DE19535318A1

DE19535318A1 - Verfahren und Anordnung zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampferzeugers in Kraftwerksprozessen

Info

Publication number: DE19535318A1
Application number: DE19535318A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Dr Urbanczyk; Norbert Dipl Ing Dr Knuewer; Achim Dipl Ing Nitzschmann
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag Energy Services GmbH
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2015-09-23
Also published as: DE19535318C2; WO1997011259A1; EP0851971A1; TR199800323T1; ATE210783T1; EP0851971B1; DE59608461D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampferzeugers in Kraftwerksprozessen, wobei Dampf nach teilweiser Entspannung in einer Turbine als Anzapfdampf zur Temperaturanhebung des Speisewassers verwendet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durch führung dieses Verfahrens.

Bei Kraftwerksprozessen ist es bekannt und üblich, aus Turbinenanzapfungen oder aus einer kalten Zwischenüberhitzung (KZÜ) Dampf zu entnehmen und diesen Dampf in Hochdruck- und Niederdruck-Vorwärmern zur Speisewasservorwärmung zu nutzen. Durch diese Art der Speisewasservorwärmung kann die Zufuhr an Primärenergie im Dampferzeuger verringert werden. Allerdings ist die Anzahl der Anzapfungen an der Turbine sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus technischen Gründen begrenzt. Die Austrittstemperatur aus dem jeweiligen Speisewasser-Vor wärmer ist begrenzt durch die Sättigungs- bzw. Überhitzungs temperatur des Anzapfdampfes.

Wegen der Abhängigkeit der Vorwärmer-Austrittstemperatur vom zugehörigen Anzapfdruck ist es im Stand der Technik insbe sondere bei hohen Brennstoffkosten erforderlich, an der Hoch druckturbine eine Anzapfung vorzusehen. Derartige Turbinenan zapfungen bedingen einen erheblichen Herstellungsaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ko sten/Nutzenverhältnis bei der Speisewasservorwärmung zu ver bessern.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren, besteht die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe darin,
daß wenigstens zwei auf unterschiedlichen Exergieniveaus befindliche Dampf-Teilmengen dem Kraftwerksprozeß entnommen und unter Verwendung eines Thermokompressionsverfahrens ge mischt werden,
wobei die auf höherem Exergieniveau befindliche Dampf- Teilmenge als Treibdampf zum Ansaugen und Verdichten der auf niedrigerem Exergieniveau befindlichen Dampf-Teilmenge verwen det wird; und
daß die Dampfmischung nach der Thermokompression einem vom Speisewasser durchströmten Wärmetauscher zugeführt wird.

Die zugehörige Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
daß an wenigstens zwei räumlich getrennten Stellen des Kraftwerksprozesses Dampfanzapfungen angeordnet sind, an denen auf unterschiedlichen Exergieniveaus befindliche Dampf-Teil mengen dem Kraftwerkprozeß entnehmbar sind;
daß die beiden auf unterschiedlichen Dampf-Exergieniveaus befindlichen Anzapfungen mit einem Dampfstrahler verbunden sind, wobei die Anzapfung höheren Exergieniveaus mit dem Treibdampfanschluß und die andere Anzapfung mit dem Saug dampfanschluß des Dampfstrahlers verbunden ist; und
daß der Ausgang des Dampfstrahlers zur Anhebung der Spei sewassertemperatur mit dem Vorwärmer verbunden ist.

Dieser Erfindungsgegenstand ist nahezu universell einsetz bar. Die erfindungsgemäße Anordnung kann natürlich von Haus aus in neu konzipierte Kraftwerke integriert werden, wobei durch geeignete Auswahl der Anzapfungen und Auslegung des wenigstens einen Thermokompressors eine sehr enge Annäherung der Dampfstrahler-Austrittstemperatur an den maximal zulässi gen Druck des jeweiligen Vorwärmers erreicht werden kann. Dementsprechend hoch ist der Wirkungsgrad bei der Speisewas servorwärmung. Bei neuen Anlagen ermöglicht die Erfindung die Einsparung einer teuren HD-Anzapfung. Die erfindungsgemäßen eingesetzten Thermokompressoren bzw. Dampfstrahler sind rela tiv kostengünstig herstellbar.

Aber auch in bestehenden Anlagen kann der Wirkungsgrad des Wasserdampfkreislaufs durch Einsatz der Erfindung verbessert werden, wodurch Primärenergie eingespart wird.

Eine bevorzugte Verfahrensführung zeichnet sich in Weiter bildung der Erfindung dadurch aus, daß die auf niedrigerem Exergieniveau befindliche Dampf-Teilmenge einer Turbinenan zapfung oder einer kalten Zwischenüberhitzung (KZÜ) entnommen und unter Thermokompression mit einer dem Dampferzeuger ent nommenen Dampf-Teilmenge gemischt wird. Der dem Dampferzeuger entnommene Dampf eignet sich besonders gut als Treibdampf für den Thermokompressor bzw. den Dampfstrahler.

Vorzugsweise wird das Speisewasser mehrstufig vorgewärmt, und die Dampfmischung wird nach der Thermokompression der höchsten Vorwärmerstufe zugeführt. In Weiterbildung der Erfin dung kann dabei minderwertiger Anzapfdampf nach Thermokompres sion mit KZÜ-Dampf einer niedrigeren Stufe der Vorwärmerstraße zur Speisewasservorwärmung zugeführt werden.

Sichert man die Vorwärmer durch Sicherheitsabsperrarmatu ren gegen unzulässige Betriebszustände ab, so können bei bestehenden Anlagen die Betriebsdrücke am HDV (Hochdruckvorwärmer) bei den sich ergebenden Dampfstrahler- Austrittstemperaturen an die maximal zulässigen Drücke sehr eng angenähert werden. Der Betriebsdruck im Vorwärmer kann durch geeignete Rückschlagklappen vom Turbinenaustrittsdruck entkoppelt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a einen Ausschnitt aus der Basisschaltung eines herkömmlichen Dampfkraftwerks mit Speisewasser vorwärmung;

Fig. 1 eine durch Einbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung verbesserte Basisschaltung;

Fig. 2a einen Ausschnitt einer herkömmlichen Basis schaltung eines anderen Dampfkraftwerks mit Hochdruckturbinenanzapfung; und

Fig. 2 eine mit der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 2a vergleichbare Kraftwerkanordnung mit Speise wasservorwärmung gemäß einem anderen Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung.

Bei der herkömmlichen Kraftwerksschaltung gemäß Fig. 1a wird das Speisewasser eines Dampferzeugers 1 aus einem Speisewasserbehälter 4 von einer Speisewasserpumpe 5 in eine als ganze mit 6 bezeichnete Vorwärmstraße aus zwei aufeinanderfol genden Hochdruck-Vorwärmern HDV1 und HDV2 gefördert. In den beiden Vorwärmestufen wird die Speisewassertemperatur schritt weise soweit angehoben, daß das Speisewasser an der Eintritts stelle 7 in den Dampferzeuger 1 die Solltemperatur erreicht.

In dem in Fig. 1a dargestellten herkömmlichen Ausführungs beispiel wird der Austrittsdampf aus einer Hochdruckturbine 2, der auch als kalter Zwischenüberhitzungsdampf (KZÜ-Dampf) bezeichnet wird, zur Temperaturanhebung des Speisewassers in der letzten Vorwärmestufe HDV2 verwendet. An der Eintritts stelle 7 in den Dampferzeuger 1 wird die Speisewasser-Solltem peratur erreicht. Die vorausgehende Vorwärmestufe HDV1 wird mit exergetisch relativ hochwertigem Anzapfdampf aus der Anzapfung A2 der zweiflutigen Mitteldruckturbine 3 beauf schlagt. Exergetisch relativ minderwertiger Dampf aus einer Anzapfung A3 wird in den Speisewasserbehälter 4 rückgeführt.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 unterscheidet sich von der herkömmlichen Anord nung gemäß Fig. 1a durch eine andersartige und kostendämpfende Speisewasservorwärmung. Die letzte Vorwärmestufe HDV2 wird zur Temperaturanhebung des Speisewassers mit einem Dampfgemisch aus einem Thermokompressor bzw. Dampfstrahler 11 beaufschlagt, dessen Treibstahlanschluß 12 mit Treibdampf aus einer Nacher hitzungsstufe des Dampferzeugers 1 beaufschlagt ist. Einem Ansauganschluß 13 des Dampfstrahlers 11 wird KZÜ-Dampf zuge führt. Der über 13 angesaugte KZÜ-Dampf wird im Dampfstrahler 11 verdichtet und mit dem Treibdampf aus dem Dampferzeuger 1 gemischt. Der Treibdampf braucht nicht dem Nacherhitzerbereich des Dampferzeugers 1 entnommen zu werden; statt dessen kann die Entnahmestelle an irgendeiner geeigneten Stelle im Dampf erzeuger oder in der nachfolgenden Frischdampfleitung 16 vor den Einlaßventilen der HD-Turbine angeordnet sein.

Zur weiteren Wirkungsgradverbesserung des Wasser-Dampf- Kreislaufs ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein zweiter Dampfstrahler 31 vorgesehen, der exergetisch minder wertigen Dampf aus der Anzapfung A3 der MD-Turbine 3 unter Verwendung von Treibdampf aus dem Dampferzeuger 1 ansaugt. Das entstehende Dampfgemisch dient zur Temperaturanhebung in der ersten Vorwärmestufe HDV1. Die Treibdampfanschlüsse 12 und 32 der beiden Dampfstrahler 11 und 31 sind parallel geschaltet, während die Sauganschlüsse 13 und 33 mit unterschiedlichem Anzapfdampf aus A1 bzw. A3 beaufschlagt sind.

Die herkömmliche Basisschaltung gemäß Fig. 2a unterschei det sich von derjenigen gemäß Fig. 1a durch eine dritte Vor wärmstufe HDV3 in der Vorwärmerstraße 6′. HDV3 hebt das Spei sewasser auf die Solltemperatur am Einlaß 7 des Dampferzeugers 1 an. Der dritte Vorwärmer HDV3 wird mit Dampf aus einer Hochdruckturbinenzapfung AZ beaufschlagt. Diese herkömmliche Ausführung bedingt durch die HD-Anzapfung AZ hohe Investitionskosten.

Die Erfindung kommt bei zumindest vergleichbar günstiger Temperaturanhebung des Speisewassers an der Einlaßstelle 7 ohne HD-Anzapfung AZ aus. Eine geeignete Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 gezeigt.

Die Temperaturanhebung geschieht bei dem Ausführungs beispiel gemäß Fig. 2 in der letzten Stufe (HDV3) mit den gleichen Mitteln wie in der letzten Stufe HDV2 bei dem Ausfüh rungsbeispiel gemäß Fig. 1. Insofern stimmen die Bezeichnungen des Thermokompressors bzw. Dampfstrahlers 11 und der zugehöri gen Anschlüsse 12, 13 und 14 mit denjenigen aus Fig. 1 über ein.

Der zweite Vorwärmer HDV1 wird ebenso wie der entsprechen de Vorwärmer der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 2a mit KZÜ-Dampf aus der Anzapfung A1 beaufschlagt.

Auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die erste Vorwärmstufe HDV1 mit energetisch minderwertigem Anzapfdampf aus der Anzapfung A3 der MD-Turbine 3 beaufschlagt und zwar nach Thermokompression durch Treibdampfin einem zweiten Thermokompressor bzw. Dampfstrahler 31. Dessen Ausgangsan schluß 34 ist mit dem HDV1 verbunden. Bei dem Ausführungs beispiel gemäß Fig. 2 dient der KZÜ-Dampf aus der Anzapfung A1 als Treibdampf. Der Treibdampfanschluß 32 des Dampfstrahlers 31 und der Sauganschluß 13 des Dampfstrahlers 11 sind daher parallel geschaltet. Selbstverständlich könnte der Treib dampfanschluß 32 auch entsprechend der Ausführung gemäß Fig. 1 zum Treibdampfanschluß 12 parallel geschaltet und mit Dampf aus der Dampferzeugungsleitung 19 beaufschlagt sein.

In beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfin dung ist ein Sicherheitsabsperrarmatur 18 dem Treibdampfan schluß 12 des Dampfstrahlers 11 vorgeschaltet. Sie sichert den vom Dampfstrahler 11 beaufschlagten Vorwärmer HDV2 bzw. HDV3 gegen unzulässige Betriebszustände ab. Bei einem Einbau des beschriebenen Thermokompressors 11 in bestehende herkömmliche Anlagen kann der Betriebsdruck bei der sich ergebenden Dampf strahler-Austrittstemperatur im Auslaß 14 an den maximal zulässigen Druck im zugehörigen Vorwärmer (HDV2 bzw. HDV3) angenähert werden. Der Betriebsdruck im Vorwärmer kann vom Austrittsdruck der HD-Turbine durch geeignete Rückschlagklap pen entkoppelt werden.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwand lungen möglich. In vielen Fällen werden gewünschte Wirkungs gradsteigerungen und die Einsparung von Investitionskosten bereits durch die Verwendung nur eines einzigen Dampfstrahlers 11 in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erreicht; dabei kann die Dampfbeaufschlagung der vorausgehenden Stufe(n) herkömmlicher Ausführung sein. Auch die Anzapfungen an den Turbinen sind in Fig. 1 nur beispielsweise gezeigt; sie können sich bei bereits existierenden Anlagen nach den baulichen Gegebenheiten richten.

Claims

1. Verfahren zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampfer zeugers in Kraftwerksprozessen, wobei Dampf nach teilweiser Entspannung in einer Turbine als Anzapfdampf zur Temperaturan hebung des Speisewassers verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens zwei auf unterschiedlichen Exergieniveaus befindliche Dampf-Teilmengen dem Kraftwerksprozeß entnommen und unter Verwendung eines Thermokompressionsverfahrens ge mischt werden,
wobei die auf höherem Exergieniveau befindliche Dampf-Teil menge als Treibdampf zum Ansaugen und Verdichten der auf niedrigerem Exergieniveau befindlichen Dampf-Teilmenge verwen det wird; und
daß die Dampfmischung nach der Thermokompression einem vom Speisewasser durchströmten Wärmetauscher zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf niedrigerem Exergieniveau befindliche Dampf-Teilmenge einer Turbinenanzapfung oder einer kalten Zwischenüberhitzung (KZÜ) entnommen und unter Thermokompression mit einer dem Dampferzeuger entnommenen Dampf-Teilmenge gemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser mehrstufig vorgewärmt wird und daß die Dampf mischung nach der Thermokompression der höchsten Vorwärmerstufe zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß minderwertiger Anzapfdampf nach Thermokom pression mit KZÜ-Dampf einer niedrigeren Stufe einer Vorwärmer straße zur Speisewasservorwärmung zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß mit Dampf aus dem Thermokompressionsprozeß höherwertiger Anzapfdampf verdrängt wird.

6. Anordnung zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampfer zeugers (1), dessen Dampf in einer nachgeschalteten Turbosatz (2, 3) entspannt wird, wobei Dampf aus einer oder mehreren Turbinenanzapfungen und/oder Zwischenüberhitzer-Dampf in wenig stens einen Speisewasser-Vorwärmer (HDV1, HDV2, HDV3), geleitet und dort zur Temperaturanhebung des Speisewassers verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß an wenigstens zwei räumlich getrennten Stellen (1, 2, 3) des Kraftwerksprozesses Dampfanzapfungen (19, A1, A3) angeordnet sind, an denen auf unterschiedlichen Exergieniveaus befindliche Dampf-Teilmengen dem Kraftwerksprozeß entnehmbar sind;
daß die beiden auf unterschiedlichen Dampf-Exergieniveaus befindlichen Anzapfungen (19, A1, A3) mit einem Dampfstrahler (11, 31) verbunden sind, wobei die Anzapfung (19) höheren Exergieniveaus mit dem Treibdampfanschluß (12, 32) und die andere Anzapfung (A1, A3) mit dem Saugdampfanschluß (13, 33) des Dampfstrahlers verbunden ist; und
daß der Ausgang (14, 34) des Dampfstrahlers (11, 31) zur Anhebung der Speisewassertemperatur mit dem Vorwärmer verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibdampfanschluß (12) des Dampfstrahlers (11) mit dem Dampferzeuger (1) verbunden ist, wobei dem Dampferzeuger ent nommener Dampf als Treibdampf dient.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (14) des Dampfstrahlers (11) mit der höchsten Stufe (HDV2; HDV3) einer mehrstufigen Vorwärmstraße (6; 6′) gekoppelt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß Mittel (18) zum Entkoppeln der Dampfstrahler anschlüsse vorgesehen sind.