DE19524216A1

DE19524216A1 - Anlage für die Vorwärmung und Entgasung von Wasser

Info

Publication number: DE19524216A1
Application number: DE1995124216
Authority: DE
Inventors: Mustafa Dr Youssef
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1997-01-09
Also published as: JPH0921503A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Vorwärmung und Entgasung von Wasser, wie sie im Oberbegriff des ersten Anspruchs beschrieben ist.

STAND DER TECHNIK

Derartige Anlagen für die Vorwärmung und Entgasung von Wasser sind bekannt. Wasser wird beispielsweise bei einer konventio nellen Dampfkraftwerksanlage aus einem Kondensator mittels einer Hauptkondensatpumpe durch mehrere, beispielsweise vier Niederdruckvorwärmer bis zu einem Mischvorwärmer mit Entgaser gepumpt. Hier gelangen in den vier Vorwärmerstufen sogenannte Oberflächenvorwärmer zum Einsatz. Charakteristisch für Ober flächenvorwärmer ist, daß das gesamte zu erwärmende Wasser durch Rohre gepumpt wird, wobei die Berohrung von einem Be hälter ummantelt ist. In den Behälter wird Entnahmedampf aus einer Turbine eingeführt, der an den Außenwänden der Be rohrung vorbei strömt und bei der dann stattfindenden Wärmeab gabe selbst kondensiert.

Der kondensierte Entnahmedampf wird anschließend dem Wasser kreislauf mittels Kondensatpumpen zugeführt. Die letzte Vor wärmerstufe stellt einen Mischvorwärmer mit Entgasung dar, in welchem Entnahmedampf und zu erwärmendes Wasser in direkten Kontakt treten. Dabei wird die restliche Unterkühlung des Wassers überwunden, der Entnahmedampf bis auf einen geringen Anteil völlig kondensiert und gleichzeitig mittels bekannter Mittel der Gasgehalt des Wasser entfernt.

In den Oberflächenvorwärmern differieren der Druck des Wassers in den Rohren und der Druck des Entnahmedampfes im Behälter voneinander. Dementsprechend muß für den Aufbau des Behälters mit seinen Sicherheitseinrichtungen ein Zweidruck system zugrundegelegt werden.

Der für die Erwärmung benötigte Dampf wird bei der oben erwähnten, konventionellen Dampfkraftwerksanlage für die ersten drei Oberflächenvorwärmerstufen in der Regel einer Niederdruckturbine entnommen. Dabei muß für jede Stufe der Vorwärmung Entnahmedampf höherer Qualität verwendet werden. Für die Erwärmung im letzten Oberflächenvorwärmer und im anschließenden Mischvorwärmer mit Entgaser muß einer Mittel druckturbine qualitativ hochwertiger Dampf entnommen werden, der bei weiterer Entspannung in der Turbine eine Wirkungs gradsteigerung des Dampfprozesses bedeuten würde. Hinzukommt, daß der Energiegehalt des Entnahmedampfes in den Oberflächenvorwärmern nicht optimal für die Wasservorwärmung genutzt werden kann, was sich in der sogenannten Grädigkeit niederschlägt. Die Grädigkeit ist definiert als Temperatur differenz zwischen der Kondensationstemperatur des Entnahme dampfes und des erwärmten, abströmenden Wassers aus einem Oberflächenvorwärmer. Für diese Oberflächenvorwärmer ist eine Grädigkeit von etwa 3K (Kelvin) typisch. Das bedeutet, daß hier unerwünschte Energieverluste zu verzeichnen sind, die sich in dem nicht erschöpfend ausgenutzten Energiegehalt des Entnahmedampfes für Wasservorwärmung begründen.

Zusammenfassend wird festgehalten, daß eine Wasservorwärmung mittels Oberflächenvorwärmern hinsichtlich der Behälter konstruktion und deren Wartung aufwendig und damit kosten intensiv ist. Zusätzlich läßt der Bedarf an einerenerge tisch besseren Nutzung des Entnahmedampfes durch Verminderung der bei der Vorwärmung auftretenen Grädigkeit sinnvoll erscheinen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art für die Vorwärmung und Entgasung von Wasser unter Beibehaltung der geforderten Wasserzustände hin sichtlich Druck und Temperatur dahingehend zu verbessern, daß die Aufwärmung in konstruktiv vereinfachten Behältern durchgeführt wird, wobei gleichzeitig die Nutzung der Ent nahmedampfenergie verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß durch die Verwendung von an sich bekannten Mischvor wärmern in einer Serienschaltung Kosteneinsparungen beim Be hälterbau zu verzeichnen sind.

Besonders vorteilhaft ist die bessere Nutzung der Entnahme dampfenergie in Mischvorwärmern, da mit ihnen eine Grädigkeit von 0K (null Kelvin) erreicht wird. Dies bedeutet, daß mit dem optimal nutzbaren Energiegehalt des Entnahmedampfes die Vorwärmung des Wassers erfolgt. Somit wird unter Beibehaltung der geforderten Wasserzustände vor allem der Bedarf an qualitativ hochwertigem Dampf aus einer höheren Turbinenstufe reduziert.

Bei dieser Anlage zur Vorwärmung und Entgasung ist es be sonders zweckmäßig, wenn die einzelnen Kondensatpumpen, die die in Serie geschalteten Mischvorwärmer mit Wasser ver sorgen, auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Kraftwerksanlage schematisch dargestellt. Die einzige Figur zeigt:

eine Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser für die Anwendung in einem konventionellen Dampfkraftwerk.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesent lichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtungen der beteilig ten Medien Dampf, Wasser und Gas sind mit Pfeilen bezeichnet.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In der einzigen Fig. ist mit MD eine Mitteldruckturbine und mit ND eine Niederdruckturbine einer konventionellen Dampf kraftwerksanlage bezeichnet. Abströmseitig verbindet eine Ab dampfleitung 13 die Niederdruckturbine ND mit einem Konden sator 9. Eine Kondensatpumpe 7 mit einem Antrieb 8 fördert das ihr aus dem Kondensator 9 über eine Kondensatleitung 10 zugeführte Kondensat zu einem Mischvorwärmer 1. Dieser Misch vorwärmer 1 ist ein an sich bekannter Vorwärmertyp mit den Aufgaben, Wasser für einen Dampfprozeß vorzuwärmen und zu entgasen. Hier ist der Mischvorwärmer 1 Teil einer Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser. Die gesamte Anlage be steht im wesentlichen aus einer Serienschaltung von fünf Mischvorwärmern 1, 2, 3, 4 und 5. Alle Mischvorwärmer 1, 2, 3, 4, 5 haben die gleichen Funktionen. Exemplarisch werden zunächst anhand des ersten Mischvorwärmers 1 diese, an sich bekannten Funktionen beschrieben, die ebenfalls von den Mischvorwärmern 2, 3, 4, und 5 erfüllt werden.

Die Serienschaltung der Mischvorwärmer 1, 2, 3, 4, 5 mit ihren speziellen Vorteilen wird anschließend näher erläutert.

Wie bereits erwähnt pumpt die Kondensatpumpe 7, die hier fünfstufig ausgeführt ist, mit ihrer ersten Pumpenstufe Wasser durch eine Leitung 19 mit einem Regelventil 12 in den Mischvorwärmer 1, wobei das Niveau im Kondensator 9 durch das Regelventil 12 reguliert wird. Dieser Mischvorwärmer 1 weist einen senkrechtstehenden, zylindrischen Mittelteil auf, der oben und unten jeweils mit einem Dom abschließt. Das mit der Leitung 19 zugeführte Wasser wird mittels Sprühvor richtung 1a von oben in den Mischvorwärmer 1 eingesprüht. Das Wasser trifft im Bereich des oberen Doms des Mischvorwärmers 1 auf Entnahmedampf aus der Niederdruckturbine ND, der über eine Leitung 14 in den Mischvorwärmer 1 geleitet wird. Das Wasser erwärmt sich bei der Energieabgabe des Dampfes, während dieser selbst kondensiert und sich mit dem Wasser vermischt. Im unteren Teil des Mischvorwärmers 1 wird das er wärmte Wasser mit dem kondensierten Dampf aufgefangen. Bei der Vermischung und Aufwärmung des Wassers mit Dampf werden nichtkondensierbare, im Wasser gelöste Gase vom Wasser getrennt. Diese Gase werden im oberen Bereich des Doms des Mischvorwärmers 1 mit einer Leitung 1b abgesaugt. Hierzu ist die Leitung 1b über eine Entgasungssammelleitung 11 mit einem Bereich niedrigeren Drucks des Kondensator 9 verbunden. Eine Leitung 1c führt das im unteren Teil des Mischvorwärmers 1 gesammelte Wasser zur zweiten Stufe der fünfstufigen Pumpe 7. Diese pumpt das Wasser, dessen Niveau im Mischvorwärmer 1 reguliert wird, zur nächsten Vorwärmungsstufe in den Misch vorwärmer 2. Dieser Mischvorwärmer 2 wird, wie auch die folgenden Mischvorwärmer 3, 4 und 5, in gleicher Weise betrieben wie der Mischvorwärmer 1. Ein Unterschied besteht in der benötigten Dampfqualität der aufeinanderfolgenden Vor wärmungsstufen. Mit der von Stufe zu Stufe zunehmenden Tempe ratur des vorgewärmten Wassers muß von einer Vorwärmungs stufe zur nächsten qualitativ hochwertigerer Dampf den Misch vorwärmern zugeführt werden. Für die Mischvorwärmer 2 und 3 genügt die Entnahme von Dampf aus der Niederdruckturbine ND, wohingegen die Mischvorwärmer 4 und 5 mit Entnahmedampf aus der Mitteldruckturbine MD gespeist werden.

Ein weiterer Unterschied betrifft die fünfte und damit letzte Vorwärmungsstufe. Hier ist der Mischvorwärmer 5 nach unten offen und direkt auf einem Speisewasserbehälter 6 angeordnet, in dem das erwärmte Wasser mit kondensiertem Dampf aufge fangen wird.

Die in dieser Anlage verwendete Pumpe 7 ist aus fünf Pumpen stufen aufgebaut, die auf einer Welle angeordnet sind und somit einen gemeinsamen Antrieb 8 aufweisen.

Die Vorteile der Vorwärmung von Wasser in einer Serien schaltung von Mischvorwärmern werden im folgenden dargestellt und erläutert:

- Die in der beschriebenen Anlage zur Vorwärmung und Ent gasung von Wasser verwendeten Mischvorwärmer 1, 2, 3, 4 und 5 bestehen im wesentlichen aus relativ einfachen und damit preiswerten Behältern, in denen Wasser und Dampf bei gleichem Druck in direkten Kontakt treten. Somit handelt es sich bei den Mischvorwärmern 1, 2, 3, 4 und 5 um Eindruck systeme.
- Durch den Direktkontakt von Wasser und Entnahmedampf wird der Energiegehalt des Entnahmedampfes bis zur Kondensierung desselben für die Vorwärmung optimal ausgenutzt, wobei festzuhalten ist, daß das Gemisch aus erwärmtem Wasser und kondensiertem Entnahmedampf anschließend die gleiche Temperatur aufweist. Somit hat die bereits oben definierte Grädigkeit hier den Betrag Null.
- Diese optimale Nutzung des Entnahmedampfenergiegehalts für die Wasservorwärmung bedeutet einen geringeren Bedarf von Entnahmedampf aus einer höheren Turbinenstufe unter Ein haltung der gleichen, vom Dampfprozeß geforderten Be dingungen für die Wasserzustände Druck und Temperatur.

Mit dieser Einsparung von Entnahmedampf aus höheren Turbinenstufen reduziert sich der Wärmeverbrauch im Dampf prozeß und gleichzeitig verbessert sich der thermische Wirkungsgrad. Mit der beschriebenen Anlage zur Vorwärmung und Entgasung wird somit der thermische Wirkungsgrad um ca. 0,3% verbessert.

Durch die Verwendung der Mischvorwärmer, wird nicht nur eine preiswertere Anlage zur Vorwärmung vorgestellt, sondern auch der Wirkungsgrad einer gesamten Dampfkraft werksanlage bemerkenswert erhöht.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist bei spielsweise auch eine gemischte Serienschaltung aus Ober flächenvorwärmern und mindestens zwei Mischvorwärmern denkbar im Sinn der Erfindung.

Auch die Anzahl der verwendeten Mischvorwärmer ist nicht auf fünf beschränkt, da sie prozeßabhängig ist und von daher variieren kann.

Bezugszeichenliste

1-5 Mischvorwärmer
1a-5a Sprühvorrichtung
1b-5b Entgasungsleitung
1c Wasserleitung
6 Speisewasserbehälter
7 Pumpe
8 Antrieb
9 Kondensator
10 Kondensatleitung
11 Entgasungsleitung
12 Regelventil
13 Abdampfleitung
14-18 Entnahmedampfleitung
19-23 Wasserleitung

Claims

1. Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser mittels Dampf, im wesentlichen bestehend aus einer Mehrzahl von wasserseitig hintereinandergeschalteten Vorwärmern, welche zwischen einem Kondensator (9) und einem Speisewasser behälter (6) angeordnet sind und mittels Entnahmedampf leitungen (14, 15, 16, 17, 18) mit einer Dampfturbine (ND, MD) verbunden sind dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmer Mischvorwärmer (1, 2, 3, 4, 5) sind.

2. Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Mischvorwärmer (1, 2, 3, 4, 5) wasserseitig in Serie geschaltet sind, wobei die ersten drei Mischvor wärmer dampfseitig mit einer Niederdruckturbine (ND) ver bunden sind, und der vierte und fünfte Mischvorwärmer mit einer Mitteldruckdampfturbine (MD).

3. Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Mischvorwärmer (5) auf einem Speisewasser behälter angeordnet ist.

4. Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wasserseitig vor jedem Mischvorwärmern eine Pumpe (7) angeordnet ist, wobei die jeder Pumpe (7) zugehörige Wasserleitung (19, 20, 21, 22, 23) in den Mischvorwärmern (1, 2, 3, 4, 5) in Sprüheinrichtungen (1a, 2a, 3a, 4a, 5a) mündet.

5. Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Wasserleitungen (19, 20, 21, 22, 23) ver bunden Pumpen (7) auf einer Welle angeordnet sind, und einen gemeinsamen Antrieb (8) aufweisen.

6. Anlage zur Vorwärmung und Entgasung von Wasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorwärmer (1, 2, 3, 4, 5) mit Entgasungs leitungen (1b, 2b, 3b, 4b, 5b) verbunden sind, die in einer gemeinsamen Entgasungsleitung (11) zusammenlaufen, welche mit dem Kondensator (9) verbunden ist.