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Im Regenerativ-Verfahren betriebene Dampfkraftanlage mit einer Kondensationsturbine
und einer Gegendruckturbine Die Erfindung bezieht sich auf eine im Regenerativ-Verfahren
betriebene Dampfkraftanlage mit einer Kondensationsturbine mit Zwischenüberhitzer
und einer Gegendruckturbine, die Verbraucher von Dampf mit im wesentlichen gleichbleibendem
Druck zu versorgen hat. Die Erfindung hat besondere Bedeutung für Heizkraftwerke,
bei denen gleichzeitig Strom erzeugt wird und ein Heizdampfnetz zu versorgen ist.
Die Betriebsweise mit hohem Wirkungsgrad einer solchen Anlage ist dadurch erschwert,
daß Lastschwankungen sowohl von der elektrischen Seite als auch von der Heizdampfseite
auftreten können und daß diese Schwankungen nicht gleichsinnig, sondern sehr oft
gegenläufig verlaufen.
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Es ist an sich bekannt, für derartige Dampfkraftanlagen eine Kombination
von Gegendruck- und Kondensationsturbine in dem Sinne vorzusehen, daß die Gegendruckturbine
dem Mittel- und gegebenenfalls Niederdruckteil der Kondensationsturbine parallel
geschaltet ist. Der Dampfverbraucher wird dabei aus der Geaendruckturbine mit Dampf
von im wesentlichen "gleichbleibendem Druck versorgt; die Gegendruckturbine weist
dabei jedoch Dampfeinströmungen auf unterschiedlichem Druckniveau auf. Außerdem
ist offensichtlich keine Regenerativvorwärmung von der Gegendruckturbine aus vorgesehen.
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Für die wirtschaftliche Betriebsweise eines Dampfkraftwerkes hat die
Regenerativvorwärmung eine besondere Bedeutung. Nur wenn in allen Betriebszuständen
diese Regenerativvorwärmung optimal ausgelegt und betrieben wird, ist auch die Betriebsweise
der gesamten Anlage mit hohem Wirkungsgrad gesichert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst hohe Regenerativvorwärmung
auch bei hohen und gegenläufiggen Belastungsschwankungen der Kondensationsturbine
einerseits und der Geaendruckturbine andererseits sowie eine ausreichende Durchströmung
des Zwischenüberhitzers mit Dampf zu gewährleisten.
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Die Erfindung besteht darin, daß für mindestens eine Regenerativvorwännstufe
sowohl je eine Entnahmeleitung der vor dem Zwischenüberhitzer angeschalteten
Gegendruckturbine als auch der dem Zwischenüberhitzer nachgeschalteten Kondensationsturbinenstufe
parallel geschaltet ist und daß in der jeweiligen Entnahmeleitung der Gegendruckturbine
ein Absperr- oder Regelorgan und in der jeweiligen Entnahmeleitung der Kondensationsturbinenstufe
je-
weils ein Rückschlagventil angeordnet ist, derart, daß bei sinkender Belastung
der Kondensationsturbine die Dampfentnahmemenge aus der Gegendruckturbine verringert
bzw. abgesperrt und die Dampfentnahmemenge aus der Kondensationsturbinenstufe im
gleichen Maße erhöht werden kann.
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Die günstige Wirkungsweise der neuen Schaltung läßt sich aus folgenden
Überlegungen erklären: Bei Nennlast ist die Kondensationsturbine ausreichend belastet,
und die Gegendruckturbine weist einen hohen Dampfdurchsatz auf, der sich aus der
Dampfmenge zusammensetzt, die im Gegendrucknetz verbraucht und die in der Regenerativ-Vorwärmanlage
zur Vorwärmung des Speisewassers benötigt wird. Die Gegendruckturbine verarbeitet
dann ein hinreichend großes Gefälle, um einen guten Wirkungsgrad aufzuweisen.
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Bei Clieichsinniger Laständerung der Kondensationsturbine und der
Gegendruckturbine ändert sich nur die Größe des Dampfdurchsatzes durch beide Kraftmaschinen,
nicht aber das Verhältnis des Dampfdurchsatzes durch eine Maschine zum Dampfdurchsatz
der anderen. Man kann dann also vom Nennbetrieb ausgehen und die Belastungen prozentual
verrinaern oder erhöhen.
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Anders liegen aber die Verhältnisse, wenn eine ungleichsinnige Lastverschiebung
eintritt. So kann beispielsweise die Belastung der Kondensationsturbine zurückgehen
bei gleichbleibendem oder sogar erhöhtem Dampfbedarf im Gegendrucknetz. Umgekehrt
kann aber auch der Fall eintreten, daß bei steigender Belastung der Kondensationsturbine
der Dampfbedarf im Gegendrucknetz gleich bleibt oder soaar absinkt. Für diese beiden
Fälle gilt es nun, ein wirtschaftliches Arbeiten der Anlage sicherzustellen.
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Hier wirken sich nun die durch die Erfindung gegebenen Maßnahmen aus.
Nimmt man den Fall an, daß die Belastung der Kondensationsturbine absolut oder relativ
zur Belastung der Gegendruckturbine
absinkt, so wird mehr und mehr
eine Umschaltung des der Regenerativvorwärmung dienenden Dampfbedarfes von den Entnahmen
der Gegendruckturbine auf die Entnahmen der Kondensationsturbine durchgeführt. Im
Zustand der geringstmöglichen Belastung der Kondensationsturbine sind sämtliche
Entnahmeleitungen der Kondensationsturbine geöffnet, während die entsprechenden
Entnahmeleitungen der Gegendruckturbine geschlossen sind.
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Umgekehrt ist es für den Betriebszustand des Leistungsmaximums der
Kondensationsturbine notwendig, sämtliche Entnahmen derselben zu sperren, so daß
die gesamte Dampfmenge die Kondensationsturbine bis zum Niederdruckteil und Abdampfstutzen
völlig durchsetzt. Der übergang von einem Betriebszustand zum anderen sowie bestimmte
Betriebszustände überhaupt lassen sich durch entsprechende Aufteilung der Entnahmen
aus der Kondensationsturbine und der Gegendruckturbine den je-
weiligen Anforderunaen
entsprechend einstellen.
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Das Verhältnis der Frischdampfmenge zu der Dampfnienge, die durch
den Zwischenüberhitzer geht, kann aus dem Wert der Radraumdrücke im Hochdruck- und
Mitteldruckteil hergeleitet werden. Wenn man dieses Verhältnis beispielsweise durch
zwei Manometer überwacht, kann man aus dem gewonnenen Differenzwert einen Steuerimpuls
für die Entnahme ableiten. Auf diese Weise kann dann z. B. die Umschaltung der Regenerativvorwärmung
vorgenommen werden, so daß dann bei fallender Belastung der Kondensationsturbine
die Vorwärmer auf diese weitere geschaltet vor dem werden. Entgaser Wenn liegende
man Vorwärmstufe noch eine zuschaltet, kann die aus der Gegendruckmaschine für den
Entgasungsvorgang zu entnehmende Dampfmenge weiter vermindert werden.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen
in stark vereinfachter schematischer Darstellung, wobei nur die Anlagenteile zur
Darstellung gekommen sind, die unmittelbar im Zusammenhang mit der Erfindung stehen.
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Der Dampfbedarf der Anlage wird durch einen nicht näher dargestellten
Kessel gedeckt, an den über die Frischdampfleitung 5 die Kondensationsturbine
1
mit dem Hochdruckteil 2, dem MitteldruckteiI 3 und dem Niederdruckteil
4 angeschlossen ist. Zwischen Hochdruckteil 2 und Mitteldruckteil 3 der Turbine
ist ein Zwischenüberhitzer 7 geschaltet. Das Wärmeverbrauchsnetz
26 von im wesentlichen konstantem Druck wird mit Dampf aus der Gegendruckturbine
14 versorgt, wobei es jedoch möglich ist, noch einen hier nicht dargestellten Dampfumformer
zwischenzuschalten.
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Von den im all-emeinen zahlreichen Regenerativvorwärmstufen sind hier
nur drei Vorwärmer 8, 9, 10
dargestellt, die vom Kondensat in Richtung des
Pfeiles 6 durchströmt werden.
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Die Gegendruckturbine 14, die an die Dampfleitun- 15 hinter
dem Hochdruckteil 2 der Kondensationsturbine 1 angeschaltet ist, versorgt
über die Entnahmeleitungen 16, 17 und 18 die Vorwärmer 8,
9
und 10. Entsprechende Entnahmeleitungen 11, 12 und 13 führen
Anzapfdampf von dem Mitteldruckteil 3 der Kondensationturbine zu den Vorwärmern.
Die Entnahme über die Leitungen 11, 12 und 13
kann durch die Rückschlagklappen
20,21 und 22, die Entnahme über die Leitungen 16, 17 und 18 durch
die Ventile 23, 24 und 25 abgesperrt werden.
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Im Normalbetrieb sind die Ventile 23, 24 und 25
offen
und die Ventile 20, 21 und 22, die gegebenenfalls auch als Rückschlagventile ausgebildet
sein können, geschlossen. Die Vorwärmer 8, 9 und 10
werden also jetzt
durch Entnahmedampf aus der Gegendruckturbine 14 beheizt. Die für den Entgaser benötigte
Dampfmenge kann aus der Gegendruckdampfleitung 19 abgezweigt werden.
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Sinkt jetzt die Belastung der Kondensationsturbine 1, so werden
die Absperrorgane 23, 24 und 25
geschlossen und somit die Vorwärmanlage
auf die Kondensationsmaschine umgeschaltet. Diese entzieht damit dem Niederdruckteil
eine entsprechend große Dampfmenge, die nunmehr der Regenerativvorwärmung zugute
kommt.
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Im übrigen kann die Gegendruckturbine 14 in üblicher Weise im Sinne
einer Konstantlialtung des Gegendruckes im Verbrauchemetz 26 geregelt werden.
Die Umschaltung der Entnahme kann von einem Differenzmanometer abgeleitet werden,
das die Radraumdrücke der Turbinenteile 2 und 3 der Kondensationsturbine
überwacht.
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Für die Anschaltung der einzelnen Entnahmeleitungen an die Regenerativvorwärmer
wird man darauf bedacht sein, jeweils eine Entnahmeleitung der Kondensationsturbine
und eine Entnahmeleitung der Gegendruckturbine von etwa gleicher Vorwärmspanne einander
zuzuordnen. In diesem Falle kann man eine direkte Parallelschaltung auf den jeweiligen
Regenerativvorwärmer verantworten. Vielfach ist aber damit zu rechnen, daß die Drücke
in der Entnahmeleitung der Kondensationsturbine und der entsprechenden Entnahmeleitung
der Gegendruckturbine nicht miteinander übereinstimmen. Man könnte dann daran denken,
Druckgleichheit durch Drosselung in einer der beiden Leitungen zu erzwingen, was
aber zu einer recht verwickelten Steuerung führen würde, so daß es wesentlich einfacher
ist, in die Entnahmeleitungen der Kondensationsmaschine Rückschlagventile einzubauen.
Bei normaler, hinreichend hoher Belastung ist der Druck in der Entnahmeleitung der
Gegendruckturbine höher als in der entsprechenden Entnahmeleitung der Kondensationsturbine.
Infolgedessen ist dann das Rückschlagventil in der entsprechenden Ehtnahmeleitung
der Kondensationsturbine geschlossen. Wird jetzt auf die andere Betriebsart übergegangen,
bei der die Entnahmeleitung der Gegendruckturbine abgesperrt wird, öffnen jeweils
die Rückschlagventile in den Entnahmeleitungen der Kondensationsturbine selbsttätig.
Eine Regelung in der Weise, daß die Entnahme aus der Gegendruckturbine nach und
nach zurückgenommen und die Entnahme aus der Kondensationsturbine nach und nach
verstärkt wird ' ist möglich, aber nicht immer erforderlich. Vielfach genügt
eine einfacha Zu- und Abschaltung den geforderten Betriebsbedingungen.
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Durch das Anschalten der Gegendruckturbine vor dem Zwischenüberhitzer
weist die Anlage noch den weiteren großen Vorteil auf, daß der Zwischenüberhitzer
stets ausreichend von Dampf durchströnit wird, auch wenn die Belastung der Kondensationsturbine
absinkt. Da in diesem Fall die Beheizung der Regenerativvorwärmer durch Anzapfdampf
aus dem Mitteldruckteil der Kondensationsturbine erfolgt, strömt also auch eine
größere Dampfmenge durch
den Zwischenüberhitzer. Außerdem steigt
damit auch der Zwischendruck und somit der Eintrittsdruck der Gegendruckturbine,
so daß auch diese wieder mit besserem Wirkungsgrad arbeitet.