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Dampfkraftanlage mit Zwischenüberhitzung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Dampfkraftanlage mit einer mindestens zweistufigen Kraftmaschine, mit einem
zwischen zwei Stufen der Kraftmaschine geschalteten, im Dampferzeuger angeordneten
Zwischenüberhitzer und mit einem ebenfalls im Dampferzeuger angeordneten, eingangsseitig
an einem Speicher angeschlossenen Hilfsüberhitzer, der Dampf für eine nachgeschaltete
Kraftmaschinenstufe liefert. Solche Anlagen haben wegen des im Dampferzeuger angeordneten
Hilfsüberhitzers, in dessen Eisenmasse sich Wärme aufspeichert, eine vergrößerte
Speicherfähigkeit, die zu kurzzeitiger Lastspitzendeckung ausgenutzt wird.
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Bei einer bekannten Dampfkraftanlage dieser Art wird die Speicherfähigkeit
dadurch vergrößert, daß zusätzlich zum Hauptdampferzeuger ein ölgefeuerter Zwangdurchlaufdampferzeuger
vorgesehen ist, der den Speicher und den daran angeschlossenen, zum Zwischenüberhitzer
in Reihe geschalteten Hilfsüberhitzer mit Dampf versorgt. In dieser Anlage wird
die Vergrößerung der Speicherfähigkeit mit einem großen Aufwand erreicht, indem
außer dem Hauptdampferzeuger ein besonderer Dampferzeuger mit eigener Speisepumpe,
Feuerung, Verdampfer- und Dberhitzerheizfläche vorgesehen sein muß.
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Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, die Speicherfähigkeit
einer Dampfkraftanlage mit möglichst geringem Bauaufwand zu vergrößern. Gelöst wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Hilfsüberhitzer mindestens zu einem
Teil des Zwischenüberhitzers parallel geschaltet ist und daß der Speicher in an
sich bekannter Weise an der Kraftmaschine angeschlossen ist.
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Hierdurch werden wesentliche Vorteile gegenüber der bekannten Anlage
erreicht. Durch die Parallelschaltung von Hilfsüberhitzer und Zwischenüberhitzer
ist das Druckgefälle im Zwischenüberhitzer kleiner als bei der bekannten Anlage,
bei der wegen der Reihenschaltung auch der Speicherdampf den gesamten Zwischenüberhitzer
durchströmen muß. Der Bauaufwand der erfindungsgemäßen Anlage ist, verglichen mit
der bekannten Anlage, sehr gering, weil kein zusätzlicher Dampferzeuger vorgesehen
ist, denn der Dampfspeicher ist an die Kraftmaschine angeschlossen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage besteht
darin, daß der Hilfsüberhitzer eingangsseitig an der Kraftmaschine auf einem höheren
Druckniveau angeschlossen ist als der Zwischenüberhitzer. Hierdurch liegt der Speicher
auf einem höheren Druckniveau, als wenn er an der kalten Zwischenüberhitzerleitung
angeschlossen wäre, so daß der Speicher mehr Dampf abgeben kann, bis sein Druck
abgesunken ist. Diese Vorteilhafte Wirkung läßt sich dadurch noch unterstützen,
daß in einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Hilfsüberhitzer ausgangsseitig
an der Kraftmaschine auf einem niedrigeren Druckniveau angeschlossen ist als der
Zwischenüberhitzer.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem
Hilfsüberhitzer und dem Speicher sowie vor diesem je ein lastabhängig beeinflußtes
Durchflußeinstellorgan vorgesehen. Durch das lastabhängig beeinflußte Durchflußorgan
zwischen dem Hilfsüberhitzer und dem Speicher kann der Mengenstrom des der Kraftmaschine
zuströmenden Zusatzdampfes besser der jeweiligen Last angepaßt werden, als wenn
das Einstellorgan nur auf- und zugemacht werden kann. Durch das lastabhängig beeinflußte
Durchflußeinstellorgan vor dem Speicher kann dieser auch bei plötzlicher Lastabnahme
Energie aufnehmen, so daß ein Abblasen der Sicherheitsventile vermieden wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung ist noch darin zu sehen, daß eine
Bypassleitung zwischen dem Dampfraum des Speichers und dem Austritt des Hilfsüberhitzers
vorgesehen ist. Mittels dieser Bypassleitung läßt sich die Temperatur des der Kraftmaschine
zuströmenden Zusatzdampfes durch Zumischen von Sattdampf aus dem Speicher annähernd
konstant halten. Diese Maßnahme läßt sich noch verfeinern, wenn nach einer Abwandlung
der Erfindung in der Bypassleitung ein Ventil angeordnet ist,
das
in Abhängigkeit von der Temperatur des Dampfes am Austritt aus dem Hilfsüberhitzer
beeinflußt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigt jeweils in schematischer Darstellung F i g. 1 eine erste Ausführungsform
einer Dampfkraftanlage, F i g. 2 eine zweite Ausführungsform mit Regelvorrichtung,
F i g. 3 eine dritte Ausführungsform mit Steuervorrichtung.
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Gemäß F i g. 1 besteht die Dampfkraftanlage im wesentlichen aus einem
Speisebehälter 1, einem Dampferzeuger 2 mit überhitzer 3, einer aus einem Hochdruckteil
4 und einem Niederdruckteil5 bestehenden Turbinenanlage, einem Zwischenüberhitzer
6, einem Hilfsüberhitzer 7 mit Speicher 8 und einem Kondensator 9. In einer
Speisewasserleitung 10
sind eine Speisepumpe 11 und zwei anzapfdampfbeheizte
Vorwärmer 12 vorgesehen, während einer Kondensatleitung 13 mit einer
Kondensatpumpe 14 und zwei anzapfdampfbeheizten Vorwärmern 15 ausgestattet
ist. Die Turbinenanlage 4, 5 treibt einen elektrischen Generator 16 an.
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Der Hilfsüberhitzer 7 ist zum Zwischenüberhitzer
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parallel geschaltet, indem beide überhitzer in eine zum Niederdruckteil
5 führende Leitung 17 münden, während eingangsseitig der Zwischenüberhitzer
6 über eine Leitung 19 mit dem Austritt des Hochdruckteiles 4 und der Hilfsüberhitzer
7 über den Speicher 8 und eine Leitung 20 ebenfalls mit dem Hochdruckteil
4 verbunden sind; jedoch ist die Leitung 20 an ein höheres Druckniveau angeschlossen
als die Leitung 19. Zwischen dem Hilfsüberhitzer 7 und dem Speicher 8 wie auch in
der Leitung 20 ist je ein Durchflußeinstellorgan 21 bzw. 22 angeordnet.
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Der Hilfsüberhitzer 7 ist vorzugsweise vor Strahlung geschützt im
Dampferzeuger untergebracht. Der Zwischenüberhitzer 6 kann sowohl im Strahlungsteil
als auch im Berührungsteil des Dampferzeugers liegen oder als kombinierter Strahlungs-
und Berührungszwischenüberhitzer ausgebildet sein.
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Im Normalbetrieb der Anlage wird mittels der Speisepumpe
11 Speisewasser aus dem Behälter 1 in den Dampferzeuger 2 gefördert,
und der hier entstehende und im überhitzer 3 überhitzte Dampf gelangt in den Hochdruckteil
4 der Turbinenanlage. Nach teilweisem Entspannen des Dampfes gelangt dieser über
die Leitung 19 in den Zwischenüberhitzer 6 und anschließend über die Leitung 17
in den Niederdruckteil 5, wonach er im Kondensator 9 niedergeschlagen und als Kondensat
mittels der Pumpe 14 in den Speisewasserbehälter 1 zurückgefördert wird. Ein Teil
des in den Niederdruckteil 5 eintretenden Dampfes gelangt über die Leitung
20 in den Speicher 8, in dem er seine überhitzungswärme an das Wasser abgibt.
Das Durchflußeinstellorgan 21 ist nur wenig geöffnet, so daß eine kleine Dampfmenge
ständig durch den Hilfsüberhitzer 7 in die Leitung 17
strömt und diese
somit immer warm bleibt.
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Die Eisenmasse des Hilfsüberhitzers 7 stellt einen Wärmespeicher dar,
dessen Speicherfähigkeit ausgenutzt wird, wenn die Turbinenanlage 4, 5 plötzlich
mehr Dampf verlangt. In einem solchen Betriebsfall wird das Durchflußeinstellorgan
21 auf einen größeren Öffnungsquerschnitt eingestellt, so daß mehr Sattdampf aus
dem Speicher 8 den Hilfsüberhitzer 7
durchströmt und mit dem Kopf aus
dem Zwischenüberhitzer 6 zusammen in den Niederdruckteil 5 gelangt. Während des
Vergrößerns des öffnungsquerschnittes des Durchflußeinstellorgans 21 kann der Öffnungsquerschnitt
des Durchflußeinstellorgans 22 verkleinert werden. Wenn die in der Eisenmasse des
Hilfsüberhitzers 7 gespeicherte Wärme von der vergrößerten Dampfmenge aus dem Speicher
8 aufgenommen ist und die Temperatur des Hilfsüberhitzers 7 unter diejenige des
Zwischenüberhitzers 6 sinkt, wird das Durchflußeinstellorgan 21 wieder auf kleineren
Öffnungsquerschnitt eingestellt. Bis zu diesem Zeitpunkt hat die übliche, hier nicht
dargestellte Kesselregelung die Betriebsmittelzufuhr zum Dampferzeuger so beeinflußt,
daß dieser nunmehr die erhöhte Dampfmenge zu liefern imstande ist, falls der vermehrte
Dampfbedarf über längere Zeit verlangt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist zwischen dem Dampfraum
des Speichers 8 und dem Austritt des Hilfsüberhitzers 7 eine Bypaßleitung
25 vorgesehen,. die mit einem Ventil 26 versehen ist. Der Austritt des Zwischenüberhitzers
6 ist über eine Leitung 17 mit dem Niederdruckteil 5 der Turbinenanlage verbunden,
während der Austritt des Hilfsüberhitzers 7 über eine Leitung 17' an einem niedrigeren
Druckniveau als die Leitung 17 an dem Niederdruckteil 5 angeschlossen ist. Die eingangsseitige
Verbindung des Zwischenüberhitzers 6 und die des Hilfsüberhitzers 7 mit dem Hochdruckteil
4 der Turbinenanlage liegen hier auf demselben Druckniveau.
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Es ist ferner eine Regelvorrichtung zur Beeinflussung der Ventile
21, 22 und 26 vorgesehen. Hierzu ist am Austritt des überhitzers 3 ein Druckfühler
27 angebracht, der mit einem Regler 28 mit Proportional-Differential- (PD-) Charakter
verbunden ist. Der PD-Regler 28 ist über eine Signalleitung 29 mit einem Additionspunkt
30 und von da aus mit einem Servomotor 31 für das Ventil 21 verbunden. Von
der Signalleitung 29 zweigt eine Signalleitung 29' ab, die zu einem Servomotor 32
für das Ventil 22 führt. An der Leitung 17' ist ein Temperaturfühler 33 angebracht,
der über einen Regler 34 mit Proportional-Integral- (PI-) Charakter und eine Signalleitung
35 mit einem Additionspunkt 36 und von da aus mit einem Servomotor 37 für das Ventil
26 verbunden ist.
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Zwischen Additionspunkt 30 und Servomotor 31 des Ventils 21 zweigt
eine Signalleitung 38 ab, die über einen Regler 39 mit Proportional- (P-) Charakter
zu dem Additionspunkt 36 führt.
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An dem Speicher 8 ist ein Niveaumeßgerät 40 vorgesehen, das über ein
Zeitglied 41, einen PI-Regler 42
und eine Signalleitung 43 mit dem
Additionspunkt 30 in Verbindung steht. Von der Signalleitung 43 zweigt eine
Signalleitung 44 ab, die zu einem Servomotor 45 führt, der ein Ventil 46 verstellt,
das in einer von der Speiseleitung 10 abzweigenden und zum Speicher
8
führenden Leitung 47 angeordnet ist.
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Der Druckfühler 27 liefert ein lastabhängiges Signal, das bei einem
plötzlichen Energiemehrbedarf der Turbinenanlage 4, 5 über den PD-Regler 28, die
Signalleitung 29 und den Servomotor 31 das Ventil 21 in öffnendem Sinne beeinfluß
und über die Signalleitung 29' und den Servomotor 32 das Ventil 22 in schließendem
Sinne. Es strömt mehr Sattdampf durch den Hilfsüberhitzer 7 zum Niederdruckteil
5 der Turbinenanlage. Um die Temperatur dieses Dampfes in der Leitung 17' konstant
zu halten, beeinflußt der PI-Regler 34 über den Servomotor 37 das Ventil 26
in
der Bypaßleitung 25 in Abhängigkeit von den vom Temperaturfühler 33 abgegebenen
Signalen. Bei zu hoher Temperatur des aus dem Hilfsüberhitzer 7 austretenden Dampfes
wird eine entsprechend große Sattdampfmenge direkt aus dem Speicher 8 über die Bypaßleitung
25 zugeführt. Mit abnehmender Temperatur des Dampfes aus dem Hilfsüberhitzer 7 infolge
der Aufzehrung der in der Eisenmasse dieses überhitzers gespeicherten Wärme wird
die Sattdampfmenge in der Bypaßleitung 25 verringert. Dem temperaturabhängigen Signal
des PI-Reglers 34 wird über den P-Regler 39 ein Signal überlagert, das von dem dem
Servomotor 31 zugeführten Signal abhängig ist und als Vorsignal wirkt.
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Auf die beschriebene Regelung wirkt außerdem ein vom Niveau im Speicher
8 abhängiges Signal, das vom Niveaumeßgerät 40 herrührt, das aber
wegen des Zeitgliedes 41 stark verzögert eingreift. Bei zu starkem Absinken
des Niveaus im Speicher 8 wird über die Signalleitung 44 und den Servomotor
45 das Ventil 46 in der Leitung 47 geöffnet, so daß Speisewasser
aus der Speiseleitung 10 in den Speicher 8 gelangt. Durch diese Zufuhr von kaltem
Wasser sinkt der Druck im Speicher 8, wodurch Dampf über das Ventil 22 nachgesaugt
wird, der das Wasser aufwärmt. Das über die Signalleitung 29' dem Servomotor 32
zugeführte, lastabhängige Signal kann auch als Grenzwertsignal das Ventil 22 beeinflussen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind der Zwischenüberhitzer
6 und der Hilfsüberhitzer 7 in der gleichen Weise an die Turbinenanlage 4, 5 angeschlossen
wie in F i g.1. Dagegen ist, wie bei dem Beispiel in F i g. 2, eine Bypaßleitung
25 zwischen dem Dampfraum des Speichers 8 und dem Austritt des Hilfsüberhitzers
7 vorgesehen. Die bypaßleitung 25 ist mit einem Ventil 26 versehen,
das in bestimmter Abhängigkeit an der Betätigung des Ventils 21
betätigt werden
kann. Zum Betätigen des Ventils 21 ist ein Handrad 50 vorgesehen, dessen Spindel
über eine Stange 51 mit einem Kolben 52 verbunden ist, der in einem
verschiebbaren Zylinder 53 angeordnet ist. Dieser Zylinder ist auf der einen Seite
mit einem Betätigungsgestänge 54 für das Ventil 26 verbunden und stützt sich auf
der anderen Seite gegen eine Feder 55 ab. Die Zylinderräume beiderseitig
des Kolbens 52
sind über eine Umgehungsleitung 56 mit Drosselorgan 57 miteinander
verbunden.
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Bei einer Vergrößerung des Energiebedarfs der Turbinenanlage
4, 5 wird mittels des Handrades 50
das Ventil 21 geöffnet, so daß mehr
Sattdampf den Hilfsüberhitzer 7 durchströmt. Gleichzeitig mit dem Öffnen des Ventils
21 öffnet sich auch das Ventil 26,
da das Kolbenzylindersystem 52,
53 zunächst wie eine starre Verbindung wirkt. Allmählich findet aber über die Umgehungsleitung
56 ein Druckausgleich in den beiden Zylinderräumen statt, was zur Folge hat, daß
das Ventil 26 langsam wieder geschlossen wird. Die Geschwindigkeit, mit der
dieses Schließen stattfindet, läßt sich mit Hilfe des Drosselorgans 57 einstellen.
Durch diese Steuerung wird erreicht, daß die der durch den Zwischenüberhitzer 6
strömenden Dampfmenge zusätzlich zugeführte Dampfmenge, die sich aus den durch den
Hilfsüberhitzer 7 und die Bypaß-Ieitung 25 strömenden Dampfmengen zusammensetzt,
im wesentlichen konstante Temperatur aufweist. Bei allen beschriebenen Beispielen
kann der Hilfsüberhitzer auch nur zu einem Teil des Zwischenüberhitzers 6 parallel
geschaltet sein, indem der Austritt des Hilfsüberhitzers in den beheizten Bereich
des Zwischenüberhitzers 6 einmündet, so daß in dessen letztem Abschnitt beide Dampfströme
gemeinsam noch beheizt werden. Die ParalleIschaItung zu einem Teil des Zwischenüberhitzers
6 kann auch dadurch bewerkstelligt werden, daß die zum Speicher 8 führende Leitung
mit dem Ventil 22 aus dem beheizten Bereich des Zwischenüberhitzers 6 abzweigt.
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Die beschriebene Regeleinrichtung für die Anlage nach F i g. 2 läßt
sich auch dann vorsehen, wenn der Hilfsüberhitzer 7, wie bei dem Beispiel nach F
i g. 1, zum Zwischenüberhitzer 6 parallel geschaltet ist oder auch nur zu einem
Teil des Zwischenüberhitzers 6.
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Es liegt im Sinne der Erfindung, die in den Unteransprüchen beanspruchten
Merkmale je für sich mit den Merkmalen des Patentanspruches zu kombinieren oder
auch in Kombination untereinander mit den Merkmalen des Patentanspruches.