DE1286049B

DE1286049B - Arrangement for starting and stopping and for emergency operation of a steam generator

Info

Publication number: DE1286049B
Application number: DE1965M0065437
Authority: DE
Inventors: Mitterecker Erhard; Krips Herbert
Original assignee: Balcke AG
Current assignee: Balcke AG
Priority date: 1965-06-02
Filing date: 1965-06-02
Publication date: 1969-01-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum An- und Abfahren und für den Notbetrieb eines Dampferzeugers, der bei vollem Betrieb insbesondere eine Turbine speist, der ein Hauptkondensator nachgeschaltet ist, aus dem das darin anfallende Kondensat über Vorwärmer und einen Speisewasserbehälter erneut in den Dampferzeuger eingeleitet wird.The invention relates to a method for starting and stopping and for the emergency operation of a steam generator, which in particular a turbine when in full operation feeds, which is followed by a main capacitor from which the accumulating in it Condensate back into the steam generator via a preheater and a feed water tank is initiated.

Beim Anfahren eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers steigt die Temperatur nur allmählich an, wobei zunächst nur Wasser erwärmt wird, sich dann im Wasser Dampf bildet und schließlich der zunächst feuchte Dampf trocken wird. Da der feuchte Dampf zum Betrieb der Turbine nicht verwendet werden kann, ist es üblich, dä§ :aus dem Dampferzeuger austretende Medium, also warmes Wasser und später Dampf, so lange üben 'ein Drosselventil in einen Entspanner zu leiten,_bis@ der Dampf den zum Betrieb der Turbine erforderlichen Zustand erreicht hat. In dem Entspanner trennen sich Wasser und Dampf; der Dampf wird im Hauptkondensator oder in einem nachgeschalteten Hilfskondensator niedergeschlagen, um das wertvolle Kondensat wieder verwenden zu können.When starting up a once-through steam generator, the temperature rises only gradually increases, initially only water is heated, then steam in the water forms and finally the initially moist steam becomes dry. Because the damp steam can not be used to operate the turbine, it is common that: from the Medium escaping from the steam generator, i.e. warm water and later steam, for so long Practice 'directing a throttle valve into an expander, _to @ the steam to operate the turbine has reached the required state. In the expander separate Water and steam; the steam is in the main condenser or in a downstream one Auxiliary condenser knocked down to reuse the valuable condensate can.

Der Hilfskondensator dient ferner dazu, den Kesseldampf zu kondensieren, der bei Aufrechterhaltung einer Mindestkesselleistung ohne Maschinen- und Hauptkondensatorbetrieb, beispielsweise an Feiertagen oder wenn Reparaturen an der Turbine durchgeführt werden müssen, anfällt. Das Kondensat des in der Regel unter Atmosphärendruck arbeitenden Hilfskondensators wird bei den bekannten Anlagen über einen Ablaufregler in den Entgaser und von. dort. wieder in den Kessel des Däinpferzeugerg gepumpt. -Wenn die niederzuschlagende Dampfmenge groß genug ist, liegt'=der Druck im Hilfskondensator über Atmosphärendruck; läßt das Dampfangebot vom Kessel jedoch nach, so wird infolge des starken Wärmeabtransportes durch das Kühlwasser im Hilfskondensator der Druck fallen und unter Atmosphärendruck absinken, so daß zur Abdeckung der Heizflächen Luft zurückgesaugt wird. Es läßt sich bei den bekannten. Anlagen dieser.Art. nicht vermeiden, daß auf diese Weise Sauerstoff in das rückgeführte Kondensat gelangt.The auxiliary condenser also serves to condense the boiler steam, the maintenance of a minimum boiler output without machine and main condenser operation, for example on public holidays or when repairs are being carried out on the turbine must, accrues. The condensate of the usually working under atmospheric pressure Auxiliary capacitor is in the known systems via a flow controller in the Degasser and from. there. pumped back into the boiler of the Däinpferzeugerg. -If the amount of steam to be precipitated is large enough, the pressure is in the auxiliary condenser above atmospheric pressure; however, if the steam supply from the boiler decreases, it becomes a consequence the strong heat dissipation through the cooling water in the auxiliary condenser the pressure fall and drop below atmospheric pressure, so that to cover the heating surfaces Air is sucked back. It can be found with the well-known. Systems of this art. not avoid oxygen getting into the recirculated condensate in this way.

Zum Stand der Technik gehört ein Dampferzeuger, der bei vollem Betrieb eine Turbine speist, der ein Hauptkondensator nachgeschaltet ist, aus dem das darin anfallende Kondensat in einen Speisewasserbehälter und von dort erneut in den Dampferzeuger geleitet wird, während beim An- und Abfahren der aus dem Dampferzeuger kommende Dampf in einen Entspanner geführt wird. Diese Anlage benutzt den Anfahrkreislauf einer Zwischenübererhitzermaschine, bei der der aus dem Entspanner austretende Dampf zur Kühlung des überhitzers dient. Es wird daher im überhitzer viel kalter Dampf benötigt, so daß eine Kondensation im Entspanner unerwünscht ist. Eine außerdem verwendete-- Einspritzkühlung dient ausschließlich dem Zweck, den Dampf zu kühlen, ohne ihn zu kondensieren= -Es ist ferner eine Anordnung zur Rückgewinnung von Wärme beim Anfahren eines Zwangdurchlaufdampferzeugers bekannt, bei der in einem Entspanner abgeschiedener Dampf in einen darunter befindlichen Wärmetauscher geleitet wird, der sekundärseitig von Speisewasser durchflossen wird. Im Normalbetrieb des Dampferzeugers, d. h. nach dem Anfahren während der ganzen Betriebsperiode, wird dieser im Entspanner eingebaute Wärmetauscher von Anzapfdampf beaufschlagt. Der im Entspanner eingebaute Wärmetauscher ist seiner Funktion nach ein Speisewasservorwärmer, jedoch kein Hilfskondensator. Die Aufgabe der Anordnung eines Wärmetauschers innerhalb eines Entspanners liegt im wesentlichen darin, eine einfache konstruktive Lösung für zwei im Normalfall nebeneinander bestehende Einrichtungen zu schaffen.The state of the art includes a steam generator that, when in full operation feeds a turbine, which is followed by a main condenser, from which the inside accumulating condensate in a feed water tank and from there again in the steam generator is directed, while the one coming from the steam generator when starting up and shutting down Steam is fed into an expander. This system uses the start-up circuit a reheater machine in which the steam emerging from the expander serves to cool the superheater. There is therefore a lot of cold steam in the superheater required, so that condensation in the expander is undesirable. One moreover - Injection cooling used only for the purpose of cooling the steam, without condensing it = -It is also an arrangement for the recovery of heat known when starting up a once-through steam generator, when in an expander separated steam is fed into a heat exchanger located below, through which feed water flows on the secondary side. In normal operation of the steam generator, d. H. After starting up during the entire operating period, this is in the expansion valve built-in heat exchanger charged with bleed steam. The one built into the expander The function of the heat exchanger is a feed water preheater, but not an auxiliary condenser. The task of arranging a heat exchanger within an expander is essentially, a simple constructive solution for two in the normal case to create co-existing facilities.

Der vorliegenden Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, durch eine bestimmte Anordnung und Schaltung eines Hilfskondensators sicherzustellen, daß die Wirkung dieses Hilfskondensators selbsttätig im Bedarfsfall eintritt, ohne daß dabei Schaltungsänderungen vorgenommen werden müssen. Ein solcher Bedarfsfall liegt beispielsweise bei Notbetrieb vor, wenn eine Turbine oder der Hauptkondensator ausfallen.The present invention, however, is based on the object by to ensure a certain arrangement and circuit of an auxiliary capacitor, that the effect of this auxiliary capacitor occurs automatically when necessary, without that circuit changes must be made. Such a need occurs, for example, in emergency operation when a turbine or the main condenser fail.

Bei einer Anordnung zur selbsttätigenden Regelung des An- und Abfahr- und des Notbetriebs eines Dampferzeugers, der bei vollem Betrieb insbesondere eine Turbine speist, der ein Hauptkondensator nachgeschaltet ist, aus-dem das darin--anfallende Kondensat in einen Speisewasserbehälter und von dort erneut in den Dampferzeuger eingeleitet wird, während beim An- und Abfahren oder bei Notbetrieb der aus dem Dampferzeuger-kommende Dampf in einen Entspanner und einen Hilfskondensator geführt wird, wobei der Entspanner wasserseitig mit einem Speisewasserbehälter verbunden ist, besteht die Erfindung darin, daß der Hilfskondensator in den Entspanner eingebaut ist, wobei die Dampfableitung mit einem Drosselventil ausgestattet ist, das in Abhängigkeit des Flüssigkeitsspiegels im Entspanner gesteuert wird und in der Kondensatableitung zum Speisewasserbehälter ein Rückschlagventil angeordnet ist, das in Abhängigkeit vom Druck im Entspanner betätigt wird, wenn dieser den Druck des Speisewasserbehälters übersteigt.In the case of an arrangement for the automatic control of the start and stop and the emergency operation of a steam generator, which is particularly a Turbine feeds, which is followed by a main condenser, from which the in it - accruing Condensate into a feed water tank and from there again into the steam generator is initiated, while during start-up and shutdown or during emergency operation from the Steam coming from the steam generator is fed into an expander and an auxiliary condenser is connected, with the expansion tank connected on the water side with a feed water tank is, the invention consists in that the auxiliary capacitor is built into the expander is, the vapor discharge is equipped with a throttle valve that is dependent on the liquid level is controlled in the expansion valve and in the condensate drain a non-return valve is arranged for the feed water tank, which is dependent on is actuated by the pressure in the expansion valve when this exceeds the pressure of the feed water tank exceeds.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dem Rückschlagventil ein weiteres Ventil vorgeschaltet,, das beim Unterschreiten des vorgegebenen Wasserstandes im Entspanner die Kondensatableitung schließt. Erfindungsgemäß wird ferner vorgesehen, daß die Zuführungsleitung für das von dem Dampferzeuger kommende Medium- in ein koaxial in dem Entspanner angeordnetes Rohr mündet, das im oberen und unteren Abschnitt des Entspanners mit Schlitzen versehen und dessen unterer Teil von Rohren umgeben ist; die-in einer den Entspanner unten abschließenden Rohrscheibe sitzen und von einem Kühlmittel durchflossen-werden.According to a further feature of the invention is the check valve Another valve is connected upstream, which is activated when the water level falls below the specified level the condensate drain closes in the expansion valve. According to the invention it is also provided that the supply line for the medium coming from the steam generator in a Coaxially arranged in the expansion tube opens out in the upper and lower section of the expansion valve is provided with slots and its lower part is surrounded by pipes is; the-sit in a tube disc that closes off the expander below and of a coolant flow through.

Die Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen, die insbesondere darin bestehen, daß durch Anheben des Druckniveaus des Hilfskondensators mit Sicherheit verhindert wird, .daß in diesem der Druck ins Vakuumgebiet abgleitet und dadurch Sauerstoff in das System einbricht. Ferner ist es möglich, das Kondensat ohne Einsatz einer Pumpe ungeregelt in den Speisewasserbehälter zurückzuführen, wobei sich der Hilfskondensator durch selbsttätige Abdeckung seiner Heizflächen regelt.The invention has a number of advantages, particularly therein insist that by raising the pressure level of the auxiliary condenser with certainty prevents .that the pressure in this area slips into the vacuum area and thereby Oxygen breaks into the system. It is also possible to remove the condensate without using it a pump is fed back into the feed water tank in an uncontrolled manner, whereby the Auxiliary capacitor regulates by automatically covering its heating surfaces.

Ferner stellt die räumliche Vereinigung des Hilfskondensators mit dem Entspanner, die zu einer einzigen Apparatur zusammengefaßt sind, insofern einen Vorteil dar, als durch Fortfall der diese verbindenden Rohrleitungen mit Zubehör Platz eingespart wird. Das im Hilfskondensator niedergeschlagene Kondensat muß, bevor es dem Dampferzeuger zugeführt wird, erneut erwärmt werden. Der hierfür erforderliche Dampf stellt so lange keinen Verlust dar, wie er aus dem eigenen Dampferzeuger stammt und seine Wärme ohnehin vernichtet wird. Bei der Kühlung von Kernreaktoren mit Natrium als Zwischenträger ist es erforderlich, zur Wiedererwärmung Fremddampf zu benutzen, um zu verhindern, daß das Natrium einfriert. Für diesen Anwendungsfall hat sich die Erfindung insofern als besonders vorteilhaft erwiesen, als die Wiederaufwärmung des Kondensates sich erübrigt, wodurch der Fremddampf eingespart wird.Furthermore, the spatial union of the auxiliary capacitor provides with the expander, which are combined into a single apparatus, in so far one Advantage than by eliminating the pipelines connecting them with accessories Space is saved. That precipitated in the auxiliary capacitor Condensate must be reheated before it is fed to the steam generator. The steam required for this is not a loss as long as it is from the own steam generator and its heat is destroyed anyway. When cooling of nuclear reactors with sodium as an intermediate carrier it is necessary to reheat Use extraneous steam to prevent the sodium from freezing. For this In the case of application, the invention has proven to be particularly advantageous in that than the reheating of the condensate is unnecessary, which saves the external steam will.

In der Zeichnung, an Hand deren die Erfindung näher erläutert wird, ist ein Entspanner mit in dessen Unterteil eingebautem Hilfskondensator dargestellt.In the drawing, on the basis of which the invention is explained in more detail, shows an expander with an auxiliary capacitor built into its lower part.

In dem Entspannungsgefäß 1 ist koaxial ein Rohr 2 angeordnet, das im oberen und unteren Abschnitt des Entspanners mit Schlitzen 3 bzw. 4 versehen ist. Das Rohr 2 steht über ein Regelventil 5 und die Leitung 6 mit der vom Dampferzeuger zu der Turbine führenden Leitung in Verbindung. Der Entspanner ist unten durch eine Rohrscheibe abgeschlossen, in der die Rohre 8 des Hilfskondensators sitzen. Das Kühlwasser wird den Rohren durch die Eintrittskammer 9 zugeführt, in den Umlenkkammern 10 umgelenkt und tritt durch die Kühlwasseraustrittskammer 11 wieder aus. Mit 12 ist die zum Speisewasserbehälter oder einen Entgaser od. dgl. führende Leitung bezeichnet, über den das im Entspanner bzw. Hilfskondensator anfallende Kondensat wieder in den Dampferzeuger geleitet wird. In der Leitung 12 sitzen ein Rückschlagventi113 und ein Regelventil 14, das geschlossen wird, wenn der mit 15 bezeichnete Wasserstand im Hilfskondensator unterschritten wird. Der Entspanner ist über die Leitung 16 mit dem Hauptkondensator verbunden; das Drosselventil 17 wird durch den mit 18 gekennzeichneten Wasserstand gesteuert und öffnet sich, wenn dieser unterschritten wird.A pipe 2 is arranged coaxially in the expansion vessel 1 and is provided with slots 3 and 4, respectively, in the upper and lower sections of the expansion vessel. The pipe 2 is connected via a control valve 5 and the line 6 to the line leading from the steam generator to the turbine. The expansion valve is closed at the bottom by a tube disc in which the tubes 8 of the auxiliary condenser sit. The cooling water is fed to the pipes through the inlet chamber 9 , deflected in the deflection chambers 10 and exits again through the cooling water outlet chamber 11. Reference numeral 12 denotes the line leading to the feed water tank or a degasser or the like, via which the condensate occurring in the ventilator or auxiliary condenser is fed back into the steam generator. In the line 12 there is a check valve 113 and a control valve 14 which is closed when the water level in the auxiliary condenser, designated by 15, is undershot. The expander is connected to the main condenser via line 16; the throttle valve 17 is controlled by the water level marked 18 and opens when this is undershot.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Es sei davon ausgegangen, daß der Speisewasserbehälter, dem das in dem Entspanner anfallende Wasser über die Leitung 12 zugeführt wird, schon unter überdruck steht, z. B. dadurch, daß der Behälterinhalt durch Fremddampf od. dgl. vorgewärmt wurde. Beim Anfahren des Dampferzeugers strömt zunächst kaltes Wasser über die Leitung 6 und das Regelventil 5, das die Aufgabe hat, den Druck im Kessel auf einem bestimmten Wert zu halten, in den Entspanner 1, in dem zunächst Atmosphärendruck herrscht. Wegen des hohen Druckes im Speisewasserbehälter kann das im Entspanner anfallende Wasser nicht über das Rückschlagventi113 abfließen, so daß der Wasserspiegel bis zur vollständigen Füllung des Entspanners ansteigt. Das Drosselventil 17 wird dabei beim Passieren des Wasserstandes 13 selbsttätig geschlossen. Wenn der Entspanner gefüllt ist, steigt der Druck so lange an, bis der im Speisewasserbehälter herrschende Druck erreicht ist. Dann öffnet sich das Rückschlagventil 13, so daß das überschußwasser in den Speisewasserbehälter abfließen kann. Wenn der Dampfanteil des vom Dampferzeuger kommenden Wassers ansteigt, bildet sich im oberen Teil des Entspanners ein allmählich wachsendes Dampfpolster, das den Wasserspiegel nach unten drückt. Beim Erreichen des mit 18 bezeichneten Wasserstandes wird das Regelventil 17 geöffnet, so daß der Dampf über die Leitung 16 in den nicht dargestellten Hauptkondensator überströmen kann. Der Wasserstand wird durch das Regelventil 17 so lange konstant gehalten, wie genügend Wasser im Dampf enthalten ist. Ist dies nicht mehr der Fall, so sinkt der Wasserstand bis auf ein etwas unterhalb der Umkehrkammer 10 liegendes Niveau ab. Um beim Ansteigen der Dampftemperatur eine bestimmte Solltemperatur im Entspanner nicht zu überschreiten, wird durch einen Temperaturimpuls ein Ventil 19 geöffnet, wodurch Wasser in das Regelventil 5 eingespritzt wird. Wenn die Turbine in Betrieb genommen wird, geht der Vordruck vor dem Ventil zurück, so daß es sich schließt. Damit ist der Anfahrvorgang beendet.The device works as follows: It is assumed that the feed water tank, to which the water obtained in the expander is fed via line 12, is already under overpressure, e.g. B. in that the contents of the container od by external steam. Like. Was preheated. When the steam generator starts up, cold water first flows through line 6 and control valve 5, which has the task of keeping the pressure in the boiler at a certain value, into expander 1, which is initially at atmospheric pressure. Because of the high pressure in the feed water tank, the water in the expansion valve cannot flow off via the non-return valve, so that the water level rises until the expansion valve is completely filled. The throttle valve 17 is automatically closed when the water level 13 is passed. When the expansion valve is full, the pressure rises until the pressure in the feed water tank is reached. Then the check valve 13 opens so that the excess water can flow into the feed water tank. When the steam content of the water coming from the steam generator increases, a gradually growing cushion of steam forms in the upper part of the expander, which pushes the water level down. When the water level indicated by 18 is reached, the control valve 17 is opened so that the steam can flow over the line 16 into the main condenser, not shown. The water level is kept constant by the control valve 17 as long as there is enough water in the steam. If this is no longer the case, the water level drops to a level slightly below the reversal chamber 10. In order not to exceed a certain setpoint temperature in the expander when the steam temperature rises, a valve 19 is opened by a temperature pulse, whereby water is injected into the control valve 5. When the turbine is put into operation, the inlet pressure in front of the valve drops so that it closes. This completes the start-up process.

Bei normalem Betrieb, also wenn der Dampf in die Turbine geleitet wird, ist das Ventil 5 geschlossen, während die Ventile 17 und 14 geöffnet sind. Um Stillstandkorrosionen zu verhüten und den Entspanner warm zu halten, damit er ständig betriebsbereit ist, führt man ihm dauernd eine geringe Dampfmenge zu. Dies kann Frischdampf oder Anzapfdampf sein, der über eine nicht dargestellte Blende zufließt, oder Dampf, der ein Notstromaggregat ständig warmhält. Dieser Dampf kondensiert durch die Wärmeverluste des Apparates.During normal operation, i.e. when the steam is fed into the turbine is, the valve 5 is closed while the valves 17 and 14 are open. To prevent standstill corrosion and to keep the expander warm so that it is always ready for operation, a small amount of steam is constantly supplied to it. this can be live steam or bleed steam via a panel (not shown) flows in, or steam that keeps an emergency generator warm at all times. This vapor condenses due to the heat losses of the apparatus.

Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung bietet auch dann besondere Vorteile, wenn die Turbine, beispielsweise durch Schnellschluß, ausfällt. In diesem Fall muß der gesamte im Dampferzeuger anfallende Dampf so lange irgendwohin abgeführt werden, bis der Dampferzeuger zurückgefahren ist. Der Druck in der Dampfleitung 6 wird infolgedessen ansteigen und das Ventil s öffnen. Da der Hilfskondensator nicht in der Lage ist, den gesamten, plötzlich anfallenden Dampf zu kondensieren, strömt dieser durch das geöffnete Ventil 17 zum Hauptkondensator und wird in diesem niedergeschlagen. Wenn der Dampferzeuger so weit zurückgefahren ist, daß er nur noch in Bereitschaft liegt, ist der entsprechend bemessene Hilfskondensator im unteren Teil des Entspanners in der Lage, die zuströmende Mindestdampfmenge zu kondensieren; man kann dann den Hauptkondensator abschalten.The device according to the present invention also offers special features Advantages if the turbine fails, for example due to a quick shutdown. In this In this case, the entire steam produced in the steam generator has to be discharged somewhere for so long until the steam generator has been shut down. The pressure in the steam line 6 will rise as a result and the valve s will open. Because the auxiliary capacitor is unable to condense all of the suddenly generated steam, this flows through the open valve 17 to the main condenser and is in this dejected. When the steam generator has been turned back so far that it only is still in readiness, the correspondingly sized auxiliary capacitor is in the lower Part of the expander able to condense the minimum amount of steam flowing in; you can then switch off the main capacitor.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Leistung des Hilfskondensators durch Kondensatstau zu regeln, wobei der Wasserstand bis auf das mit 15 bezeichnete Niveau absinken kann. Dann drosselt das Ventil 14 den Kondensatabfluß und vermeidet, daß Dampf durch die Kondensatleitung 12 in den Speisewasserbehälter überströmt. Sollte in Ausnahmefällen, z. B. wenn die Mindestdampfmenge durch einen Bedienungsfehler überschritten wird, die Leistung des Hilfskondensators nicht ausreichen, um den anfallenden Dampf zu kondensieren, so geht dieser über ein Sicherheitsventil 20 am Kopf des Entspanners über Dach.It has been found useful to increase the performance of the auxiliary capacitor to regulate by accumulation of condensate, the water level except for the designated 15 Level can drop. Then the valve 14 throttles the condensate drain and avoids that steam overflows through the condensate line 12 into the feed water tank. Should in exceptional cases, e.g. B. if the minimum amount of steam is due to an operator error is exceeded, the power of the auxiliary capacitor is not sufficient to the To condense accumulating steam, this goes through a safety valve 20 at the head of the relaxer over the roof.

Claims

Claims: 1. Arrangement for the automatic control of the start-up, shutdown and emergency operation of a steam generator, which in full operation feeds a turbine in particular, which is followed by a main condenser, from which the condensate accumulates in it into a feed water tank and from there again into the Steam generator is initiated, while during start-up and shutdown or during emergency operation the steam coming from the steam generator is fed into an expander and an auxiliary condenser, the expander being connected on the water side to a feed water tank, characterized in that the auxiliary condenser is inserted into the expander (1) is installed, the steam discharge line (16) being equipped with a throttle valve (17) which is controlled as a function of the liquid level in the expander (1) and a non-return valve ( 13) is arranged in the condensate discharge line (12) to the feedwater tank, which is arranged as a function of is actuated by the pressure in the expansion valve (1) when this the. Pressure of the feed water tank exceeds.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the check valve (13) a further valve (14) is connected upstream, the legs falling below the specified Water level (15) in the expansion valve closes the condensate drain (12).

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the feed line (6) for the medium coming from the steam generator into a coaxial in the expansion valve (1) arranged pipe (2) opens, which in the upper and lower section of the expander provided with slots (3, 4) and the lower part of which is surrounded by tubes (ß), which sit in a tubular disc (7) that closes the first tensioner at the bottom and of a coolant flow through.