DE1426698B2 - Vorrichtung zum anfahren eines zwangsdurchlaufdampferzeugers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anfahren eines Zwangdurchlaufdampferzeugers mit einem zwischen den Heizflächen angeordneten Absperrorgan und dazu parallel angeordneten Dampf-Wasser-Trenner, wobei der Dampf-Wasser-Trenner wasserseitig über eine Leitung mit der Speisewasserzuführung zum Dampferzeuger und dampfseitig über eine Leitung mit dem Überhitzer verbunden ist.

Aus der deutschen Patentschrift 802 458 ist ein Zwangdurchlaufdampferzeuger bekannt, bei welchem das Uberschußwasser in einen Behälter abgeschieden und im Kreislauf geführt und zum Teil abgeschlämmt wird und bei dem ein Wasserstandsregler im Abscheidegefäß die Menge des abgeführten Wassers bestimmt, wobei die Erwärmung des Speisewassers durch das abgeführte Wasser zur Regelung der Speisewassermenge benutzt wird. Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Anordnung Abscheider einerseits, Verdampfer und Überhitzer andererseits und ferner der Wärmeaustauscher im besonderen Behälter vorgesehen sind, wobei zusätzliche Rohrverbindungen zwangläufig erforderlich sind, wird zur Speisewasservorwärmung dort das kondensierte Wasser aus dem Abscheider verwendet. Es sind weiterhin in Trenngefäßen eingebaute Speisewasservorwärmer bekannt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Anfahren eines Zwangdurchlaufdampferzeugers zu schaffen, durch die eine frühzeitige Dampferzeugung beim Anfahren des Dampferzeugers ermöglicht werden soll. Zu diesem Zweck wird der anfangs erzeugte Dampf nicht dem Überhitzer zugeführt, vielmehr dessen Wärme in einem Wärmeübertrager an das Speisewasser übertragen, so daß durch den bereits erzeugten Dampf während der ersten Phase des Anfahrens das Speisewasser vorgewärmt wird. Hierdurch ergibt sich eine über die Zeit fortschreitende Anhebung des Temperaturniveaus am Eingang des Dampferzeugers, so daß bei konstant zugeführter Wärme während des Anfahrvorganges zwar später nutzbar zu verwendender Dampf zur Verfügung steht, das gesamte Anfahrprogramm jedoch in wesentlich kürzerer Zeit abgewickelt werden kann. Es soll also unter Inkaufnahme der Tatsache, das der erste Dampf später für eine Nutzung zur Verfügung steht, die gesamte Anfahrzeit des Dampferzeugers verkürzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anfahren eines Zwangdurchlaufdampferzeugers ist gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher, der einerseits von dem im Dampf-Wasser-Trenner abgeschiedenen Dampf und andererseits von Speisewasser beaufschlagt wird, wobei eine mit einem Regelorgan versehene Umgehungsleitung zur speisewasserseitigen Umgehung des Wärmetauschers vorgesehen ist. Zweckmäßig sind der Dampf-Wasser-Trenner und der Wärmetauscher in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen. Es kann auch das Medium tangential dem Dampf-Wasser-Trenner durch eine Leitung zugeführt werden, um es in eine Phase hoher Enthalpie und in eine solche niedriger Enthalpie zentrifugierend zu trennen.

Zweckmäßig umfaßt der Dampf-Wasser-Trenner ein Fallrohr mit wenigstens über einen Teilbereich reichender Ummantelung, so daß dadurch eine ringförmige Trennzone begrenzt ist, welcher die Zweiphasenflüssigkeit zugeführt wird.

Vorteilhaft ist eine Einrichtung zum Aufrechterhalten des Flüssigkeitsspiegels in dem Dampf-Wasser-Trenner oberhalb der Bodenkante der Ummantelung vorgesehen.

Der wesentliche Vorteil dieser Ausbildung liegt neben der Verkürzung der gesamten Anfahrzeit des Dampferzeugers darin, daß mit einem Überbrückungssystem für einen Zwangumlaufdampferzeuger gearbeitet wird, der mit außerordentlich hohen

ίο Temperaturen und Drücken arbeitet, welche <m Bereich von 550° C und 250 atü liegen. Bei der artigen Drücken sind Entspannungsbehälter und Speisewassererhitzer üblicher Uberbrückungssysteme außerordentlich hohen Belastungen unterworfen. Bei der Kondensation des Dampfes aus dem Abscheider im Erhitzer wird ein Temperaturabfall im Erhitzer erzeugt, welcher Dampf nachführt. Beim Anfahren wird der Dampf-Verbrauch vermindert, und zwar durch einfaches Umleiten des Speisewassers um den Überhitzer, so daß die früher erforderlichen Ventile zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Abscheider entfallen können.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine wesentliche Verminderung der Baukosten ifnd auch eine wesentlich wirtschaftlichere Wärmeführung ermöglicht wird. Weiterhin ist eine größere Wärmeausnützung erreichbar.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Strangschema einer Vorrichtung zum Anfahren eines Zwangdurchlaufdampferzeugers,
F i g. 2 und 2 A einen Dampf-Wasser-Trenner,

F i g. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die in F i g. 1 gezeigte Anlage enthält eine Reihe von Ekonomisern 12, Brennkammern 14 und ein Decken- und Konvektionssystem 16. Weiter sind ein Primär- und/oder Plattenüberhitzerabschnitt 18 und ein Endüberhitzerabschnitt 20 vorgesehen. Während des normalen Betriebes der Anlage geht die Strömung durch diese Überhitzerabschnitte 18 und 20 und vom Vorlauf des Endüberhitzerabschnittes auf eine Hochdruckturbine 22, deren Abdampf bei 24 wieder erhitzt und in eine Mitteldruckturbine 26 geleitet wird, von wo sie in einen zweiten Zwischenerhitzer 28 und eine Niederdruckturbine 30 geht. Von der Niederdruckturbine strömt das Medium in einen Kondensator 32. Es wird durch eine Speisepumpe 34 unter Druck rückgespeist, wobei das Medium aus dem Kondensator durch den Niederdruckvorwärmer 36, Entgaser 38, Speicherbehälter 40, Hochdruckvorwärmer 42, den Abscheidervorwärmer 44 (bzw. alternativ durch die Überbrückung 110) und dann in den Ekonomiser 12 strömt.

Bei Beginn des Anfahrbetriebes des Dampferzeugers wird die Speisepumpe 34 so betrieben, daß die Anlage überstrom einer Druckminderstation 46 unter Druck gesetzt wird. Der Strom des Mediums, der zum Kühlen des Hochdruckkreislaufes erforderlich ist, wird durch die Anlage zum Ausgang des Primäroder Plattenüberhitzers 18 geführt. Eine Aufgabe der Druckminderstation 46 ist es, den normalen Betriebsdruck im Feuerraumkreislauf zu dessen Kühlung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig einen verminderten Druck in den Konvektionsfiächen unterstrom der Reduzierstation zur verbesserten Wärmeübertragung

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in diesem Abschnitt und zum schnelleren Anfahren Ekonomiser 12 noch durch den Abscheidevorwärmer

zu erzeugen. geleitet werden. Die Vorwärmung erfolgt durch An-

Da die Strömung während dieser Anfangsperiode zapfen von überhitztem Dampf von der Mitteldruckvöllig in der Flüssigphase verläuft, kann die Turbine turbine mit der Leitung 75, der dann in die Kühldiese Strömung nicht verarbeiten, und entsprechend 5 zone im Bereich des Bodens des Abscheideerhitzers wird der Ausgang aus dem Überhitzer um die Tür- eingeleitet wird. Aus der Endüberhitzerzone geht der bine umgeleitet und durch ein Absperrventil 48 in abgezapfte Dampf durch eine Kondensationszone den Druckkessel 44 aufgegeben. In dieser Stufe zieht und kann dann durch eine Unterkühlungszone strödie Strömung einfach durch den Kessel in die Lei- men. Das unterkühlte Kondensat wird durch die Leitung 50, durch das Ventil 52, zum Hochdruckvor- io tung 70 im Bereich des Bodens des Erhitzers abwärmer 42 und von diesem in den Speicherbehälter gezogen und in den Hochdruckvorwärmer 52 zur wei-40. Das Ventil 54 in der Abzweigung 55 von der Lei- teren Ausnutzung der verfügbaren Wärme auftung 50, das zum Warmwassersammler 56 führt, ist gegeben,
geschlossen. In F i g. 2 und 3 ist die Innenanordnung des Hoch-

Zur Überleitung des Anfahrgemisches aus dem 15 druckerhitzers mit einem festen Dom 76, einem verÜberhitzer 18 in den Abscheideerhitzer wird das Ven- tikalen inneren Fallrohr 78, einer inneren Abscheidetil 58 in der Hauptströmleitung zwischen dem kammer 80 für den Anfahrbetrieb des Dampferzeu-Primärüberhitzer 18 und dem Zuführende des End- gers, einer Kondensationszone 88, einer Kühlzone Überhitzers 20 geschlossen, so daß durch dieses Ven- 104, einer Unterkühlungszone 106 und mit Ableittil keine Strömung geht. Dazu ist das Abführventil 20 verbindungen 50 und 70 gezeigt.
62, das Dampf aus dem Abscheideerhitzer zur Ein- Das im Brennkammerbereich und den Uberhitzerlaßseite des Endüberhitzers 20 führt, geschlossen. abschnitten erhitzte Medium tritt in den Abscheide-Ferner sind in dieser Stufe andere Dampfleitungen vorwärmer durch die Leitung 49 tangential in den von dem Abscheidevorwärmer durch Ventile 64, 66 Dampf-Wasser-Trenner ein. Die Trennung von und 68 abgesperrt. 25 Wasser und Dampf erfolgt durch Zentrifugalwirkung.

Nachdem die Brenner gezündet sind und wenn die Nach der Abscheidung wird das Wasser durch die Brennerleistung erhöht wird, hält die Druckminder- Außenseite der Ringkammer abgezogen und in einem station den gewünschten Druck im Brennkammer- Sammelraum am Boden der Kammer gesammelt. Der kreis der Anlage aufrecht. Sobald eine Mischung von Wasserspiegel des Sammelraumes wird durch Ventile Dampf und Wasser in den Abscheideüberhitzer 44 30 52 und 54 (F i g. 1) geregelt und sowohl oberhalb aus dem Auslaß des Primärüberhitzers durch das der Abflußleitung 50 als auch oberhalb der UnterVentil 48 eintritt, bewirkt der Abscheider das Ab- kante der Haube 86 gehalten, um zu verhindern, daß scheiden des Dampfes vom Wasser und das Über- Dampf um die Unterkante der Haube austritt. Der leiten des Dampfes auf die Kondensationsflächen im gesamte beim Abscheidevorgang erhaltene Dampf Vorwärmer, wobei diese Wärme in das zugeführte 35 steigt in der Abscheidekammer 80 hoch und strömt Speisewasser überführt wird. dann entweder durch das Fallrohr 78 und durch die

Der kondensierte Dampf wird vom Abscheidevor- Kondensationszone 82 des Vorwärmers selbst nach

wärmer durch die Leitung 70 an der Unterseite des unten oder durch eine zweite Abscheidevorrichtung

Vorwärmers abgeführt und auf den Hochdruckvor- 96 nach oben. Beim Anfahrbetrieb strömt der Dampf

wärmer'42 zusammen mit der Strömung aus der Ab- 40 zuerst nach unten in die Kondensatorzone 82, in wel-

leitung 50 geleitet. Im Hochdruckvorwärmer 42 wird eher er in Wärmetausch durch Oberflächenberüh-

weitere Wärme auf das zugeführte Speisewasser über- rung mit dem kälteren Speisewasser gelangt, das

tragen, so daß unnötige Wärmeverluste verhindert durch die Einlaßkammer 114 über die Leitung 116

werden. eintritt, aus der Kammer 118 durch die Leitung 120

Nachdem die Kondensationskapazität des Ab- 45 abgeführt wird und durch die Rohre 98 des Vorscheidevorwärmers erreicht ist, wird jeder über diese wärmers strömt. Das unterkühlte Wasser wird am Kapazität hinausgehende Dampf aus dem Abscheide- Boden des Vorwärmers durch die Leitung 70 abvorwärmer durch die Leitung 72 an der Oberseite geführt, während Wasser von Sattdampfzustand, weldes Abscheiders durch die entsprechenden Ventile 64, ches über die Kapazität der Unterkühlungszone 66 und 68 auf die verschiedenen Hilfsaggregate ge- 50 hinausgeht, durch die Leitung 108 abgezogen wird, leitet, die zu diesem Zeitpunkt Dampf verbrauchen. Zwischen dem Fallrohr 78 und den Kondensator-Dabei sind der Entgaser und die Turbinenstopf- rohren 98 liegt eine Prallplatte 102, um zu verhinbuchsen eingeschlossen. Etwas Dampf wird durch das dem, daß nach dem Abscheiden noch im Dampf entVentil 62 auf die Turbine zum Vorwärmen, Anfah- haltene Feuchtigkeit direkt auf die Rohre auftrifft, ren und zur Anfangsbeaufschlagung aufgegeben. 55 Die Dampfströmung in die Kondensatorzone 82

Gegen Ende des Anfahrbetriebes kann der in den aus der Abscheidekammer wird durch den niedrige-Abscheidevorwärmer eintretende Dampf überhitzt ren Betriebsdruck in der Kondensatorzone infolge der sein, und es ist eine Vorrichtung zum Steuern der Kondensation des Mediums mit hoher Enthalpie, wel-Dampftemperatur mittels eines Reglers 74 vorgese- ches durch das zugeführte kältere Speisewasser abhen. Nachdem der vom Dampferzeuger gelieferte 60 gekühlt wird, in Betrieb gesetzt.
Dampf den für den Betrieb der Turbine entsprechen- Die Kondensationskapazität der Rohre 98 ist so den Druck und die Temperatur erreicht hat, wird die ausgelegt, daß die Drücke in der Abscheidekammer Anfahrfunktion des Abscheidevorwärmers durch und der Kondensationszone gegen Ende des Anfahröffnen des Hauptleitungsventils 58 außer Betrieb ge- zyklus sich ausgleichen und der Dampf dann nach setzt. 65 oben durch den zweiten Wasserabscheider 96 und die

Auch während des Normalbetriebs des Dampfer- Leitung 72 abgeführt wird.

zeugers kann das dem Erzeuger zugeführte Speise- In F i g. 2 A ist der untere Teil des Abscheidevor-

wasser zum Vorwärmen vor dem Eintritt in den wärmers gezeigt, der die Kühl- und Unterkühlungs-

zone 104 bzw . 106 des Vorwärmers einschließt. Wenn das Anfahrsystem außer Betrieb gesetzt wird, wird überhitzter Dampf von einer Mitteldruckturbine abgezogen und über eine Leitung 75 in die Kühlzone des Vorwärmers selbst zur Wärmeausnutzung aufgegeben. Hier überträgt der Dampf seine Wärme auf das zugeführte Speisewasser, während der Dampf in die Kondensationszone 82 zur Übertragung der latenten Wärme an das Speisewasser überführt wird. Es strömt dann Wasser mit Sättigungstemperatur in die Unterkühlungszone 106, wo eine weitere Übertragung von Wärme an das kältere Speisewasser erfolgt. Das unterkühlte Wasser wird durch die Leitung 70 abgeführt.

In F i g. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Zur Umleitung des zugeführten Speisewassers um- den Abscheidevorwärmer ist eine Überbrückungsleitung 110 vorgesehen. Durch Verminderung der Menge des durch die Kondensatorrohre im Erhitzer strömenden Speisewassers kann eine frühere Druckangleichung zwischen der Abscheidekammer und der Kondensationszone erreicht werden. Durch diese Maßnahme wird die Kondensationskapazität des Abscheideerhitzers vermindert und eine frühere Abgabe von Dampf für die obenerwähnten Hilfsaggregate erreicht.

Diese Speisewasserüberbrückungsleitung kann bei Bedarf angebracht werden, wird jedoch zum einwandfreien Betrieb des Abscheidevorwärmers und des zugeordneten Anfahrsystems nicht benötigt.

Bisher wurde ein Abscheiderkessel und ein Wärmetauscherkessel, zwischen denen eine Dampfleitung mit einem oder mehreren Ventilen vorgesehen ist, verwendet. Infolge des Druckabfalls in dieser Leitung und den Ventilen ist die Sättigungstemperatur im Wärmetauscher geringer als im Abscheidebehälter. Entsprechend wird die Wärmetauscherleistung reduziert, wodurch ein geringerer Wärmeübergang in das Speisewasser erfolgt.

Zusätzlich bedingt der kombinierte Abscheidevorwärmer geringere Kosten als voneinander getrennte Abscheidebehälter und Speisewasservorwärmer. Der Abscheidevorwärmer ermöglicht eine Vereinfachung des Anfahrsystems und geringere Kosten als ein System, das getrennte Abscheider und Speisewasservorwärmer verwendet, da die den Abscheidebehälter und den Speisewasservorwärmer verbindende Dampfleitung und ein oder mehrere Ventile entfallen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Anfahren eines Zwangsdurchlaufdampferzeugers mit einem zwischen den Heizflächen angeordneten Absperrorgan und dazu parallel angeordneten Dampf-Wasser-Trenner, wobei der Dampf-Wasser-Trenner wasserseitig über eine Leitung mit der Speisewasserzuführung zum Dampferzeuger und dampfseitig über eine Leitung mit dem Überhitzer verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher, der einerseits von dem im Dampf-Wasser-Trenner abgeschiedenen Dampf und andererseits von Speisewasser beaufschlagt wird, wobei eine mit einem Regelorgan versehene Umgehungsleitung zur speisewasserseitigen Umgehung des Wärmetauschers vorgesehen ist. —

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge₇ ■ kennzeichnet, daß der Wasser-Dafhpf-Trenner und der Wärmetauscher in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium tangential den Wasser-Dampf-Trenner (80) durch eine Leitung (49) zuführbar ist, um es in eine Phase hoher Enthalpie und in eine solche niedriger Enthalpie durch Zentrifugieren zu trennen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser-Dampf-Trenner (80) ein Fallrohr (78) mit wenigstens über einen Teilbereich reichender Ummantelung (86) umfaßt, so daß dadurch eine ringförmige Trennzone begrenzt ist, welcher das Medium zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (52, 54) zum Aufrechterhalten des Flüssigkeitsspiegels in dem Wasser-Dampf-Trenner oberhalb der Bodenkante der Ummantelung (86).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen