DE1551400C3

DE1551400C3 - Arrangement for controlling an indirect air condensation system

Info

Publication number: DE1551400C3
Application number: DE1967M0072673
Authority: DE
Inventors: Herbert Krips; Kurt Dr.-Ing. Spangemacher
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1967-02-07
Filing date: 1967-02-07
Publication date: 1975-10-16
Also published as: DE1551400B2; DE1551400A1; FR1553427A; GB1153415A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung einer Luftkondensationsanlage, bei der der Turbinenabdampf in einem Einspritzkondensator kondensiert wird, dessen Kühlwasser mittels einer Pumpe im geschlossenen Kreislauf durch einen Luftkühler geführt, rückgekühlt und über eine mit einem Druckreduzierorgan versehene Rückströmleitung zum Einspritzkondensator zurückgeführt wird und bei der das Druckreduzierorgan in Abhängigkeit vom Druck im Einspritzkondensator geregelt wird, wobei oberhalb der höchsten Stelle der Kühlelemente ein oder mehrere durch stetig steigende Leitungen mit diesen verbundene Wasserstandsgefäße vorgesehen sind, und die Wasserstandsgefäße jeweils eine Ausgleichsleitung und einen Wasserstandsmesser aufweisen, der die Förderleistung der Pumpe regelt.The invention relates to an arrangement for regulating an air condensation system in which the turbine exhaust steam is condensed in an injection condenser, the cooling water of which is closed by means of a pump Circuit passed through an air cooler, recooled and via one with a pressure reducing element provided return flow line is returned to the injection condenser and in which the pressure reducing element is regulated as a function of the pressure in the injection condenser, above the highest Place one or more water level vessels connected to the cooling elements by constantly rising pipes are provided, and the water level vessels each have a compensation line and a Have water level meter that regulates the delivery rate of the pump.

Eine derartige Anordnung ist Gegenstand des älteren Patents DT-PS 1 241 852.Such an arrangement is the subject of the earlier patent DT-PS 1 241 852.

Bei bekannten Anlagen findet eine indirekte Luftkondensation statt, indem der Turbinenabdampf unmittelbar bei der Turbine durch eingespritztes Kreislaufwasser niedergeschlagen wird, das die abzuführende Wärme in dem Luftkühler, der in einiger Entfernung im Freien aufgestellt ist, an die atmosphärische Luft abgibt. Da es sich um einen geschlossenen Kühlwasserkreislauf handelt, müßte die Kühlwasserpumpe theoretisch den Druck nur um soviel erhöhen, wie zur Überwindung der Druckverluste in den Rohrleitungen und Einspritzdüsen erforderlich ist. Praktisch reicht eine derartige Druckerhöhung aber nicht aus, weil aus konstruktiven Gründen der höchste Punkt des Luftkühlers meist erheblich höher liegt als der Wasserstand im Einspritzkondensator und weil das Kühlwasser im Einspritzkondensator in direktem Kontakt mit dem unter hohem Vakuum stehenden Turbinenabdampf steht und daher an dieser Stelle einen hohen Unterdruck hat. Es ist daher erforderlich, zumindest den geodätischen Höhenunterschied, soweit er nicht durch Druckabfälle durch Rohrreibung und in den Einspritzdüsen verbraucht wird, durch ein geeignetes Gerät vor dem Einspritzkondensator zu reduzieren. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, auch noch eine Reduzierung um den im Einspritzkondensator herrschenden Unterdruck vorzunehmen, um ein Vakuum im Luftkühler zu vermeiden. Die abzuführende Druckenergie wird entweder in einem Reduzierventil vernichtet oder nutzbringend in einer Entspannungsturbine verwertet. Die Kühlwasserpumpe muß jedenfalls einen Druck erzeugen, der um das Gefälle im Reduzierventil oder der Entspannungsturbine höher liegt als die erwähnten Druckabfälle in den Rohren und den Einspritzdüsen.In known systems, an indirect air condensation takes place by the turbine exhaust steam directly is precipitated at the turbine by injected circulating water, which is to be discharged Heat in the air cooler, which is set up in the open air some distance away, gives off to the atmospheric air. Since it is a closed cooling water circuit, the cooling water pump should theoretically only increase the pressure by as much as needed to overcome the pressure losses in the pipelines and Injectors is required. In practice, however, such a pressure increase is not sufficient because it is constructive The highest point of the air cooler is usually considerably higher than the water level in the injection condenser and because the cooling water in the injection condenser is in direct contact with the under Turbine exhaust steam standing in a high vacuum and therefore has a high negative pressure at this point. It is therefore necessary, at least the geodetic height difference, as far as it is not due to pressure drops is consumed by pipe friction and in the injection nozzles, by a suitable device in front of the injection condenser to reduce. In addition, it can also be advantageous to reduce by the to undertake the negative pressure prevailing in the injection condenser in order to avoid a vacuum in the air cooler. The pressure energy to be dissipated is either destroyed in a reducing valve or usefully recycled in an expansion turbine. In any case, the cooling water pump must generate a pressure which is higher than the ones mentioned by the gradient in the reducing valve or the expansion turbine Pressure drops in the pipes and the injectors.

Bei den bekannten Anlagen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Kühlwasserumlauf des Systems den gegebenen Belastungs- und Temperaturverhältnissen anzupassen. So soll bei Teillast der Turbine und bei niedrigen Außenlufttemperaturen der Umlauf vermindert werden, um einen bestimmten Dampfdruck, das sogenannte Grenzvakuum der Turbine, bei dem in der letzten Turbinenreihe nahezu Schallgeschwindigkeit herrscht, nicht zu unterschreiten. Damit ändern sich auch die Drücke im gesamten System.In the known systems, it has proven to be useful, the cooling water circulation of the system to adapt to the given load and temperature conditions. So at part load of the turbine and at low outside air temperatures the circulation can be reduced to a certain vapor pressure that So-called limit vacuum of the turbine, at which in the last turbine row almost the speed of sound prevails not to fall below. This also changes the pressures in the entire system.

Es ist seit langem bekannt, den Pumpendurchsatz in Abhängigkeit vom Kondensatordruck oder der entsprechenden Temperatur zu regeln. Dies geschieht beispielsweise durch Leit- oder Laufschaufelverstellung, Drehzahlregelung oder durch Drosseln, wobei der Kondensatordruck als Regelgröße wirkt.It has long been known to determine the pump throughput as a function of the condenser pressure or the corresponding To regulate temperature. This is done, for example, by adjusting the guide or rotor blades, Speed control or by throttling, whereby the condenser pressure acts as a controlled variable.

Zur Einhaltung eines geeigneten Druckniveaus schlägt die DT-PS 1 192 221 vor, das Druckreduzierorgan vor dem Kondensator von dem an der höchsten geodätischen Stelle des Systems herrschenden Druck zu regeln und an dieser Stelle einen kleinen Überdruck einzuhalten. Dieser Überdruck soll so groß sein, daß unter Berücksichtigung des durch den Regelkreis verursachten Regelbereiches möglichst zu keinem Zeitpunkt der Druck der äußeren Atmosphäre unterschritten wird. Dabei kann die Regelabweichung infolge der Inkompressibilität des Wassers und der Trägheit des Systems verhältnismäßig groß sein. Bis das Stellglied das Druckreduzierorgan in die erforderliche Stellung gebracht hat, vergeht eine gewisse Zeit, in der der Druck sich bis auf den der Charakteristik der Pumpe entsprechenden Druck ändern wird. Man kann zur Dämpfung dieser Druckschwankung an der höchsten Stelle oder einem anderen geeigneten Punkt ein Gaspolster vorsehen. Dieses Gaspolster wird aber von dem völlig entgasten Wasser in verhältnismäßig kurzer Zeit absorbiert. Ist das Gas Luft, so gelangt Sauerstoff in den Kreislauf, wodurch Korrosionen verursacht werden. Verwendet man ein anderes Gas, z. B. Stickstoff, so muß dieses ständig erneuert werden, da bei Druckschwankungen nach unten Stickstoff aus einer Flasche oder einem Netz nachströmen muß.In order to maintain a suitable pressure level, DT-PS 1 192 221 suggests the pressure reducing device in front of the condenser from the pressure prevailing at the highest geodetic point in the system to regulate and to maintain a small overpressure at this point. This overpressure should be so great that taking into account the control range caused by the control loop, if possible at no point in time the pressure of the external atmosphere is not reached. The system deviation as a result of the Incompressibility of the water and the inertia of the system can be relatively great. Until the actuator has brought the pressure reducing element into the required position, a certain time passes in which the Pressure will change to the pressure corresponding to the characteristics of the pump. One can go to Attenuation of this pressure fluctuation at the highest point or another suitable point a gas cushion provide. However, this gas cushion is removed from the completely degassed water in a relatively short time absorbed. If the gas is air, oxygen enters the circuit, which causes corrosion. If you use another gas, e.g. B. nitrogen, this must be constantly renewed because of pressure fluctuations nitrogen must flow down from a bottle or a network.

Gegenstand des nicht zum Stande der Technik gehörenden älteren Patents DT-PS 1 241 852 ist eine Anordnung zur Regelung einer Luftkondensationsanlage der eingangs beschriebenen Art. Dabei wird die Ausgleichsleitung, die die höchste Stelle der Kühlelemente mit einem tiefer liegenden Wassertank verbindet, zuThe subject of the earlier patent DT-PS 1 241 852, which does not belong to the state of the art, is an arrangement for regulating an air condensation system of the type described above. which connects the highest point of the cooling elements with a lower-lying water tank

sammen mit dem Wassertank unter einem gegenüber der Atmosphäre geringen Überdruck eines Schutzgases, vorzugsweise Stickstoff, gehalten. Der Wassertank ist erforderlich, um das Wasser gegebenenfalls abgeschalteter Elemente bei Frostgefahr ablassen zu können. Der Wassertank und die damit zusammenhängenden Apparate sind sehr kostspielig und benötigen viel Platz, so daß in vielen Fällen darauf verzichtet wird sie einzubauen. In diesen Fällen verhindert man das Einfrieren bei auftretendem Frost auf andere Weise, z. B. durch Jalousien an den Lufteintritten.together with the water tank under a protective gas overpressure that is low compared to the atmosphere, preferably nitrogen. The water tank is required to turn off the water if necessary To be able to drain elements when there is a risk of frost. The water tank and related Apparatuses are very expensive and take up a lot of space, so that they are dispensed with in many cases to be built in. In these cases, when frost occurs, other means are used to prevent freezing, e.g. B. through blinds on the air inlets.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und insbesondere die Verzögerungen, die bei den bekannten Regelanordnungen auftreten, so weit wie möglich auszuschalten. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß an Stelle eines zusätzlichen Druckpolsters der Wasserstand allein an der höchsten Stelle des Systems als Regelgröße verwendet werden kann.The invention is based on the object of avoiding these disadvantages and in particular the delays that occur with the known control arrangements, to be eliminated as far as possible. She goes from from the knowledge that instead of an additional pressure cushion, the water level alone at the highest Place of the system can be used as a controlled variable.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgleichsleitungen der Wasserstandsgefäße mit dem Dampfraum des Einspritzkondensators verbunden sind.In an arrangement of the type specified at the outset, this object is achieved according to the invention in that that the equalizing lines of the water level vessels with the vapor space of the injection condenser are connected.

Von dem Gegenstand des älteren Patents 1 241 852 unterscheidet sich die Erfindung dadurch grundlegend, daß die Gasausgleichsleitung, die von der höchsten Stelle der Kühlelemente ausgeht, nicht mit einem tiefer liegenden Wassertank verbunden und unter einem gegenüber der Atmosphäre geringen Überdruck eines Schutzgases gehalten wird, sondern daß sie direkt in den Einspritzkondensator geführt ist. Diese Maßnahme, die sich aus dem Offenbarungsinhalt des älteren Patents nicht herleiten läßt, führt dazu, daß an der höchsten Stelle der Anlage kein Überdruck herrschen muß, wie es bei dem älteren Patent der Fall ist.The invention differs fundamentally from the subject of the earlier patent 1 241 852 in that that the gas equalization line, which emanates from the highest point of the cooling elements, not with a deeper one connected lying water tank and under a low overpressure compared to the atmosphere Protective gas is held, but that it is fed directly into the injection condenser. This measure, which cannot be derived from the disclosure of the earlier patent leads to the fact that There is no overpressure at the highest point of the system, as is the case with the earlier patent.

Im allgemeinen liegt der Druck bei derartigen Kondensationsanlagen am oberen Ende der Kühlelemente in der Größenordnung von etwa 0,1 ata. Solange das Wasserstandsgefäß kurz oberhalb der Kühlelemente angeordnet ist, muß der Druck in der an den Einspritzkondensator angeschlossenen Ausgleichs- oder Entlüftungsleitung an der Anschlußstelle an die Kühlelemente geringfügig oberhalb des der Kühlwassertemperatur an dieser Stelle entsprechenden Sättigungsdruckes liegen. Die Anlage arbeitet somit im Unterdruckbereich.In general, the pressure in such condensation systems is at the top of the cooling elements on the order of about 0.1 ata. As long as that If the water level vessel is arranged just above the cooling elements, the pressure in the must be applied to the injection condenser connected compensating or venting line at the connection point to the cooling elements are slightly above the saturation pressure corresponding to the cooling water temperature at this point. The system thus works in the negative pressure range.

Um aus Sicherheitsgründen Lufteinbrüche bei einem derartigen System auszuschließen, sieht die Erfindung ferner vor, das Wasserstandsgefäß etwa 10 m oberhalb der höchsten Stelle der Kühlelemente anzuordnen. Durch diese Maßnahme wird der Druck von beispielsweise 0,1 ata ausgeglichen und eine Fahrweise im Überdruckbereich ermöglicht. Die Regelung der Anlage gemäß vorliegender Erfindung kann also einerseits im Unterdruckbereich gefahren werden, was sich auf eine Verringerung der für die Umwälzung des Kühlwassers benötigten Energie auswirken würde oder aber im Überdruckbereich, um Lufteinbrüche mit Sicherheit auszuschalten.In order to exclude air ingress in such a system for safety reasons, the invention provides also propose to arrange the water level vessel about 10 m above the highest point of the cooling elements. By this measure, the pressure of 0.1 ata, for example, is compensated and a driving style in Overpressure area allows. The regulation of the system according to the present invention can on the one hand be driven in the negative pressure range, resulting in a reduction in the circulation of the cooling water The required energy would affect or in the overpressure range to air ingress with security turn off.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Förderleistung der Pumpe zusätzlich vom Druck im Dampfraum des Einspritzkondensators regelbar.According to a further feature of the invention, the delivery rate of the pump is also dependent on the pressure in the Adjustable vapor space of the injection condenser.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schema einer Luftkondensationsanlage dargestellt. In the drawing, an embodiment of the invention is shown as a diagram of an air condensation system.

Der in dem Kessel 3 erzeugte Dampf strömt durch die Turbine 4 in den Einspritzkondensator t; aus diesem wird das Kondensat von der Kesselspeisepumpe 2 in den Kessel 3 gefördert und wieder verdampft. Dieser Kreislauf dient dem eigentlichen Kraftwerksprozeß. Der Kühlkreislauf, dessen Massenstrom etwa 50mal größer ist als der des Kraftwerksprozesses, verläuft vom Einspritzkondensator über die Luftkühler in diesen zurück. Das Kühlwasser, das sich qualitätsmäßig nicht von dem Kondensat des Kraftwerksprozesses unterscheidet, wird von der Kühlwasserpumpe 5 durch die Vorlaufleitung 6 zum Luftkühler 7 gefördert; dabei kann das Kondensat, wie in der Zeichnung dargestellt, von der Kühlwasserpumpe 5 mitgefördert und erst hinter dieser oder aber vorher abgezweigt werden. Die Kühlelemente des Luftkühlers 7 sind mit 8 und 9 bezeichnet, wobei in den Kühlelementen 8 das Wasser nach oben und in den Kühlelementen 9 nach unten strömt. Die Richtungsumkehrung des Kühlwassers findet an den mit 10 bezeichneten Stellen statt. Das gekühlte Wasser wird durch die Rückströmleitung tt über das Druckreduzierorgan 12, das im vorliegenden Fall eine Entspannungsturbine ist, durch die Einspritzdüsen 13 in den Einspritzkondensator 1 zurückgeleitet, in dem es den aus der Turbine 4 kommenden Dampf kondensiert.The steam generated in the boiler 3 flows through the turbine 4 into the injection condenser t; from this the condensate is pumped from the boiler feed pump 2 into the boiler 3 and evaporated again. This The cycle serves the actual power plant process. The cooling circuit, its mass flow about 50 times is larger than that of the power plant process, runs from the injection condenser via the air cooler into this return. The cooling water, which does not differ in quality from the condensate of the power plant process, is conveyed from the cooling water pump 5 through the flow line 6 to the air cooler 7; included can the condensate, as shown in the drawing, also conveyed by the cooling water pump 5 and only behind this or be branched off beforehand. The cooling elements of the air cooler 7 are denoted by 8 and 9, wherein in the cooling elements 8 the water upwards and in the cooling elements 9 downwards flows. The reversal of direction of the cooling water takes place at the points marked 10. The chilled Water is tt through the return line via the pressure reducing element 12, which in the present case In the case of an expansion turbine, fed back through the injection nozzles 13 into the injection condenser 1, in which it condenses the steam coming from the turbine 4.

Die Kühlung der Kühlelemente 8 und 9 des Luftkondensators erfolgt durch atmosphärische Luft, die mittels des Ventilators 14 an den Kühlflächen vorbeigesaugt wird. Man kann an Stelle des Ventilators selbstverständlich auch einen Kamin benutzen, in dem die Luft infolge des durch die Erwärmung bedingten Auftriebes aufsteigt. An den höchsten Stellen des Luftkühlers sind eine oder mehrere, ständig nach oben steigende Leitungen 15 angeschlossen, die von unten in ein oder mehrere Wasserstandsgefäße 16 münden. Von den oberen Teilen dieser Wasserstandsgefäße verlaufen Ausgleichsleitungen 17 in den Dampf raum des Einspritzkondensators 1. Jedes Wasserstandsgefäß 16 ist mit einem Wasserstandsmesser 18, z. B. einem Schwimmer versehen, der als Regelgröße für den Regler 19 der Kühlwasserpumpe 5 dient. Die Regelung der Entspannüngsturbine 12 erfolgt über den durch den Druckmesser 20 im Einspritzkondensator beeinflußten Regler 21. In beiden Fällen ist eine Verstellung der Lauf- oder Leitschaufeln sowie eine Änderung der Drehzahlen oder eine Drosselung möglich. Der Sollwert der Druckmessung 20 wird entweder von Hand oder beispielsweise selbsttätig als Funktion der Leistung der Turbine 4 auf einen Wert eingestellt, der einen bestimmten Sicherheitsabstand vom Grenzvakuum hat. Wenn dieser Sollwert unterschritten wird, verstellt der Regler 21 das Stellglied der Entspannungsturbine 12, z. B. die Laufradschaufeln derart, daß der Wasserdurchsatz vermindert wird. Dabei weicht das überschüssige Wasser in das Wasserstandsgefäß 16 aus. Der Wasserstandsmesser 18 beeinflußt daraufhin den Regler 19, der die Verstellung der Laufschaufeln der Pumpe 5 im gleichen Sinne oder die Veränderung eines anderen Stellgliedes bewirkt. Da die Kühlwasserpumpe 5 und die Entspannungsturbine 12 etwa den gleichen Massenfluß haben, kann (was in der Zeichnung nicht dargestellt ist) das Stellglied der Kühlwasserpumpe 5 auch für eine grobe Regelung an den Regler 21 angeschlossen werden, wobei vom Regler 19 nur die Feinregelung ausgeführt wird. So ist es z. B. bei einer Drehzahlverstellung möglich, die Entspannungsturbine 12 mit der Kühlwasserpumpe 5 zu kuppeln, so daß die Veränderung der Drehzahl sich auf beide Maschinen im gleichen Sinn auswirkt. Da aber Pumpe und Turbine nicht die gleiche Charakteristik haben und sich auch noch andere Fakto-The cooling elements 8 and 9 of the air condenser are cooled by atmospheric air, which by means of of the fan 14 is sucked past the cooling surfaces. You can of course take the place of the fan also use a chimney in which the air as a result of the buoyancy caused by the warming ascends. At the highest points of the air cooler there are one or more, constantly rising Lines 15 connected, which open into one or more water level vessels 16 from below. from the upper parts of these water level vessels run compensation lines 17 in the steam space of the injection condenser 1. Each water level vessel 16 is provided with a water level meter 18, for. B. a swimmer provided, which serves as a controlled variable for the controller 19 of the cooling water pump 5. The regulation of the expansion turbine 12 takes place via the regulator 21 influenced by the pressure gauge 20 in the injection condenser. In both cases there is an adjustment of the blades or guide vanes as well as a change in the speeds or throttling possible. The setpoint value of the pressure measurement 20 is either manually or for example automatically set as a function of the power of the turbine 4 to a value that a certain Safety distance from the limit vacuum. If this setpoint is undershot, the controller adjusts 21 the actuator of the expansion turbine 12, e.g. B. the impeller blades in such a way that the water throughput is reduced will. In the process, the excess water escapes into the water level vessel 16. The water level meter 18 then affects the controller 19, which controls the adjustment of the blades of the pump 5 in the same Senses or changes another actuator. Since the cooling water pump 5 and the expansion turbine 12 have about the same mass flow, can (which is not shown in the drawing) the Actuator of the cooling water pump 5 can also be connected to the controller 21 for a rough regulation, whereby only the fine control is carried out by the controller 19. So it is B. possible with a speed adjustment, to couple the expansion turbine 12 with the cooling water pump 5, so that the change in speed affects both machines in the same way. But since the pump and turbine are not the same Have characteristics and also have other factors

ren auswirken können, soll der vom Wasserstandsmesser 18 gesteuerte Regler 19 ein anderes Stellglied der Pumpe, z. B. ein Regulierventil oder eine Schaufelverstellvorrichtung, verstellen und so den Ausgleich der Differenz bewerkstelligen.Ren can affect the controller 19 controlled by the water level meter 18 is another actuator of the Pump, e.g. B. a regulating valve or a blade adjustment device, adjust and so the compensation of Make the difference.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for regulating an air condensation system in which the turbine exhaust steam in one Injection condenser is condensed, the cooling water of which is closed by means of a pump Circuit passed through an air cooler, recooled and via one with a pressure reducing element provided return flow line is returned to the injection condenser and in which the pressure reducing element is regulated as a function of the pressure in the injection condenser, with above the highest point of the cooling elements, one or more with continuously rising lines with them connected water level vessels are provided, and the water level vessels each have a compensation line and have a water level meter that regulates the delivery rate of the pump, characterized in that the equalizing lines (17) of the water level vessels (16) are connected to the vapor space of the injection condenser (1).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the water level vessels (16) about 10 m above the highest point of the cooling elements (8,9) are arranged.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the delivery rate of Pump (5) can also be regulated by the pressure in the vapor space of the injection condenser (1).