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Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Beanspruchung einen
überhitzern In einer Energieerzeugungsanlage. Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung der Beanspruchung eines einer Turbine
vorgeschalteten überhitzern In einer Dampf mit verhältnismässig geringen Werten
von Temperatur und Druck verwendenden Energleerzeugungeanlage.
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Solche Anlagen, die beispielsweise In Verbindung mit Druckwasserreaktoren
verwendet werden, weinen einen ersten-Kreis auf, der die Wärme von einer Wärmequelle,
beispielsweise einem Kernreaktor, einem Wärmeaustauacher oder Kessel zuführt.und
einen zweiten Kreis, in dem der Dampf' vom Kessel einer Turbine zugeführt wird,
3ei solchen Anlagen ist es bekannt, zwischen den Kessel und die Turbine einen überhitzer
einzuschalten, der mittels eines tossilen Brennstoffen, beispielsweise Heizöl oder
Kohle, geheizt wird. Man erhält dadurch
eine nennenswerte Wirkungsgradverbe8serung,
Die Verwendung eines Überhitzers In einer solchen Anlage wirft jedoch technologische
Probleme auf, die für die Konstruktion den Überhitzers von entscheidender
Bedeutung aind. Probleme entstehen In erster Linie durch das Verhalten des Werkstoffes
der Überhitzerrohre, da diese einem sehr starken Wärmeaustausch unterworfen sind.
Die Wände der Feuerkammer eines solchen Überhitzers werden von einem Dampf durchlaufen,
der vorzugsweise gesättigt ist» d.h. also von dem kältesten Dampf, der in der Anlage
auftritt. Die Situation Ist schon schwierig, wenn die Anlage unter Vollast läuft.
Die Schwierigkeiten vergrönnern sich jedoch noch, wenn die Anlage nur mit
Teillast betrieben wird. Tatsächlich Ist In diesem Falle die Verminderung der Belastung
des Überhitzers unbedeutend, was zu einer grossen UngleichmässIgkeit der
Verteilung des Dampfes auf die verschiedenen parallelgeschalteten Rohre führt. Erschwerend
kommt noch der Umstand hinzu, dass In einer solchen Anlage der Druck den gesättigten
Dampfes bei Teillast mehr erhöht wird als bei Vollast. Dies rührt daher, daso man
die Veränderung des Wärmeaustausches durch Veränderung des Druckes im zweiten Kreis
erreicht und in diesem Falle der Druck am Ausgang den Dampfkessels sich In
Abhängigkeit vom Verlauf der Verdampfung gemden einer fallenden Kurve verändert.
So wird beispielsweise der Druck bei 25 9 der Vollast höher seinale
25 % den Drucke bei Vollast.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde» ein Verfahren zur Beseitigung
dieser Nachteile und Verminderung der Belastung
den Überhitzers
zu schaffen. Diese Aufgabe Ist erfindungsgemäns dadurch gelöst,
dann der Druck am Eingang den Überhitzers in der Weine gesteuert wird"
dann der Überhitzer mit dem am Eingang der Turbine notwendigen Druck arbeitet. Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Durchführung
diesen Verfahrens zu schaffen" Diese Aufgabe ist erfindungegemäne dadurch gelöst"
dann vor dem Überhitzer mindestens ein Regelventil angeordnet Ist. Es können
hierbei die Regelventile der Turbinenregelatute vor dem Überhitzer angeordnet sein.
Zu können aber auch die vor dem Überhitzer angeordneten Regelventile zusätzlich
zu den zwischen dem Überhitzer und der Turbine angeordneten Regelvontile der Turbinenregelatufe
vorgesehen und funktionemännig mit letzteren verbunden sein. Der Druckabiali der
Regelventile der Turbinenregelstute ist In diesem Fall auf einen bentimten Wert
begrenzt* Das ertindungegmänne Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgesehene
Vorrichtung ermöglichen en.am Eingang den überbitzern-den Dampfdruck gemänn einer
Kurve zu steuern, die die Konnlinie der Verdampfung kreuzt. Es Ist
dann beispielweine der Druck bei 25 9 der Mennlast in der Grösae von einem
Viertel den Drucken bei Vollast. Hieraus ergeben sich zahlreiche wesentliche
Vorteile. Die Verminderung den Drucke am Eingang den Überhitzers hat eine beträchtliche
Vergrösserung den spezifischen Volunens und
diese wieder=
eine Vergrösserung den Leistungsabfalls zur Folge, was zu einer Verbesserung
der Verteilung den Dampfee auf die verschiedenen parallel geschalteten Rohre den
Oberhitzern führt. Dies trägt zu einen grossen Toll zur Verminderung der Beanspruchung
der Rohre und damit zu einem verbesserten Verhalten des Rohrwerkstoffe
bei, Ferner Ist der Dampf am Eingang den überhitzern und infolgedessen In
den Wänden der Brennkammer, also der kritischen Zone, sehr deutlich kälter als bei
den bekannten AusfUhrungsformen. Diese Verbesserung fUhrt wie die oben genannte
dazu, dann auch bei
Teillast die Betriebabödingungen sehr sicher sind,
Ausserdem kann als zulässiger Druck den Oberhitzerag d,h. als maxImaler Druck,
den man ohne Gefahr erreichen können muns, ein Wort gewählt sein, der unter demjenigen
liegt" der bei den bekannten Ausführungsformen vorgeaohrieben'ist, Tatsächlich ist
bei einer Anlage gemine der Erfindung der zu-lässige Dampfdruok den überbitzers
durch den Druck bei Volllast bestimt. Bisher war er an den Druck bei einer
verminderten Last gebunden, der Ober demjenigen bei Vollast lag. Diener Vorteil
ermöglicht eine Verminderung der Dicke der Rohreg die Im überhitzer vorgesehen
sind, Die Erfindung Ist im folgenden an Hand eines auf der Zeioh. nung dargestellten
Ausführungsbeispiels in einaeinen erlau» tert. an zeigen: Fige
1 ein Schaltschem einer Aunführungsform der erfla-' dungegeaU»n Anlage
Fig.
2 ein Diagramm, das den Verlauf der Kurven den Drucks In Abhängigkeit von
der Last am Ausgang den Kesseln und am Eingang des überhitzern zeigt.
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Mit einem Wärmeaustauscher oder Kessel 1 sind" wie Piae
1
zeigt, ein erster Kreis 2 und ein weiter Kreis 3 verbunden. Der erste
Kreis 2 fUhrt dem Kessel 1 Wärm zu von einem Reaktor 49 beispielsweise einem
Kernreaktor. Der zweite Kreis 3
liefert vom Kessel 1 aus Dampf an eine
Turbine 5, der ein Kondensator 6 nachgeschaltet Ist. Zwischen den
Kessel 1 und die Turbine 5 Ist ein überhitzer 7 geschaltet.
,
In dieser Anlage erhält man eine Xnderung den Wärmaustauschen zwischen
dem ersten Kreis 2 und den zweiten Kreis 3
in Abhängigkeit von Verlauf
der Verdampfung durch eine Änderung den Drucks den zweiten Kreisen
3, Der Druck im Punkt A
am Ausgang den Kesseln 1 ändert sich
In Abhängigkeit vom Vordampfungsverlauf entsprechend der Kurve C, die in
Fig. 3
voll ausgezogen dargestellt Ist. Der Dampfdruck In Punkt
A
Ist demnach bei 25 % der Vollant höher als 25 0 den
Drucken bei Vollut. Man sieht'hieraus auch deutlich die Nachteile,9
die durch diesen Verhalten entstehen* Zur Beseitigung dieser Nachteile betreibt
man, anstatt den Dampf Im überhitzer 7 denselben Bedingungen, wie sie
in Punkte A, also am Ausgang den Kesseln 1, herrechen, zu unterwerten"
den Oberhitzer 7 genau mit dem am Eingang der Turbine 5 notwendigen
Druck. Hierzu Ist zwischen den.Xeonel 1 und den überhitzer 7 ein zusätzlichen
Regelventil 9 geschaltet,
das funktionamännig mit einem zwischen
dem überhitzer 7
und der Turbine 5 angeordneten Regelvontil
8 verbunden Ist. Der Druckabtall In Regelventil 8, das den
Dampteintritt In die Regelstute der Turbine 5 regelt" Ist auf einen
be-
stimmten Wort begrenzt, Durch das zusätzliche Regelventil 9 erhält
nan an Eingang den
überhitzers 7 einen Druckverlauf» der
den Verlauf der theoretioch linearen Kurve CO entspricht, die In Fig.
2 gentrichelt gezeichnet ist. Man erhält also an Eingang den Oberhitzern
7 einen Dampfdruck, der bei Teillast viel geringer Ist als
bei Vollast. Bei 25 % der Vollast beispielsweise ist der Druck
nur wenig höher als 1/4 den Drucks bei Vollast, Der Wort den zulässigen
Keeseldruoka, der für die bekannten Anlagen durch die gerade T (Fig,
2) dargestellt lstg wird bei dieser Ausführungsform durch die Gerade
TO dargentelltg die deutlich unterhalb der Geraden T liegt. Es genügt,
dane die Gerade TO höher liegt als der Druck bei Vollast, wohingegen
bei den bekannten Anlagen der zulässige Kosseldruok ßber den Druck
bei Teillast liegen ausste, der höher Ist als der Druck bei Vollast.