DE1426908A1 - Combined counter-pressure condensation process of a steam turbine system for the controlled delivery of electrical power and preparation of hot water with a wattmetric control pulse generator in the electrical coupling line between the external network and the own busbar - Google Patents
Combined counter-pressure condensation process of a steam turbine system for the controlled delivery of electrical power and preparation of hot water with a wattmetric control pulse generator in the electrical coupling line between the external network and the own busbarInfo
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Description
Patenianwcdi Dr. WeiselPatenianwcdi Dr. Weisel
NürnbergNuremberg
Simmering-Öraz-Pauker Aktiengesellschaft für Maschinen-, Kessel- und Waggonbau in WienSimmering-Öraz-Pauker Aktiengesellschaft for machine, Boiler and wagon construction in Vienna
Kombiniertes aegendruck-Kondensationsverfahren einer Dampffurbinenanlage zur geregelten Abgabe elektrischer Leistung und Bereitung von Heißwasser mit wattmetrischem Regelimpulsgeber in der elektrischen Kupplungsleitung zwischen FremdnetzCombined counter-pressure condensation process in a steam turbine plant for the controlled delivery of electrical power and the preparation of hot water with a wattmetric control pulse generator in the electrical coupling line between the external network
und Eigensammeis chieneand own collection
Das Iieistungsangebot von Gegendruck- bzw· Entnahme-G-egendruck-!Eurbosätzen ist eine Punktion des betriebsbedingten Dampfdurchsatzes, wobei sich das Angebot in den seltensten Fällen mit dem gleichzeitigen Bedarf decken wird« Bs ist bekannt geworden, einen solchen Turbosatz durch eine seiner Druckregelung überlagerte indirekte Leistungsregelung im Parallelbetrieb mit einem starken Fremdnetz auf Bezug bzw« Lieferung eines begrenzten Leistungsbandes zu regeln, wobei mit dem in Betriebsperioden hohen Leistungsbedarfes ausgeregelten Dampfüberschuß betriebsnotwendiges Heißwasser vorerzeugt und gespeichert wird, das dann in Betriebsperioden niederen Leistungsbedarfes wieder dem Speicher entnommen und betrieblicher Verwendung zugeführt wird. Wird dabei alles erzeugte Heißwasser im Betriebe untergebracht, kann die Surbine als reine Gegendruck- bzw. Entnahme-G-egendruckturbine angesprochen werden. Sie Torerwähnte indirekte Leistungsregelung auf Bezug oder Lieferung eines konstanten Setzbandeβ erfolgt durch einen wattmeirischen itegelimpulsgeber in der elektrischen Kupplungöleituhg zwischen Bigensammelschiene und Fremd-The range of services for counter-pressure and / or withdrawal-G-counter pressure! Euro rates is a puncture of the operational steam throughput, whereby the offer is in the rarest cases with will meet the simultaneous demand. It has become known that such a turbo generator is superimposed by a pressure control system indirect power control in parallel operation with a to regulate a strong external network with regard to the purchase or delivery of a limited power range, with the in operating periods high power requirement, controlled excess steam, hot water required for operation is pre-generated and stored, which is then stored is withdrawn from the storage tank and put to operational use in operating periods with low power requirements. If all the hot water produced is housed in the company, the turbine can be used as a pure counter-pressure or extraction G-pressure turbine be addressed. You goalie mentioned indirect power control on purchase or delivery of a constant setting tape is carried out by a Wattmeirische itegelimpulsgeber in the electrical Coupling oil line between Bigens busbar and third-party
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netz, der auf ein in der.Kaltwasserzuleitung zum Wärmetauscher vorgesehenes, fernbetätigtes Absperrorgan einwirkt·network that is connected to a cold water supply line to the heat exchanger provided, remotely operated shut-off device acts
Wenn nun die Möglichkeit zur Unterbringung des entsprechend dem Leistungsbedarf ausgeregelten Dampfanfalles bzw« der mit ihm erzeugten Heißwassermenge in der Anlage fehlt, ist man bisher veranlaßt, eine Entnahme-Kondensationsturbine zu wählen, die das Manko zwischen Leistungsangebot aus dem Betriebs dampf und gleichzeitigem Leistungserfordern!s in bekannter Weise durch ergänzend unter Zuhilfenahme von Kondensation gewonnene Leistung abdeckt· Kondensations teil und Kondensator solcher Entnahme-Kondensationsturbinen werden üblicherweise auf beste Ausnützung des Dampfes bis in hohes Vakuum ausgelegt. Dies ergibt durch die volumsbedingt großen Durchmesser .und Schaufellängen in den Endstufen einerseits teure Maschinen und anderseits eine Temperatur des aufgewärmten Kühlwassers in einer Größenordnung von 20 bis 30° G. Wasser dieser Temperatur ist für eine nutzbringende Weiterverwendung so gut wie wertlos und wird ungenützt ab- ■ fließen gelassen, womit - wie bekannt - jede Kondensations-Kwh mit einem Verlust von rund 530 Kcal/kg Kondensationsdampfmenge bezahlt werden muß. Liegt ferner der konstant zu haltende Entnahmedruck in besonderen Fällen tief, dann ergeben sich durch das große Dampfvolumen bei kleinem Druck Schwierigkeiten an der Entnahme-Überströmung, eine ungesteuerte Entnahme wiederum ergibt einen je nach weiterströmender Dampfmenge stark schwankenden Druck an der Entnahme st el Ie* Bei der Entnahme-Kondensationsturbine kann daher mit dem Entnahmedruck nicht unter ein gewisses Maß heruntergegangen werden, womit auf die Auswertung eines beachtlichen Wärmegefalles durch die Betriebsdampftoenge im Hochdruckteil der lurbine zugunsten der Leiatungeerztjagung im Kondensationsteil verzichtet werden mußr If the possibility of accommodating the steam produced according to the power requirement or the amount of hot water generated with it is missing in the system, one has hitherto been prompted to choose an extraction condensing turbine that eliminates the shortcoming between the service offered by the operating steam and the simultaneous power requirement! in a known manner by supplementary power gained with the aid of condensation covers · The condensation part and condenser of such extraction-condensation turbines are usually designed for the best utilization of the steam up to a high vacuum. Due to the large diameter and blade lengths due to the volume in the final stages, this results in expensive machines on the one hand and a temperature of the heated cooling water in the range of 20 to 30 ° G on the other. ■ allowed to flow, with which - as is known - each condensation Kwh has to be paid for with a loss of around 530 Kcal / kg of condensation steam. Furthermore, if the extraction pressure to be kept constant is low in special cases, the large steam volume at low pressure results in difficulties with the extraction overflow; uncontrolled extraction in turn results in a pressure at the extraction point that varies greatly depending on the amount of steam flowing on the extraction condensing turbine can not be gone down below a certain level, therefore, the extraction pressure, thus to dispense with the evaluation of a considerable heat Gefalles by the Betriebsdampftoenge in the high pressure part of the lurbine favor of Leiatungeerztjagung in the condensation section must r
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Die Erfindung zeigt ein Verfahren zur Auslegung und zum Betrieb einer Dampfturbinenanlage, welche in gewiesen fällen die Verwendung einer Bntnahme-Kondensationsmaschine üblicher Bauart entbehrlich macht. Erfindungegemäß wird die gesamte durch da» Leistungserfordernis gegebene Dami^^nge eines entsprechend dem verlangten Ausmaß an abzugebender elektrischer Leistung bemessenen Dampfturbinenaggregates samt Synchrongenerator bei einem in an sich bekannter Weise konstant gehaltenen Druck in einem Wärmeaustauscher oder Kondensator niedergeschlagen, wobei nun dieser geregelte Druck im Wärmeaustauscher so hoch gewählt wird, daß damit ein ausreichender Anteil der dem Dampf bei seiner Niederschlagung entzogenen Wärmemenge in der Anlage untergebracht und nur der restliche Wärmeanteil durch Ablassen von Kühlmittel oder Bückkühlen dee Kühlmittels als Kondensationsverlust abgeführt wird. Is wird bei diesem Verfahren las Wärmegefälle des Betriebsdampfes bis zum Kondensationedruck ausgenf„,t, wobei bewußt auf die Kondensation bei höchstem Vakuum verzichtet wird. Ee entsteht wohl gegenüber der konventionellen Kondensation ein Verlust an Leistung in der 'üurbine, dafür jedoch anderseits ein den Verlust übersteigender Gewinn aus der im Ganzen gesehen günstiger ausgewerteten Betriebsdampf menge.The invention shows a method for the design and operation of a steam turbine plant, which in certain cases the use of a discharge condensing machine is more common Makes design dispensable. According to the invention, the entire there is a corresponding damage to the performance requirement the required amount of electrical power to be outputted steam turbine aggregate including synchronous generator a pressure held constant in a manner known per se is deposited in a heat exchanger or condenser, wherein Now this regulated pressure in the heat exchanger is chosen so high that a sufficient proportion of the steam in its The amount of heat withdrawn from suppression is accommodated in the system and only the remaining amount of heat is released by draining the coolant or Bückkühlen the coolant discharged as loss of condensation will. In this process, the heat gradient of the operating steam up to the condensation pressure is calculated, t, where the condensation at the highest vacuum is deliberately avoided. Ee arises compared to conventional condensation Loss of power in the turbine, but on the other hand a gain in excess of the loss seen as a whole more favorable evaluated operating steam amount.
Besondere Vorteile ergeben sich aus der Anwendung dieses Verfahrens beispielsweise für feraheizkraftwerke, wie im folgenden dargelegt wirdtParticular advantages result from the use of this method, for example for thermal power stations, as follows is set out
Um unabhängig von der jeweiligen Außentemperatur ein Tag··- Leistungibftnd liefern zu können, mit dtm der Stromverteiler disponieren kann, wird in einen solchen fall vielfach eine IntftAhat-Itnatneation·turbine aufgestellt. BtI der heute »ekr gebr au ohl loht η r ^eleung 60/130° 0 wird dtr gesteuerte 2ntnahae~ In order to be able to deliver a day power independent of the respective outside temperature, with which the power distributor can dispose, an Int ftAhat-Itnatneation turbine is often set up in such a case. BtI the today »ekr gebr au ohl loht η r ^ eleung 60/130 ° 0 is dtr controlled 2ntnahae ~
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druck in der Größenordnung von 3 bis 4 ata gewählt. Mit diesem Entnahme druck wird nur die höchste Vor lauf temp era tür von 13O0C durch direkte Vorwärmung erzeugt, tiefere Vorlauftemperaturen, wie sie an wärmeren Heiztagen verlangt werden, wurden üblicherweise durch Beimengung von Rücklauf wasser erzeugt. Es wird somit zugunsten der Kondensationsleistung bei Benutzung eines ganz hohen Vakuums von vielleicht 0,04 bis 0,06 ata auf eine Auswertung von Wärmegefälle aus dem Heizbetrieb verzichtet. Eeohnerische Untersuchungen weisen darauf hin, daß es vielleicht wirtschaftlicher ist, zum Beispiel eine Entnahme-Gregendruckturbine mit tief gezogenem Gegendruck von etwa 0,3 ata und dem gleichen Entnahmedruck von etwa 3 bis 4 ata zu projektieren, wobei eine Aufwärmung des HeizungsumwälzwasBers auf etwa 60° C entsprechend der Sattdampftemperatur bei 0,3 ata in erster Vorwärmstufe durch den Abdampf und eine Eestaufwärmung in einer zweiten Vorwärmstufe durch Entnahmedampf bis auf die maximale Vorlauftemperatur von 130° 0 erfolgen kanne Bei einer derartigen Auslegung geht der Heizdampf für die erste Vorwärmstufe, also der Abdampf mit etwa 0,3 ata, durch die gesamten iurbinenstufen und entspannt sich, unter Leistungsabgabe. Außerdem leistet natürlich auch der jeweils erforderliche Entnahmedampf in der Tür-* bine Arbeit. Weiters muß der durch die indirekte Leistungssteuerung erzwungene Dampf Überschuß mit dem Abdampf druck von etwa 0,3 ata zusätzlich im Kondensator niedergeschlagen werden. Dadurch, daß ein Seil der bei der Kondensation dem Dampf entzogenen Wärmemenge wieder in der Heizung nutzbar verwendet wird, sind trotz des von der üblichen Norm abweichenden verhältnismäßig hohen Kondensationsdruckes im Endeffekt die epezifiechen Brennstoffkosten im Mittel über die Heizperiode niedriger als bei Verwendung der herkömmlichen Entnähme-Kondensationsturbine. Einepressure in the order of 3 to 4 ata is chosen. With this withdrawal pressure, only the highest flow temperature door of 130 0 C is generated by direct preheating; lower flow temperatures, as required on warmer heating days, were usually generated by adding return water. In favor of the condensation performance when using a very high vacuum of perhaps 0.04 to 0.06 ata, an evaluation of the heat gradient from the heating operation is dispensed with. Resident studies indicate that it is perhaps more economical to design, for example, an extraction high pressure turbine with a deep drawn back pressure of about 0.3 ata and the same extraction pressure of about 3 to 4 ata, with the heating circulating water being heated to about 60 ° C corresponding to the saturated steam temperature at 0.3 ata in the first preheating stage by the exhaust steam and an Eestaufwärmung in a second preheating stage by extraction steam up to the maximum flow temperature of 130 ° 0 with about 0.3 ata, through the entire turbine stages and relaxes, with power output. In addition, of course, the respective required extraction steam makes for the door * bine work. Furthermore, the excess steam forced by the indirect power control must also be deposited in the condenser with the exhaust steam pressure of about 0.3 ata. Because a rope of the amount of heat withdrawn from the steam during condensation can be reused in the heating system, the specific fuel costs are ultimately lower on average over the heating period than when using the conventional withdrawal, despite the relatively high condensation pressure that deviates from the usual norm. Condensing turbine. One
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weitere, äußeret beachtliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit tritt ein, wenn in der Anlage etwa industrielle Wärmeabnehmer mit Kondensat-Rüeklauftemperaturen unter 60° C oder aber außer einer zentralen Warmwasserheizung noch Heißwasserverbraucher vorhanden sind.further, extremely considerable improvement in profitability occurs if, for example, industrial heat consumers in the system with condensate return temperatures below 60 ° C or but in addition to a central hot water heating system, there are also hot water consumers.
Realisiert wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform dadurch, daß das vom wattmetrischen Hegelimpulsgeber ferngesteuerte Absperrorgan in der Kühlwasserzuflußleitung zum Kondensator eingebaut ist. Dabei sind natürlich Turbine und Kondensator entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren der Erfindung für einen Kondensationsdruck mittlerer Höhe entsprechend den jeweiligen wärmetechnischen Gegebenheiten des Falles bemessen.The method according to the invention is implemented in one embodiment in that the wattmetric Hegel pulse generator remotely controlled shut-off device in the cooling water supply line is installed to the capacitor. The turbine and condenser are of course in accordance with the method described above of the invention for a condensation pressure of medium height according to the respective thermal conditions of the case.
Sine andere Variante der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Kondensator-Kühlwasser im nmlauf über einen ausreichend Wärme abführenden Rückkühler geleitet wird, und das vom wattmetrischen Regelimpulsgeber ferngesteuerte Absperrorgan in die Umlaufleitung eingebaut ist und die Durchflußmenge des umlaufenden Kondensator-Kühlwassers beeinflusst·Another variant of the implementation of the method according to the invention is that the condenser cooling water in the Run through a recooler that dissipates sufficient heat and that from the wattmetric control pulse generator remotely controlled shut-off device is installed in the circulation line and the flow rate of the circulating condenser cooling water influenced·
Das Wesen der Erfindung wird durch die Zeichnungen Pig. 1 und 2 verdeutlicht, welche Schaltungsskizzen von Ausführungsbeispielen der Erfindung darstellen. Fig. 1 ist das Schema einer Anlage mit einem Mitteldruck-Kondensator, bei dem der Zulauf des Kondensator-Kühlwassers durch das vom wattmetrischen Regelimpulsgeber ferngesteuerte Absperrorgan beeinflusst wird, wobei das aufgewärmte Kühlwasser aus dem Kondensator im allgemeinen ungenützt abfließt» In ?ig. 2 ist Jene Variante der Er-The essence of the invention is illustrated by the drawings Pig. 1 and FIG. 2 illustrates the circuit sketches of exemplary embodiments of the invention. Fig. 1 is the scheme a system with a medium-pressure condenser, in which the inlet of the condenser cooling water through the wattmetric Control pulse generator remote-controlled shut-off device is influenced, with the heated cooling water from the condenser in general drains unused »In? ig. 2 is that variant of the
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findung dargestellt, bei welcher das Kühlwasser des Mitteldruck-Kondensators umläuft und seinerseits in einem Rückkühler abgekühlt wird, wobei die Menge des dem. Kondensator zufließenden Umlaufwassers durch das vom wattmetrischen Regelimpulsgeber beeinflußte Absperrorgan eingestellt wird.Finding shown in which the cooling water of the medium pressure condenser circulates and in turn is cooled in a recooler, the amount of the dem. Condenser flowing in Circulating water by the wattmetric control pulse generator influenced shut-off device is set.
In beiden Fällen ist Mg. 1 die Dampfturbine, die mit dem Synchrongenerator 2 gekuppelt ist· Anstelle der Dampfturbine mit einfacher Durchströmung kann natürlich auch eine Entnahme-Maschine treten» Der Drehstromgenerator versorgt über die Leitung 6 und den !leistungsschalter 8 die Eigensammeischiene 7 der Anlage, wovon, charakterisiert durch eine Abzweigung 10 mit Leistungsschalter 9» die Leistungsverbrauchsstellen in der Anlage versorgt werden. Über die Kupplungsleitung 11 mit Leistungsschalter 12 steht die EigensammeIschiene mit einem starken Fremdnetz in Verbindung. In dieser Verbindungsleitung befindet sich der wattmetrische Regelimpulsgeber 13, welcher entsprechend dem Anwachsen oder Abnehmen der Übergangsleistung das in der betreffenden Kühlwasser leitung vorgesehene ferngesteuerte Absperrorgan 21 bzw. 25 beeinflußt. In der Frischdampfleitung 14 zur !Turbine 1 ist das kombinierte Drehzahl-Druck-Segelventil 5 eingebaut, das in an sich bekannter Weise durch, den Fliehkraftregler 4 auf konstante Drehzahl bzw. durch den ffegendruckregler 5 auf konstanten Gegendruck regelt. Die Abdampf leitung 15 führt vom Turbinenaustritt einerseits über die Leitung 16 zu den Dampfverbrauchern der Anlage und anderseits zu dem. Kondensator 17. Das Kondensat fließt über die Leitung entweder zu weiteren Wärmeverbrauchern der Anlage oder in an sich bekannter Weise über die äickspeiseapparate in die Dampfkessel der Anlage zurück.In both cases, one is Mg., The steam turbine, which is coupled to the synchronous generator 2 · Instead of the steam turbine with a simple flow can occur naturally and a drop machine "An alternator is supplied via the line 6 and the power switch! 8 Eigensammeischiene 7 of Annex , of which, characterized by a branch 10 with circuit breaker 9 », the power consumption points in the system are supplied. The internal busbar is connected to a strong external network via the coupling line 11 with the circuit breaker 12. In this connecting line is the wattmetric control pulse generator 13, which influences the remote shut-off device 21 or 25 provided in the relevant cooling water line according to the increase or decrease in the transition power. The combined speed-pressure sailing valve 5 is installed in the main steam line 14 to the turbine 1, which regulates in a manner known per se by the centrifugal governor 4 to constant speed or by the open pressure regulator 5 to constant counter pressure. The exhaust line 15 leads from the turbine outlet on the one hand via line 16 to the steam consumers of the system and on the other hand to the. Condenser 17. The condensate flows through the line either to other heat consumers in the system or, in a manner known per se, back to the steam boiler of the system via the feed apparatus.
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In Fig. 1 ist der Kondensator 17 durch Frischwasserzufluß aus der Leitung 20 gekühlt. In dieser Zuflußleitung befindet sich das vom wattmetrischen Hegelimpulsgeber 13 ferngesteuerte Absperrventil 21, welches den Kühlwasserzufluß je nach der verlangten elektrischen Übergabe-Leistung einstellt. Das erwärmte Kondensator-Kühlwasser fließt durch die Leitung 19 ab.In FIG. 1, the condenser 17 is cooled by the inflow of fresh water from the line 20. Located in this inflow line from the wattmetric Hegel pulse generator 13 remote-controlled shut-off valve 21, which the cooling water inflow depending on the sets the required electrical transfer power. The heated condenser cooling water flows off through line 19.
In Mg. 2 wird das Kondensator-Kühlwasser durch die Umlaufpumpe 22 in geschlossenem Kreislauf umgewälzt und fließt dabei über einen Rückkühler 24-» Die Dur chlauf ges chwindigke it des Kühlwassers wird durch das vom wattmetrischen Regelimpulsgeber 13 ferngesteuerte Ventil 25 de nach elektrischer Übergabeleistung eingestellt. Die Verlustwärme des Kondensatorkühlwassers wird im Bückkühler 24- an das Rüokkühlwasser abgegeben, welches bei 26 ein- und bei 27 austritt. Aus dem Umlauf kann Kondensator-Kühlwasser beispielsweise durch die Leitung 30 und mittels des Ventiles 31 wahlweise entnommen und über die Leitung 28 und das Ventil 29 durch Zuleitung von Frischwasser wahlweise ergänzt werden.In Mg. 2, the condenser cooling water is circulated by the circulation pump 22 in a closed circuit and flows through a recooler 24- » The flow rate of the cooling water is set by the remote controlled valve 25 de by the wattmetric control pulse generator 13 according to electrical transfer power. The heat loss from the condenser cooling water is given off in the back cooler 24- to the Rüokkühlwasser, which enters at 26 and exits at 27. Condenser cooling water can be optionally withdrawn from the circulation, for example through line 30 and by means of valve 31, and can be optionally supplemented by supplying fresh water via line 28 and valve 29.
Die beiden Varianten gelten als Beispiele zur Realisierung des Verfahrens und erschöpfen nicht alle Möglichkeiten! andere Lösungen zur Abfuhr der Verlustwärme des Kondensator-Kühlwassers sind denkbar.The two variants are considered examples for realizing the process and do not exhaust all possibilities! other Solutions for dissipating the heat loss from the condenser cooling water are conceivable.
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