DE19535318C2 - Verfahren und Anordnung zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampferzeugers in Kraftwerksprozessen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampferzeugers in Kraftwerksprozessen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei Kraftwerksprozessen ist es bekannt und üblich, aus Turbinenanzapfungen oder aus einer kalten Zwischenüberhit­ zung (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 so­ wohl aus wirtschaftlichen als auch aus technischen Gründen begrenzt. Die Austrittstemperatur aus dem jeweiligen Speise­ wasser-Vorwärmer ist begrenzt durch die Sättigungs- bzw. Überhitzungstemperatur des Anzapfdampfes.

Wegen der Abhängigkeit der Vorwärmer-Austrittstemperatur vom zugehörigen Anzapfdruck ist es im Stand der Technik ins­ besondere bei hohen Brennstoffkosten erforderlich, an der Hochdruckturbine eine Anzapfung vorzusehen. Derartige Tur­ binenanzapfungen bedingen einen erheblichen Herstellungs­ aufwand.

Aus der DE-OS 36 16 797 ist eine gattungsgemäße Anord­ nung zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampferzeugers bekannt, bei der mehrere Turbinenentnahmestellen zur Entnah­ me von auf unterschiedlichen Exergieniveaus befindlichen Dampf-Teilmengen vorgesehen sind. Jeweils zwei Turbinenent­ nahmestellen sind so mit einem Dampfstrahler verbunden, daß die Entnahmestelle höheren Exergieniveaus mit dem Treib­ dampfanschluß und die andere Entnahmestelle mit dem Saug­ dampfanschluß des Dampfstrahlers verbunden ist. Die Kompres­ sionsseite jedes Dampfstrahlers ist mit einem Zusatzwärme­ tauscher verbunden, der jeweils vor einem Dampf des höheren Exergieniveaus zuführenden herkömmlichen Wärmetauscher für das Speisewasser angeordnet ist. Mit der bekannten Anordnung ist zwar eine feinere Stufung der Speisewasservorwärmung, aber keine Anhebung der Speisewassertemperatur über die Tem­ peratur der höchsten Turbinenentnahmestelle möglich.

Ferner ist aus der US-PS 3 103 917 eine Anordnung zur Verdampfung von Speisewasser bekannt, die von einem anderen Verdampfungsverfahren Gebrauch macht. Das Speisewasser wird mit in einer Heizeinrichtung überhitztem und rückgeführtem Speisedampf verdampft. Das Speisewasser wird durch die Teilströme vorgewärmt, die einerseits der Dampfzufuhrleitung zur Turbine und andererseits zwei Turbinenanzapfungen ent­ nommen sind. Die entnommenen Dampfteilströme werden dem Speisewasser in herkömmlicher Weise zugeführt. Diese be­ kannte Anordnung bringt keine energetischen Vorteile.

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

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung mit den Merkma­ len des Anspruchs 3.

Dieser Erfindungsgegenstand ist nahezu universell ein­ setzbar. Die erfindungsgemäße Anordnung kann von Haus aus in neu konzipierte Kraftwerke integriert werden, wobei durch geeignete Auswahl der Anzapfungen und Auslegung des wenig­ stens einen Thermokompressors eine sehr enge Annäherung der Dampfstrahler-Austrittstemperatur an den maximal zulässigen 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 erfin­ dungsgemäßen eingesetzten Thermokompressoren bzw. Dampf­ strahler sind relativ kostengünstig herstellbar.

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

In Weiterbildung der Erfindung kann dabei minderwertiger Anzapfdampf nach Thermokompression mit KZÜ-Dampf einer niedrigeren Stufe der Vorwärmerstraße zur Speisewasservor­ wärmung zugeführt werden.

Sichert man die Vorwärmer durch Sicherheitsabsperrarma­ turen 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 ei­ nes herkömmlichen Dampfkraftwerks mit Speise­ wasservorwärmung;

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 Speisewasservorwärmung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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

In dem in Fig. 1a dargestellten herkömmlichen Ausfüh­ rungsbeispiel wird der Austrittsdampf aus einer Hochdruck­ turbine 2, der auch als kalter Zwischenüberhitzungsdampf (KZÜ-Dampf) bezeichnet wird, zur Temperaturanhebung des Speisewassers in der letzten Vorwärmestufe HDV2 verwendet. An der Eintrittsstelle 7 in den Dampferzeuger 1 wird die Speisewasser-Solltemperatur erreicht. Die vorausgehende Vorwärmestufe HDV1 wird mit exergetisch relativ hochwertigem Anzapfdampf aus der Anzapfung A2 der zweiflutigen Mittel­ druckturbine 3 beaufschlagt. Exergetisch relativ minderwer­ tiger Dampf aus einer Anzapfung A3 wird in den Speisewasser­ behälter 4 rückgeführt.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 unterscheidet sich von der herkömmlichen Anord­ nung gemäß Fig. 1a durch eine andersartige und kostendämp­ fende Speisewasservorwärmung. Die letzte Vorwärmestufe HDV2 wird zur Temperaturanhebung des Speisewassers mit einem Dampfgemisch aus einem Thermokompressor bzw. Dampfstrahler 11 beaufschlagt, dessen Treibstrahlanschluß 12 mit Treib­ dampf aus einer Nacherhitzungsstufe des Dampferzeugers 1 beaufschlagt ist. Einem Ansauganschluß 13 des Dampfstrahlers 11 wird KZÜ-Dampf zugeführt. Der über 13 angesaugte KZÜ- Dampf wird im Dampfstrahler 11 verdichtet und mit dem Treib­ dampf 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 Dampferzeuger 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 ge­ schaltet, während die Sauganschlüsse 13 und 33 mit unter­ schiedlichem Anzapfdampf aus A1 bzw. A3 beaufschlagt sind.

Die herkömmliche Basisschaltung gemäß Fig. 2a unter­ scheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1a durch eine dritte Vorwärmstufe HDV3 in der Vorwärmerstraße 6′. HDV3 hebt das Speisewasser 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 Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1. Insofern stimmen die Be­ zeichnungen des Thermokompressors bzw. Dampfstrahlers 11 und der zugehörigen Anschlüsse 12, 13 und 14 mit denjenigen aus Fig. 1 überein.

Der zweite Vorwärmer HDV2 wird ebenso wie der entspre­ chende Vorwärmer der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 2a mit KZÜ-Dampf aus der Anzapfung Al beaufschlagt.

Auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die er­ ste Vorwärmstufe HDV1 mit energetisch minderwertigem Anzapf­ dampf aus der Anzapfung A3 der MD-Turbine 3 beaufschlagt und zwar nach Thermokompression durch Treibdampf in einem zwei­ ten Thermokompressor bzw. Dampfstrahler 31. Dessen Ausgangs­ anschluß 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 Treibdampfanschluß 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 eine 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 her­ kömmliche Anlagen kann der Betriebsdruck bei der sich erge­ benden Dampfstrahler-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 Rück­ schlagklappen entkoppelt werden.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Ab­ wandlungen möglich. In vielen Fällen werden gewünschte Wir­ kungsgradsteigerungen und die Einsparung von Investitions­ kosten bereits durch die Verwendung nur eines einzigen Dampfstrahlers 11 in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erreicht; dabei kann die Dampfbeaufschlagung der vorausge­ henden Stufe(n) herkömmlicher Ausführung sein. Auch die An­ zapfungen an den Turbinen sind in Fig. 1 nur beispielsweise gezeigt; sie können sich bei bereits existierenden Anlagen nach den baulichen Gegebenheiten richten.

Claims (4)

1. Verfahren zum mehrstufigen Vorwärmen des Speisewas­ sers eines Dampferzeugers in Kraftwerksprozessen, wobei Dampf nach teilweiser Entspannung in einer Turbine aus dem Kraftwerksprozeß abgezweigt und zur Temperaturanhebung des Speisewassers verwendet wird,
wobei wenigstens zwei auf unterschiedlichen Exergieni­ veaus befindliche Dampf-Teilmengen dem Kraftwerksprozeß entnommen und unter Verwendung eines Thermokompressionsver­ fahrens gemischt werden,
wobei die auf niedrigerem Exergieniveau befindliche Dampf-Teilmenge einer Turbinenanzapfung oder einer kalten Zwischenüberhitzungsleitung entnommen wird,
wobei die auf höherem Exergieniveau befindliche Dampf- Teilmenge als Treibdampf zum Ansaugen und Verdichten der auf niedrigerem Exergieniveau befindlichen Dampf-Teilmenge ver­ wendet wird; und
wobei die Dampfmischung nach der Thermokompression einem vom Speisewasser durchströmten Wärmetauscher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf niedrigerem Exergieniveau befindliche Dampf- Teilmenge unter Thermokompression mit einer dem Dampferzeu­ ger oder einer dem Dampferzeuger nachfolgenden Frisch­ dampfleitung entnommenen Dampf-Teilmenge gemischt wird; und
daß die Dampfmischung nach der Thermokompression der höchsten Vorwärmerstufe zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß minderwertiger Anzapfdampf nach Thermokompression mit Zwischenüberhitzerdampf einer niedrigeren Stufe einer Vor­ wärmerstraße zur Speisewasservorwärmung zugeführt wird.

3. Anordnung zum mehrstufigen Vorwärmen des Speisewas­ sers eines Dampferzeugers (1), dessen Dampf in einer nachge­ schalteten Turbinenanordnung (3) entspannt wird, wobei Dampf aus einer oder mehreren Turbinenanzapfungen und/oder aus ei­ nem oder mehreren Zwischenüberhitzern (KZÜ) in wenigstens einen Speisewasser-Vorwärmer (HDV1, HDV2, HDV3) geleitet und dort zur Temperaturanhebung des Speisewassers verwendet wird,
wobei an wenigstens zwei räumlich getrennten Stellen (1, MDT) des Kraftwerksprozesses Dampfanzapfungen angeordnet - sind, an denen auf unterschiedlichen Exergieniveaus befind­ liche Dampf-Teilmengen dem Kraftwerksprozeß entnehmbar sind; wobei die beiden auf unterschiedlichen Dampf-Exergieni­ veaus befindlichen Anzapfungen mit einem Dampfstrahler (11, 31) verbunden sind, wobei die Anzapfung höheren Exergieni­ veaus mit dem Treibdampfanschluß (12, 32) und die andere An­ zapfung mit dem Saugdampfanschluß (13, 33) des Dampfstrah­ lers verbunden ist; und
wobei der Ausgang (14, 34) des Dampfstrahlers (11, 31) zur Anhebung der Speisewassertemperatur mit dem Vorwärmer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Treibdampfanschluß (12) des Dampfstrahlers (11) mit dem Dampferzeuger (1) oder einer dem Dampferzeuger nach­ folgenden Frischdampfleitung (16) verbunden ist; und daß der Ausgang (14) des Dampfstrahlers (11) mit der höchsten Stufe (HDV2; HDV3) der Vorwärmstraße gekoppelt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (18) zum Entkoppeln der Anschlüsse (12, 13, 14) des Dampfstrahlers (11) vorgesehen sind.