DE1551263A1

DE1551263A1 - Kreisprozess fuer Dampfkraftanlagen

Info

Publication number: DE1551263A1
Application number: DE19651551263
Authority: DE
Inventors: Knizia Dr-Ing Klaus
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1965-03-01
Filing date: 1965-03-01
Publication date: 1969-05-29

Description

"Kreisprozeß für Dampfkraftanlagenu.
Die Erfindung betrifft einen Kreisprozeß für DampXkraftanlagen mit prozeßinternem Wärmetausch.
Bei Kreisprozessen hängt der erzielba-re. Prozeßwirkungsgrad von dem Verhältnis der mittleren unteren Temperatur der Wärmeabfuhr nach außen Tue zur mittleren ober ' en Temperatur der Wärmezufuhr von außen T 00 nach der Beziehung ab. Bei dem mit Wasser als Arbeitsmedium betriebenen Dampfkraftprozea sind abhängig von der Umgebungstemperatur wegen der möglichen isotherm-isobaren Wärmehbfuhr geringe Werte für T ue erreicht. Die Verbesserungsbemühungen richten sich deshalb auf eine Steigerung von T.., die beim Dampfkraftprozeß durch hohe Frischdampf-Zustandsgrößen (Pol to) durch die Einführung der einfachen oder mehrfachen Zwischenüberhitzung und durch prozeßinternen Wärme-. tausch bei der Regenerativvorwärmung angestrebt werden. Aus dem Verlauf der Isobaren in der flüssigen, der Naßdampf- und der überhitzungsphase den Wassers int zu erkennen, daß durch Regenerativvorwärmung den Speinewannern T., erheblich gesteigert werden kann. Aus den Bil.dern l' bis 3 ist der Reihe nach zu erkennen, wie die Werte für T., zunächst gegenüber dem einfachen Prozeß (Bild 1) durch Einführung der Zwischenüberhitzung (Bild 2) und zusätzlich durch die Regenerativvorwärmung (Bild 3) angehoben werden. Diese Regenerativvorwärmung wird durch Entnahmen aus der Turbine bei verschiedenen Anzapfdrücken durchgeführt, wobei die einzelnen Entnahmedampfmengen Ihre Überhitzungswärme und während der Kondensation In den Vorwärmern bei der zu dem entsprechenden Druck gehörenden Sättigungstemperatur auch ihre Verdampfungswärme zur Aufwärmung des.Speigewässerstrome abgeben. Durch die bei dem Wärmetausch auftretenden Temperaturdifferenzen ergeben sich Exergieverlusie, die bisher durch vielstu±ige Regenerativvorwärmung und Enthitzerschaltungen verkleinert wurden.
Mit'Einführung der ein- und zweifachen Zwischenüberbitzung und steigenden Dampftemperaturen werden die Expansionslinien des Dampfes im 1,s- bzw. T,9-Diagramm zu Werten höherer Entropie verschoben, so daß.der bei den verschie. denen Anzapfdrücken-entnommene Dampf höher überhitzt ist. Da so auch bei Enthitzerschaltungen zu dem aufzuwärmenden Speisewasser noch hohe Temperaturdifferenzen bestehen, ergeben sich entsprechende Exergieverluste.
Neben den Enthitzerschaltungen wurden bisher auch sogenannte Vorwärmturbinen vorgeschlagen, die bei Prozessen mit mindestens einer ZwischenUberhitzung angewendet werden konnten. Bei diesen Prozessen wurde der aus der Vorschaltturbine austretende Dampf zu einem größeren Teil nach der Zwischenüberhitzung in die Nachschaltturbine gegeben, während der tUr die Anzapfvorwärmung bei den einzelnen Druckstuten bestimmte Dampf nicht zwischenUberhitzi wurde, sondern In der Vorwärmturbine bis zu den einzelnen AunapfdrUcken weiter expandierte. Der so fUr die Regenerativvorwärmung verwendete Dampf war weniger überhitzt als wäre er der Nachochaltturbine entnommen worden. Somit-ergaben sich auch geringere Exergieverlunte beim prozeßinternen Wdrmetausch. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Kreisprozeß für Dampfkraftanlagen so zu vervollkommnen, daß die Exergieverluste beim prozeßinternen Wärmetausch vermindert und dadurch der Prozeßwirkungsgrad gehoben wird. Nach der Erfindung gibt der Turbine entnommener Anzapfdampf seine Überhitzungswärme an einen unter einem höheren Druck stehenden Teilstrom des Speisewassers ab, verdampft diesen Tellstrom und erhitzt ihn auf eine.in Abhängigkeit vom Reizflächenaufwand noch wirtschaftlich mögliche Temperatur, die um ä T unter der Temperatur des Anzapfdampfes liegt. Der so erzeugte Dampf kann auf verschiedene Weise nutzbar gemacht werden.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der erzeugte Dampf in einet zusätzlichen Turbine bis auf den Anzapfdruck expandiert und verrichtet so Arbeit. Abhängig vom Ausgangsdruck dieses in die Regenerativvorwärmung eingeschalteten Sek4ndär-Dampfkraftprozesses kann der Expansions-Endpunkt in der Sekundärturbine in der Nähe der Sattdampflinie bei der zum Anzapfdruck gehörenden Isobare liegen. Der aus der Sekundärturbine austretende Dampf und der enthitzte Anzapfdampf stehen somit als Sattdampf oder nur gering enthitzter Dampf für die Vorwärmung des Speisewassers in der entsprechenden Stufe zur Verfügung. Besonders bei den Kraftwerksblöcken großer Leistung, die in Zukunft erwartet werden können, steigen die Anzapfdampfmeil.-gen zu Werten, die auch bei Sekundärkreisläufen Dampfmengen erwarten lassen, die wirtschaftlich zu verwerten sind. Die Grundschaltung des-verbesserten Prozesses Ist aus den Figuren 4 und 5 zu ersehen. In Fig. 4 ist ein Prozeß im T,s-Diagramm dargestellt. Das Speisewasser wird durch die Regenerativvorwärmung, also durch prozeßinternen Wärmetausch und durch die Wärmezufuhr von außen im Kessel vom Punkt 1 bis zum Punkt 4 vorgewärmt, von 4 nach 5 verdampft und von 5 nach 6 überhitzt. Der Dampf expandiert-danach vom Punkt 6 bis zum Punkt 8 in der Vorschaltturbine, er wird, nachdem er die Vorschaltturbine verlassen hat, von Punkt 8 bis Punkt 9 wiederum durch Wärmezufuhr von außen im Kessel zwischenüberhitzt und expandiert danach in der Nachschaltturbine vom Punkt 9 bis auf den Druck im Kondensatorbei Punkt 31. Die Anzapfdampfentnahmen für die Regenerativvorwärmung mögen entsprechend dem gewählten Beispiel bei den Expansionspunkten 7, 8, 10, 11, 12 und 13 liegen. Für die Entnahme bei dem Punkt 10 soll nun die Einschaltung des Sekundär-Dampfkreislaufs erläutert werden. Der bei dem Punkt 10 der Nachschaltturbine entnommene Anzapfdampf strömt In den Sekundärdampferzeuger 18 (Bild-5) und bewirkt dort die Verdampfung und Überhitzung bis auf den Punkt 15 (Bild 4) des durch die Speisepumpe 20 in das Röhrensystem gedrückten Tollstroms. Dieser Teilstrom durchläuft die Zustandsänderungen von 3 oder noch geringeren We'rten für das Speisewasser nach 14 und von dort bis zur Überhitzung nach 15. Er wird dann in der Sekundärturbine 17 bis zum Punkt 16 entspannt und verrichtet dabei Arbeit. Bei der Dampferzeugung im Sekundärdampferzeuger 18 wird der Anzapfdampf ebenfalls bis auf den Punkt 16 enthitzt. Der so enthitzte Anzapfdampf und der in ' der Sekundärturbine entspannte Dampf geben nun von Punkt 16 nach Punkt 2 ihre Verdampfungswärme an das Speisewasser ab, um es von Punkt 22 auf Punkt 2 vorzuwärmen, Gegenüber einer Enthitzerschaltung hat die vorstehend beschriebene Schaltung den Vorteil, daß nicht nur eine Enthitzung des Dampfes bis zur Temperatur des Speisewassers aus dem höchsten Vorwärmer erfolgt, die mit den auch dabei noch bestehenden Temperaturdifferenzen zugleich zu erheblichen Exergieverlusten führt, sondern daß ein großer Teil der Überhitzungswärme des Anzapfdampfes im Sekundärkreislauf In-Arbeit umgesetzt wird. Dadurch, daß die zur Vorwärmung des Speisewassers zur Verfügung stehende Dampfmenge im Bereich des Sattdampfzustandes liegt und die Überhitzungswärme zu einen großen Teil nicht mehr zur Vor-. wärmung zur Verfügung steht, steigt auch die Entnahmedamp"-. menge bei 10. Der Prozeßwirkungegrad erhöht sich so zusätzlich durch die größere Dampfmenge, die in Hochtemperaturbereich des Prozesses bis zum Punkt 10 unläuft und Arbeit verrichtet, ohne daß die in den Kondensator strömerde Dampfmenge und damit die am Prozeßende verlorengehendä Wärmenenge steigt.
Gegenüber der Vorwärmturbine hat der Sekundärkreislauf den Vorteil, daß durch ihn auch Anzapfdampfströme, die bei hohen Zustandsdrücken entnommen werden (beispielsweise bei Punkt 7), mit geringerem Exergieverluot als bisher enthitzt werden können und daß der Frischdampfdruck des Sekundärkreislaufs frei wählbar ist, zum Beispiel so, daß bei der Dampfexpansien in der Turbine des Sekundärkreislaufs ein vorgegebener Expansions-Endpunkt beispielsweise im Bereich der Sattdampfkurve bei der zum Anzapfdruck gehörenden Isobaren erreicht wird.
Die angegebene Grundschaltung der Verbesserung der Regenerativvorwärmung durch einen Sekundärkreislauf läßt sich vielfältig variieren.
Fig. 6 zeigt eine solche Variation. Die Dampfströme aus -den Anzapfungen bei den Punkten 7 und 10 (Bild 4) geben ihre Überhitzungswärme In den zugehörigen Dampferzeugern des Sekundärkreislaufs 28 bzw. 18 ab und erzeugen Sekundärdampf bei Frischdampfdrück. Der Sekundärkreislauf wird durch einen bei Punkt 30 abgehenden Speisewasserteilstrom aus der Hauptspeiseleitung gespeist. In der Turbine des Sekundärkreislaufs wird der so erzeugte Dampf bis auf die Isobare, die durch den Punkt 7 geht, und zwar bis In den Bereich der Sattdampfkurve, entspannt und dann in den Vorwärmer 29 eingespeist. Der aus der Entnahme bei Punkt 7 kommende und im Sekundärdampferzeuger 28 enthitzte Dampf gibt im Vorwärmer 29 seine Verdampfungswärme ab& Analog wird'deraus der Entnahme 10 stammende und in 18 enthitzte Anzapfdampf Im Vorwärmer 19 niedergeschlagen. Dabei Ist es denkbar, daß der Vorwärmer 19 auch der Speisewasserbehälter sein kann. Die Speisepumpe 23 wäre in diesem Fall in den Speisewasserstrang zwischen die Vorwärmer 26 und den Speisewasserbehälter 19 einzuschalten. In die Schaltung nach Fig. 6 ist für den Dampf aus der Entnahme bei Punkt 8 kein Sekundärdampfkreislauf eingeschaltet, da bei der Entnahme beim Trenndruck der Dampf Im allgemeinen nicht hoch überhitzt ist. Sinngemäß könnte jedoch diese Entnahmestufe und weitere ebenfalls In den Sekundärkreislauf eingeschaltet werden. Es ist auch denkbar, daß mehrere Sekundärdampfkreisläufe mit unterschiedlichen Dampfzustandsgrößen betrieben werden, die auf eine Mehrdruckturbine oder auf verschiedene Turbin«n geschaltet sind. Ebenso können die Expansions-Endpunkte in der Sekundärturbine bei verschiedenen Drücken liegen.
Die Fig. 7 zeigt schließlich das Schaltbild eines Dampfkraftprozesses mit einfacher Zwischenüberhitzung und sechsstufiger Vorwärmung unter Einschaltung mehrerer Sekundärdampfkreisläufe. Es soll hier nur als Beispiel für einige der Möglichkeiten der Einschaltung von Sekundärkreisläufen in den Prozeß stehen. Bei dieser Schaltung ist es vorstellbar, daß alle drei Sekundärturbinen zu einer Mehrdruckturbine mit verschiedenen Zu- und Abgängen vereint werden, die beispielsweise mit zum Antrieb der Speisepumpe verwendet werden könnte.
Der aus der Nachschaltturbine austretende Abdanpf wird Im Kondensator 33 niedergeschlagen und über die Pumpe 23 dem Niederdruckvorwärmer 24 zugedrückt, der mit Anzapfdampf aus der Anzapfung bei 13 versorgt wird. Das in 24 anfallende Kondensat wird über die Pumpe 25 dem Hauptkondensatstrom bei 36 wieder zugemischt. Der Anzapfdampf dieser niedrigsten Stufe ist zu wenig überhitzt, als daß sich hier die Einschaltung eines Sekundärkreislaufs wirtschaftlich vertreten ließe.
Der Kondensatstrom tritt dann in den Vorwärmer 19 ein.

Dieser Vorwärm2r i--t dampfsei.#I-- mit dem Sekundärdampf-

erzeuger 18 und den Abdampfstutzen Jzr Selundärturbine i7

dieses ersten Sekundärdampfkreislaufs verbunden. Der bei Punkt 12 aus der Nachschaltturbine entnommene Dampf wird in Dampferzeuger 18 enthitzt und erzeugt dabei Dampf im Sekundärkreislauf. Die Pumpe 40 erhöht den Druck des Speisewasserteilstrons so, daß der aus der Sekundärturbine 17 austretende Abdampf nach seiner Expansion einen Zustand nahe der Sattdampfkurve bei der zu 12 gehörenden Isobare erreicht. Der Abdampf aus 17 und der enthitzte Dampf aus 18 geben beide ihre Verdampfungswärme in 19 zur Vorwärmung des Speisewassers ab.
Bei dem nächsthöheren Sekundärkreislauf werden die Überhitzungswärmen des Dampfes aus der Entnahme bei Punkt 8 und aus der Entnahme bei Punkt 11 dazu benutzt, um in den zugehörigen Sekundärdampferzeugern 36 bzw. 28 Dampf von gleichem Druck zu erzeugen, der in der Sekundärturbine 37 entspannt, wobei der Abdampf in dem zwischen den Vorwärmern 43 und 46 eingeschalteten Kondensator 61 niedergeschlagen und zür Aufwärmung des Speisewassers benutzt wird. Das Kondensat wird aus diesem Kondensator über die Pumpe 62 dem Hauptkondensatstrom zugepumpt. Es wäre auch möglich, diesen Dampf bis auf eine andere End-Isobare als hier in der Schaltung durchgeführt expandieren zu lassen und somit den-Abdam.pf der Turbine an einer anderen Stelle des Kreislaufs zur Vorwärmung des Speisewassers zu benutzen. Der aus den Sekundärdampferzeugern 38 bzw. 28 austretende Danpf wärmt als Sattdampf bei den zugehörigen Isobaren in den Vorwärmern 53 und 43 durch Abgabe seiner.Verdanpfungswärme das Speisewasser auf. Der-Speisewasserteilstrom, del- zur Dampferzeugung in dem Sekundärdampfkreislauf aus dem Speisewasserbehälter 46 abgenommen wird, wird über die Pumpe 51 am Punkt 49 In die beiden Sekundärdampferzeuger eingespeist. Es ist sinnvoll, als Speisewasser für die Sekundärdampfkreisläu--

fe Wasser von den-jeweils höchstmöglichen Temperaturni-

veau zu verwenden, um damit die bei gleicher abgegebener

ÜL.erbi+-1"i-z-##värrie erzeugte so groß wie

möglich zu halten. Für die ersten beiden hier besohriebenen Sekundärdampfkreisläufe könnte demnach auch Speisewasser etwa bei Punkt 59 abgenommen werden, es würden allerdings,- da dieses Wasser schon von der Speisepumpe bis auf den Eintrittsdruck In den Kessel gedrückt worden Ist, erhebliche Drosselverluste eintreten.falls die Frischdampfdrücke dieser Sekundärkreisläufe geringer gewählt werden als der Speisewasserdruck bei 59 ist.
Schließlich ist noch ein dritter Sekundärkreislauf eingeschaltet, bei dem ebenfalls wieder zwei Entnahmestufen, und zwar die Entnahmestufe bei Punkt 7 und die Entnahmestufe bei Punkt 10 in den zugehörigen Sekundärdampferzeugern 58 und 48 Sekundärdampf von gleichem Druck erzeugen. Die Dampfströme geben in diesen beiden Sekundärdämpferzsugern ihre Überhitzungswärme ab und werden dann in den zugehörigen Vorwärmern 56 bzw. 46 zur Vorwärmung des Speisewassers .eingesetzt. Der Abdampf der Sekundärturbine dieses Kreislaufs wird bei Punkt 57 dem aus dem Vorwärmer 58 austretenden Sattdampf zugemischt. Er hat an dieser Stelle etwa. den gleichen Zustand wie der enthitzte Anzapfdampf. Als Speisewasser für diesen Sekundärkreislauf wird bei Punkt 59 Speisewasser von der Hauptspeiseleitung abgezweigt.

Claims

Patentansprüche Kreisprozeß für Dampfkraftanlagen mit Regenerativvorärmung, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbine entnommener Anzapfdampf vor seinem Eintritt In einen Vorwärmer seine Überhitzungewärme an einen unter höherem Druck stehenden Teilstron des Speisewassers abgibt, diesen Teilstrom verdampft und auf eine noch wirtschaftlich mögliche Temperatur überhitzt. 2.) Kreisprozeß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzlich erzeugte Dampf in einem Sekundärkreislauf in einer zweiten Turbine entspannt und dann dem Primärkreislauf wieder zugeführt wird. 3.) Kreisprozeß nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzlich erzeugte Dampf in der Sekundärturbine soweit entspannt wird, daß sein Zustand beim Austritt aus der Sekundärturbine etwa dem Dampfzustand des enthitzten Anzapfdampfbs der Hauptturbine entspricht, daß anschließend der Dampf des Sekundärkreislaufes dem Anzapfdampf beigemischt und beide Dampfströme dem zugehörigen Vorwärmer zur Vorwärmung des Speisewassers zugeführt werden, wobei ein annähernd gleicher Endzustand des Abdampfes aus der Sekundärturbine und des enthitzten Anzapfdampfes durch eine entsprechende-Wahl des Frischdampfdruckes im Sekundärkreislauf unter Einschaltung einer Pumpe erreicht werden kann. 4.) Kreisprozeß nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit Anzapfdampf verschiedener Entnahmestellen der Hauptturbine gespeiste Sekundärdampferzeuger so geschaltet werden, daß sie Dampf gleichen Druckes erzeugen, daß die Sekundärdampfströme einer gemeinsamen Sekundärturbine zugeleitet werden, und daß der Dampf in der Sekundärturbine auf einen Druck entspannt wird, der zu einer dieser Anzapfstufen gehört und mit dem aus dem Sekundärdampferzeuger austretenden Sattdampf zur Vorwärtiung des Süeisewassers in dieser Stufe benutzt wird, während die aus den Sekundär-. dampferzeugern der anderen Vorwärmstufen austretende-.--1 enthitzten Dampfmengen den ihnen zugehörigen Vorwärmern zugeleitet werden. 5. ) Kreisprozeß nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dae der Speisewasserteiletrom für die Sekundärdampferzeuger der höchsten Entnahmestellen der Hauptspeiseleitung hinter dem letzten Vorwärmer entnommen und ohne wesentlichen Druckverlust in den Sekundärdampferzeugern in überhitzten Dampf umgewandelt wird. 6&) Kreisprozeß nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichne.t, daP- in den Sekundärdampferzeugern Dampf mit unterschiedlichen Drücken erzeugt und an verschiedenen Stellen der Sekundärturbine zugeführt wird, daß ferner auch an verschiedenen Stellen aus der Sekundärdampftürbine zur Zumischung zu den entsprechenden enthitzten Dampfströmen wieder entnommen wird. 7.) Kreisprozeß nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf des Sekundärkreislaufs am Ende seiner Expansion noch überhitzt ist und seine Überhitzungswärme an einen in den Speisewasserstrom geschalteten Enthitzer abgibt. 8.) Kreisprozeß nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im Sekundärdampferzeuger enthitzte Dampf noch Überhitzungswärme hat und sie in einer Enthitzerstufe im Speisewasservorwärmer an das-Speisewasser abgibt.