseitig ausreichend
und rechtzeitig mit Dampf versorgt. Das Entspannungswasser fließt über das Ventil
31 in den Misohvorwärmer ab. Zur weiteren Erhöhung der Laststeigerungsgeschwindigkeit
werden bei einem plötzlichen Lastanstieg die Entnahmeventile 23 und 24 geschlossen,
das Abflußventil 30 geöffnet und teilweise entspanntes Wasser aus dem Entspanner
18 in den Entspanner 19 gegeben. Das Ventil 33 wird geöffnet. Der im Entspanner
19 entstehende Dampf versorgt jetzt die Vorwärmer 14 und 15 mit Heizdampf.
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Bei einem Lastabwurf schließen zunächst die Ventile 20 und 21, die
überströmstation 35 öffnet. Das Speicherventil 27 schließt, das Ventil
28 bleibt geschlossen. Die Speisewasserversorgung und die Heizleitung des
Kessels können zunächst der Laständerung nicht sofort folgen, der Druck und das
Wasserniveau im Kessel und im Hochdruckspeicher 3 steigen an, ein wesentlicher Teil
der überschüssigen Heizleistung des Kessels kann in Form von HeißwasserimHochdruckspeicher
3 aufgenommen werden.
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Beim Erreichen des höchstzulässigen Wasserstandes im Hochdruckspeicher
3 schließt das Ventil 26. Durch Rücklieferung und Rückführung des Wasserstandes
im Normalbetrieb auf ein normales Niveau im Kessel kann das gespeicherte Wasser
später nutzbar verwendet werden.
Trotz der Speicherwirkung des Hochdruckspeichers
3 wird es erforderlich, einen Teil des Frischdampfes über Reduziersttation 35 in
Glas Mitteldrucknetz abzuführen und den Zwischendampf durch Öffnen der Reduzierstation
22 in bekannter Weise abzuführen. Das Entleeren des Zwischenüberhitzers und des
Speichers kann aus Wärtneersparnisgründen anstatt in den Turbinenkondensator in
bekannter Weise auch in einen Speicher bzw. teilweise in einen Speicher, teilweise
in den Turbinenkondensator erfolgen. Die in diesem Speicher aufgenommene Dampfmenge
kann dann im Normalbetrieb bzw. bei Laststößen als Heizdampf an die Niederdruckvorwärmer
und den Warmspeicher oder aber für sonstige Nutzzwecke verwendet werden. Die beschriebene
Ausführung stellt eine selbst bei äußerst steilen Auflasten sehr wirksame Unterstützung
sowohl der Frischdampf- als auch der Zwischendampfschiene und des Heizdampfnetzes
der Niederdruckvorwärmer dar. Für das Ablassen des Heißwassers ist es allerdings
erforderlich, besonders gegen Verschleiß widerstandsfähige Düsenventile zu verwenden.
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Je nach der Größe der zu erwartenden Laststöße kann es zweckmäßig
sein, eine Abwandlung der nach der Erfindung vorgeschlagenen Schaltung entsprechend
F i g. 2 zu verwenden. In der Schaltung wurden die Bezeichnungen entsprechend F
i g.1 beibehalten. Bei Auflasten wird das Zwischendampfnetz jetzt aus dem Dampfraum
des Speichers 3 über das zusätzlich hinzugekommene Ventil 271 gestützt, die
Entspanner 18 und 19 mit zugehörigen Ventilen können jetzt entfallen. Ob das Ventil
26 bzw. sogar 27 bei Auflasten offenbleiben soll bzw. geschlossen wird, muß
von Fall zu Fall entsprechend den vorliegenden Lastverhältnissen und der gewählten
Kapazität des Hochdruckspeichers 3 entschieden werden. In besonderen Fällen ist
es sogar möglich, eine einfachere Ausführung zu wählen, wobei -auch auf die direkte
Verbindung (mit -dem Ventil 271)
zwischen dem Dampfraum des Speichers 3 und
dem Zwischendampfnetz verzichtet wird. Der Speicher 3 liefert dann bei Auflasten
direkt Dampf nur in die Frischdampfschiene, während die Zwischendampfschiene mittelbar
über die überströmstation 35 aus dem Frischdampfnetz gestützt wird.
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Bei besonders harten Betriebsbedingungen in Bezug auf Laststöße kann
es unter Umständen zweckmäßig sein, zwischen dem Kessel t und den nachgeschalteten
Heizflächen 4 und 6 ein Aufstauventil 36 vorzusehen, das Ventil 27
muß dann im gleichen Sinne geregelt werden wie .das Ventil 36. Das Aufstauventil
36 kann aber auch als gemeinsames Ventil hinter der Verzweigung der Dampfleitungen
vom Kessel 2 und Hochdruckspeicher 3 angeordnet werden. Bei der druckmäßigen
Kesselauslegung ist dann der Laststoßdruck zu berücksichtigen. Im normalen Betrieb
arbeiten der rauchgasbeheizte Speisewasservorwärmer 1 und der Kessel 2 sowie der
Hochdruckspeicher 3 bei einem höheren Druck, als das bei normaler Auslegung des
Kessels notwendig wäre. Bei Auflasten öffnet das Ventil 36 bzw. die Ventile
36
und 27 und geben die dem vergrößerten Druckgefälle und dem Wasserinhalt
entsprechendeSpeicherfähigkeit des Kessels und des Speichers zur Unterstützung der
Frischdampfschiene frei. Bei Lastabwurf schließt dagegen das Ventil 36 bzw. die
Ventile 36 und 27 teilweise und vermindern so die Frischdampfabgabe an den Zwischenüberhitzer
und die Frischdampfschiene. _ f Schließlich kann es notwendig sein, zusätzlich zu
den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen auch in der Zwischendampfschiene ein
Aufstauventil hinter dem Zwisehenüberhitzer vorzusehen. Hierdurch kann in bereits
erörterter und bekannter Weise eine weitere Erhöhung der Laststeigerungs- und Lastbegrenzungsgeschwindigkeit
erreicht werden. Diese Maßnahme sollte allerdings mit Rücksicht auf den wärmewirtschaftlich
ungünstigen Einfluß des Aufstauventils auf den Kreisprozeß bei Normalbetrieb nur
bei Anlagen, die auf äußerst unruhige Netze arbeiten müssen, beschränkt bleiben.