DE1551269B2 - Waermekraftanlage mit einem durch einen reaktor geheizten waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage mit einem durch einen Reaktor geheizten Wärmetauscher und einem nachgeschalteten, fremdbeheizten Überhitzer.

Eine derartige Wärmekraftanlage ist aus der schweizerischen Patentschrift 286 627 bekannt, wobei weder zwischen dem Wärmetauscher und dem fossilbeheizten Überhitzer noch zwischen letzterem und der Dampfturbine ein Ventil erwähnt ist. Es muß jedoch unterstellt werden, daß aus Sicherheitsgründen vor der Turbine ein Schnellschlußventil vorgesehen ist. .

Die Verwendung eines Überhitzers in einer solchen Wärmekraftanlage wirft Probleme auf, die für die Konstruktion des Überhitzers von entscheidender Bedeutung sind. Diese Probleme entstehen in erster Linie dadurch, daß die Überhitzerrohre einem sehr starken Wärmeaustausch unterworfen sind. Die Wände der Feuerkammer eines solchen Überhitzers werden von einem Dampf durchlaufen, der vorzugs-,weise gesättigt ist, also von dem kältesten Dampf, der in der Anlage auftritt. Die Situation ist schon schwierig, wenn die Wärmekraftanlage unter Volllast läuft. Die Schwierigkeiten vergrößern sich jedoch noch, wenn die Anlage nur mit Teillast betrieben wird. In diesem Falle ist nämlich die Verminderung der Belastung des Überhitzers nur 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 des gesättigten Dampfes bei Teillast mehr erhöht wird als bei Vollast. Dies rührt daher, daß man die Veränderung des Wärmeaustausches durch Veränderung des Druckes im zweiten Kreis erreicht und in diesem Falle der Druck am Ausgang des Wärmetauschers sich in Abhängigkeit vom Verlauf der Verdampfung gemäß einer fallenden Kurve verändert. So wird beispielsweise der Druck bei 25% der Vollast höher sein als 25 % des Druckes bei Vollast.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmekraftanlage so auszubilden, daß diese Nachteile beseitigt werden, d. h. die Belastung des Überhitzers vermindert wird.

Diese Aufgabe ist bei einer Anlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Wärmetauscher und dem Überhitzer ein Uberhitzerregelventil eingeschaltet ist, das als lastabhängiges Drosselventil ausgebildet ist.

Hierdurch wird der technische Fortschritt erreicht, daß der Druck am Eingang des Überhitzers so gesteuert wird, daß der Überhitzer mit dem am Eingang der Turbine notwendigen Druck arbeitet. Es ist dann beispielsweise der Druck bei 25% der Vollast in der Größe von 25% des Druckes bei Vollast. Die Verminderung des Druckes am Eingang des Überhitzers hat eine beträchtliche Vergrößerung des spezifischen Volumens und diese wiederum eine Vergrößerung des Leistungsabfalls zur Folge, was zu einer Verbesserung der Verteilung des Dampfes auf die verschiedenen parallelgeschalteten Rohre des Überhitzers führt. Die Folge ist eine beträchtliche Verminderung der Beanspruchung der Rohre, was zu einem verbesserten Verhalten des Rohrwerkstoffes führt. Ferner ist der Dampf am Eingang des Überhitzers und infolgedessen in den Wänden der Brennkammer, also der kritischen Zone, deutlich kälter als bei den bekannten Wärmekraftanlagen. ■ Diese Verbesserung führt wie die obengenannte dazu, daß auch bei Teillast ein sicherer Betrieb möglich ist. Außerdem kann als zulässiger Druck des Überhitzers, d. h., als maximaler Druck, den man ohne Gefahr erreichen können muß, ein Wert gewählt werden, der urrter demjenigen liegt, der bei den bekannten Ausführungsformen vorgeschrieben ist. Bei einer Anlage gemäß der Erfindung ist der zulässige

ίο Dampfdruck des Überhitzers durch den Druck bei Vollast bestimmt. Bei den bekannten Anlagen war er hingegen an den Druck bei einer verminderten Last gebunden. Dieser Vorteil ermöglicht eine Verminderung der Dicke der Rohre, die im Überhitzer vorgesehen sind. .

Da üblicherweise der Turbine ein Regelventil vorgeschaltet ist, spricht dieses zunächst auf schnelle Laständerungen an. Das Überhitzerregelventil regelt dann nach, da die Regelstrecke des Überhitzers eine größere Trägheit besitzt.

Es ist zwar bereits durch die ausgelegte Patentanmeldung P 31482 D, welche eine Wärmekraftanlage für hohe Temperaturen betrifft, bekannt, zwischen einem ersten Überhitzer und einem Hochtemperatur-Überhitzer, an den ohne Armaturen eine Hochtemperatur-Vorschaltmaschine angeschlossen ist, ein Regelventil vorzusehen. Bei dieser bekannten Wärmekraftanlage geht es darum, die Höchstwerte von Dampftemperatur und Dampfdruck noch betriebssicher beherrschen zu können und Rohrleitungen, die aus hochlegierten Materialien bestehen müssen, sowie Armaturen und Sicherheitseinrichtungen einsparen zu können. Dieses Problem hat also mit der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe nichts 2u tun. Außerdem ist der Vorschlag, eine Turbine ohne Armaturen direkt an den Überhitzer anzuschließen, bei normalen Nutzleistungsturbinen nicht anwendbar.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen-Standes ist im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema des Ausführungsbeispiels, F i g. 2 ein Diagramm, das den Druck, in Abhängigkeit von der Last, am Eingang des Überhitzers zeigt.

Mit einem Wärmetauscher 1 einer Wärmekraftanlage sind, wie F i g. 1 zeigt, ein erster Kreis 2 und ein zweiter Kreis 3 verbunden. Der erste Kreis 2 führt dem Wärmetauscher 1 von einem Reaktor 4 Wärme zu. Der zweite Kreis 3 liefert Dampf an eine Turbine 5, der ein Kondensator 6 nachgeschaltet ist. Zwischen den Wärmetauscher 1 und die Turbine S ist ein Überhitzer 7 geschaltet.

In einer Anlage, welche nur die bisher beschriebenen Baugruppen enthält, erhält man eine Änderung des Wärmeaustausches zwischen dem ersten Kreis 2 und dem zweiten Kreis 3 in Abhängigkeit vom Verlauf der Verdampfung, durch eine Änderung des Druckes des zweiten Kreises 3.

Der Druck im Punkt Ä am Ausgang des Wärmetauschers 1 ändert sich hierbei in Abhängigkeit vom Verdampfungsverlauf entsprechend einer Kurve C, die in F i g. 2 voll ausgezogen dargestellt ist. Der Druck im Punkt A ist demnach bei beispielsweise 25 % der Vollast der Turbine 5 beträchtlich höher als 25 % des Druckes bei Vollast.

Zur Beseitigung der sich hieraus ergebenden Nachteile betreibt man den Überhitzer? mit dem

am Eingang der Turbine 5 notwendigen Druck. Hierzu ist zwischen den Wärmetauscher 1 und den Überhitzer 7 ein Überhitzerregelventil 9 geschaltet, das als lastabhängiges Drosselventil ausgebildet ist und funktionsmäßig von der Stellung eines zwischen dem Überhitzer 7 und der Turbine 5 angeordneten Regelventils 8 abhängig ist. Bei schnellen Laständerungen regelt zunächst das Regelventil 8, bis das Uberhitzerregelventil, das der trägen Regelstrecke des Überhitzers zugeordnet ist, nachregelt.

Durch das Überhitzerregelventil 9 erhält man am Eingang des Überhitzers 7 einen Druckverlauf, der dem Verlauf einer theoretisch linearen Kurve C entspricht, die in F i g. 2 gestrichelt gezeichnet ist. Die Kurve C zeigt, daß man am Eingang des Überhitzers 7 einen Druck erhält, der bei Teillast geringer ist als bei Vollast. Beispielsweise ist der Druck bei 25% der Vollast nur wenig höher als ¹A des Druckes bei Vollast.

Der Wert des zulässigen Druckes des Wärmetauschers 1, der für die bekannten Anlagen durch eine Gerade T in F i g. 2 dargestellt ist, liegt bei der erfindungsgemäßen Wärmekraftanlage deutlich tiefer, wie eine Gerade T in F i g. 2 zeigt. Es genügt, daß die Gerade T mit dem erforderlichen Sicherheitsabstand über dem Druck bei Vollast liegt.

10

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wärmekraftanlage mit einem durch einen Reaktor geheizten Wärmetauscher und einem nachgeschalteten, fremdbeheizten Überhitzer, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmetauscher (1) und dem Überhitzer (7) ein Uberhitzerregelventil (9) geschaltet ist, das als lastabhängiges Drosselventil ausgebildet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen