DE19720789A1

DE19720789A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf

Info

Publication number: DE19720789A1
Application number: DE19720789A
Authority: DE
Inventors: Mircea Fetescu; Werner Kessel
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1997-05-17
Filing date: 1997-05-17
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2017-05-18
Also published as: IL124422A0; IL124422A; DE19720789B4; US6032468A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit einem einen Dampferzeuger aufweisenden konventionellen Dampftur binenkreislauf, bei welchem nach einer ersten Entspannungsstufe in einer Hoch druckturbine eine Zwischenüberhitzung des Dampfes vor einer zweiten Enspan nungsstufe in einer Mitteldruckturbine vorgesehen ist, wo bei der Dampfturbinen kreislauf wahlweise auch zusätzlich mit einem mindestens eine Gasturbine auf weisenden Gasturbinenkreislauf kombinierbar ist, in welchem der mindestens einen Gasturbine eine mit Wasser aus dem Dampfturbinenkreislauf gespeiste Abhitzedampferzeugungsanlage nachgeschaltet ist und der dampfseitige Aus gang der Abhitzedampferzeugungsanlage und der dampfseitige Ausgang des Dampferzeugers stromaufwärts der Hochdruckturbine des Dampfturbinenkreislau fes in eine gemeinsame Frischdampfleitung münden.

Stand der Technik

Konventionelle Dampfkraftwerke bestehen im wesentlichen aus einem meist mit Kohle oder mit Öl, zunehmend aber auch mit Gas befeuerten Dampferzeuger und mehreren Dampfteilturbinen (Hochdruck-, Mitteldruck-, Niederdruckdampfturbinen) sowie einem Generator zur Umwandlung der Dampfenergie in elektrische Ener gie. Zur Verbesserung der Effektivität ist es üblich, eine Zwischenüberhitzung des in der Hochdruckturbine entspannten Dampfes vorzunehmen, bevor dieser der Mitteldruckturbine zugeführt wird.

Die Temperaturen des überhitzten und des zwischenüberhitzten Dampfes verhal ten sich bei diesem Stand der Technik in Abhängigkeit von der Kessellast unter schiedlich. Bei niedriger Kessellast ist die Temperatur des überhitzten Dampfes höher als die des zwischenüberhitzten Dampfes, bei hohen Kessellasten liegt die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes über der Temperatur des überhitz ten Dampfes. Der Zwischenüberhitzer ist für einen Teil des Frischdampf/HP- Überhitzerdampfdurchsatzes ausgelegt, weil in einem konventionellen Dampf kraftwerk der Dampf zum regenerativen Vorwärmen entnommen wird und der Durchsatz in der Dampfturbine kontinuierlich reduziert wird bis zum Dampfturbi nenaustritt/Kondensator. Der Durchsatz des Überhitzers ist daher im Falle eines konventionellen Dampfkraftwerkes viel größer als der Massenfluß durch den Zwischenüberhitzer. Bei höheren Kessellasten muß also eine Verringerung der Zwischenüberhitzertemperatur erreicht werden.

Da die Wärmeaustauschflächen von Überhitzer und Zwischenüberhitzer für den jeweiligen Fall fest vorgeben sind, muß die Dampftemperatur geregelt werden, d. h. sie muß innerhalb bestimmter Grenzen (Höchsttemperatur abhängig vom Material, Mindesttemperatur abhängig von der zu erreichenden Leistung) konstant gehalten werden. Das kann z. B. durch Veränderungen im Feuerungssystem/Schwenken der Brenner, durch Dampfkühlung aufgrund von Wassereinspritzung, durch Rezirkulation von Rauchgas oder durch Bypassen von Wärmeaustauschflä chen (Umführungsklappenregelung) geschehen.

Diese bekannten Lösungen zur Dampftemperaturregelung haben aber eine Reihe von Nachteilen. Einerseits zeigen sie nur eine beschränkte Wirkung, andererseits muß eine zusätzliche Hardware installiert werden, was zur Kostensteigerung führt. Im Falle einer Dampfkühlung durch Einspritzen von Wasser vor, zwischen oder nach den Überhitzer- oder Zwischenüberhitzersektionen kommt es außer dem zu einer Leistungsherabsetzung. Schließlich wirken sich auch die sich unter extremen Bedingungen (hohe Temperaturen, Korrosion) bewegenden Einrichtun gen, z. B. Umführungsklappen, nachteilig aus.

Aus DE 195 42 917 A1 und R. Bachmann, M. Fetescu und H. Nielsen: More than 60% Efficiency by Combining Advanced Gas Turbines and Conventional Steam Power Plants, Power Gen'95 Americas, Anaheim, California, USA, Dec. 5-7, 1995 sind beispielsweise Verbundkraftwerke bekannt, bei welchen ein o.b. konventio neller Dampfkreislauf mit Zwischenüberhitzung mit einem Gasturbinenkreislauf kombiniert ist, wobei der Gasturbine ein Abhitzekessel nachgeschaltet ist, der zu sätzlich Frischdampf von einem Teil des Speisewassers erzeugt. Dieser zusätzli che, vom Abhitzekessel kommende Frischdampf führt dazu, daß der aus dem Hauptkessel austretende Frischdampfmassenstrom geringer sein muß im Ver gleich zum Frischdampfaustritt aus dem Kessel eines konventionellen Dampf kraftwerkes. Da außerdem durch die Vorwärmung des Kondensats und Speise wassers im Abhitzekessel die Entnahmemenge des entspannten Dampfes aus der ND-Dampfturbine verringert wird, erhöht sich der Dampfdurchsatz durch die Dampfturbine, so daß die Kessellast reduziert werden muß. Das führt dazu, daß im Falle eines Verbundsystems der kalte Zwischenüberhitzerdampfstrom viel größer ist als der Frischdampfmassenstrom des Kessels und somit zwischen bei den ein Mißverhältnis besteht. Beim bekannten Stand der Technik wird der im Hauptkessel und im Abhitzekessel erzeugte Frischdampf nur im Hauptkessel zwi schenüberhitzt. Obwohl dies eine Reihe von Vorteilen hat, wie z. B. die Gestattung einer hohen Flexibilität in der Fahrweise bei gleichzeitig sehr hohen Wirkungsgra den, treten auch hier Nachteile auf. Der Überhitzer des Hauptkessels wird bei Teillast betrieben und der Zwischenüberhitzer bei der höheren Grundlast. Wenn das Verbundkraftwerk ohne jegliche Modifizierung arbeitet, führt das dazu, daß die Dampftemperatur am Austritt des Zwischenüberhitzers reduziert wird und da mit die Leistung der Mitteldruckturbine und dementsprechend der Wirkungsgrad des Kraftwerkes sinkt.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei denen mit Hilfe einer einfachen Temperaturre gelung ein erhöhter Wirkungsgrad in allen Betriebsweisen erzielt wird und nur ge ringe Kosten anfallen. Die Vorrichtung soll einerseits für neue Kraftwerke anwend bar sein, andererseits gut zum Nachrüsten von bestehenden kohle-, öl- oder gas befeuerten Dampfkraftanlagen (konventionelle Dampfkraftwerke oder Verbundan lagen) geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zumindestens ein Teil des überhitzten Dampfes im Überhitzer und der zwischenüberhitzte Dampf im Zwischenüberhitzer einem mittelbaren Wärmeaustausch unterzogen werden.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des An spruches 6 dadurch erreicht, daß der Überhitzer und der Zwischenüberhitzer mindestens eine Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit aufweisen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch den Wärmeaustausch zwi schen Überhitzer und Zwischenüberhitzer ein hoher Wirkungsgrad in allen Be triebsweisen der Anlage erzielt wird. Die Kosten für eine Erweiterung, ein Retrofit oder ein Nachrüsten bestehender konventioneller Dampfkraftwerke sind ver gleichsweise niedrig. Mit der Erfindung ist es möglich, ohne die im Stand der Technik beschriebene Nachteile ein konventionelles Dampfkraftwerk in ein Ver bundkraftwerk umzuwandeln.

In einer Ausführungsform kann der Wärmeaustausch auch reversibel erfolgt, wo bei bei kleinen Lasten des Dampferzeugers ein Teil der Wärmeenergie vom Dampf des Überhitzers an den Dampf des Zwischenüberhitzers abgegeben wird und umgekehrt bei höheren Lasten des Dampferzeugers ein Teil der Wärme energie vom Dampf des Zwischenüberhitzers an den Dampf des Überhitzers ab gegeben wird. Dadurch kann eine einfache Temperaturregelung realisiert werden, die zu einer Wirkungsgradsteigerung führt.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Menge des überhitzten Frischdampfes, die mit dem zwischenüberhitzten Dampf im Wärmeaustausch steht, in Abhängigkeit von der Größe der Last des Dampferzeugers, von der Größe des Dampfmassen stromes durch den Überhitzer und den Zwischenüberhitzer und von der Tempera tur des Zwischenüberhitzers in Abhängigkeit vom jeweiligen Ort des Wärmeaus tausches geregelt wird.

Schließlich wird mit Vorteil die mindestens eine Überhitzer/Zwischenüberhitzer- Wärmetauschereinheit innerhalb des Dampferzeugers angeordnet, wobei nun mehr Heißgas die Wärmetauscheinheit umströmt. Die Wärmetauschereinheit besteht dann aus einem doppelwandigem Rohr, wobei dessen inneres Rohr zum Durchströmen des Überhitzerdampfes und dessen äußeres Rohr zum Durch strömen des Zwischenüberhitzerdampf vorgesehen sind und wobei das äußere Rohr von Heißgas umströmt ist.

Es können beispielsweise bereits bestehende Wärmeaustauschflächen durch die Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit ersetzt werden, so daß kein zusätzlicher Platz benötigt wird.

Falls innerhalb des Dampferzeugers nicht genügend Platz ist, wird die mindestens eine Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit außerhalb des Dampferzeugers angeordnet.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn die mindestens eine Überhitzer/Zwischenüber hitzer-Wärmetauschereinheit mit einer der bekannten Vorrichtungen zur Dampf temperaturregelung kombinierbar ist. Dann ergänzen sich beide Regelungsme thoden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand eines konven tionellen Dampfkraftwerkes und anhand eines Verbundkraftwerkes dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines konventionellen Dampfkraftwerkes;

Fig. 2 eine typische Anordnung der Wärmeaustauschflächen in einem kon ventionellen Dampferzeuger nach dem bekannten Stand der Technik;

Fig. 3 einen Dampferzeuger in einer ersten Ausführungsvariante, bei der die erfindungsgemäße Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauscherein heit innerhalb des Dampferzeugers angeordnet ist;

Fig. 4 einen Dampferzeuger in einer zweiten Ausführungsvariante, bei der die erfindungsgemäße Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauscherein heit außerhalb des Dampferzeugers angeordnet ist;

Fig. 5 eine typische Abhängigkeit der Dampftemperatur im Überhitzer und Zwischenüberhitzer von der Last des Dampferzeugers;

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild eines Verbundkraftwerkes;

Fig. 7 ein Detail von Fig. 6 im Überhitzer/Zwischenüberhitzerbereich;

Fig. 8 eine Abhängigkeit der Dampftemperatur im Überhitzer und für zwei ver schiedene Fälle im Zwischenüberhitzer von der Last des Dampferzeu gers.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 8 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein konventionelles Dampfkraftwerk mit Zwischenüberhit zung nach dem bekannten Stand der Technik. In einem vorzugsweise mit Öl oder Kohle beheizten Dampferzeuger 1, welcher selbstverständlich auch mit gasförmi gem Brennstoff beheizt werden kann, wird durch die Heißgase des Dampferzeu gers 1 Speisewasser 2 verdampft und in einem Überhitzer 3 zu Frischdampf 4 überhitzt. Der Frischdampf 4 gelangt über eine Frischdampfleitung 5 in eine Hoch druckdampfturbine 6 und wird dort teilentspannt. Nach der Teilentspannung im Hochdruckteil 6 der Dampfturbine wird der Dampf vor Eintritt in die Mitteldrucktur bine 7 über eine Leitung 8 einem Zwischenüberhitzer 9 zugeführt und dort zwi schenüberhitzt. Der anschließend in der Mitteldruckturbine 7 teilentspannte Dampf wird danach über Leitungen 10 den beiden Niederdruckturbinen 11 zuge führt. Die Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbinen 6, 7, 11 sind mit einem Generator 12 auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Der entspannte Arbeitsdampf kondensiert in einem Kondensator 13. Als Kondensat wird das Ar beitsmittel nunmehr mit einer Kondensatpumpe 14 über entnahmedampfbeheizte Niederdruckvorwärmer 15 in den Speisewasserbehälter/Entgaser 16 gefördert, von dem es mittels einer Speisewasserpumpe 17 in einen entnahmedampfbeheiz ten Speisewasserhochdruckvorwärmer 18 und von dort in den Dampferzeuger 1 gelangt.

Fig. 2 zeigt eine typische Anordnung der Wärmeaustauschflächen von Überhitzer 3, Zwischenüberhitzer 9 und Speisewasserhochdruckvorwärmer 18 in einem Dampferzeuger 1 nach dem bekannten Stand der Technik. Die fest vorgegebe nen Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschflächen führen beim Betrieb des Kraftwerkes zu den im Stand der Technik bereits erläuterten Nachteilen.

Erfindungsgemäß kann nun eine einfache Temperaturregelung des Dampfes er folgen, wenn mindestens ein Teil des überhitzten Dampfes im Überhitzer 3 und der zwischenüberhitzte Dampf im Zwischenüberhitzer 9 einem mittelbaren Wär meaustausch unterzogen werden. Die Menge des überhitzen Frischdampfes, die mit dem zwischenüberhitzten Dampf im Wärmeaustausch steht, wird in Abhängig keit von der Größe der Last des Dampferzeugers 1, von der Größe des Dampf massenstromes durch den Überhitzer und den Zwischenüberhitzer und von der Temperatur des Zwischenüberhitzers in Abhängigkeit vom jeweiligen Ort des Wärmeaustausches geregelt.

In Fig. 3 ist ein Dampferzeuger 1 in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt, bei welchem der Überhitzer 3 und der Zwischenüberhitzer 9 mindestens eine er findungsgemäße Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit 19 auf weisen, wobei die Wärmetauschereinheit 19 aus einem von einem Heißgas 20 umströmten doppelten Rohr 21 besteht, und das innere Rohr für den Überhitzer dampf und das äußere Rohr für den Zwischenüberhitzerdampf vorgesehen sind. Derartige Wärmetauscher sind als Trifluxwärmetauscher bekannt. Bei dieser in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante ist die Wärmetauschereinheit 19 innerhalb des Dampferzeugers 1 angeordnet. Es können mehrere solcher Wärmetauscher einheiten 19 horizontal und/oder vertikal im Kessel angeordnet werden. Außer dem ist es möglich, die mindestens eine Wärmetauschereinheit 19 zusätzlich zu den bereits bestehenden Wärmeaustauschflächen im Dampferzeuger 1 anzuord nen oder bereits bestehenden Wärmeausstauschflächen des Überhitzers 3 und/oder Zwischenüberhitzers 9 mit den erfindungsgemäßen Wärmetauscherein heiten 19 auszutauschen. Die Wärmetauschereinheit 19 kann je nach Zwischen überhitzer- und Überhitzer-Temperaturprofil auch an anderen Orten als an der in Fig. 3 gezeigten Stelle angeordnet sein.

Eine zweite Ausführungsvariante zeigt Fig. 4. Hier ist die Wärmetauschereinheit 19 außerhalb des Dampferzeugers 1 angeordnet. Eine solche Lösung ist dann vorteilhaft, wenn innerhalb eines bereits vorhandenen Dampferzeugers 1 kein Platz mehr zum Nachrüsten mit der Einheit 19 besteht. Auch hier kann selbstver ständlich die mindestens eine Wärmetauschereinheit 19 in Abhängigkeit vom je weiligen Temperaturprofil an einer anderen Stelle als an der in Fig. 4 gezeigten angeordnet sein.

Fig. 5 zeigt in einem oberen Teilbild die typische Abhängigkeit der Dampftempera tur T im Überhitzer 3 (Kurve a) und im Zwischenüberhitzer 9 (Kurve b) von der Last L des Dampferzeugers 1 in einem konventionellen Dampfkraftwerk. Die bei den Kurven a und b verdeutlichen die Verhältnisse ohne Dampftemperaturrege lung und ohne die erfindungsgemäße Lösung, d. h. bei niedrigen Lasten L hat der Dampf im Überhitzer 3 wesentlich höhere Temperaturen als der Dampf im Zwi schenüberhitzer 9 (Zwischenüberhitzertemperatur ist zu niedrig), während bei ho hen Lasten L der Dampf im Überhitzer 3 niedrigere Temperaturen T aufweist als der Dampf im Zwischenüberhitzer 9 (Zwischenüberhitzertemperatur ist zu hoch).

Wird nun z. B. innerhalb des Dampferzeugers 1 mindestens eine kombinierte Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit 19 angeordnet, welche aus einem doppelwandigem Rohr 21 besteht, wobei das innere Rohr zum Durchströ men des Überhitzerdampfes und das äußere Rohr zum Durchströmen des Zwi schenüberhitzerdampfes vorgesehen sind, und wobei das äußere Rohr von Heißgas 20 umströmt wird, dann findet bei niedrigen Lasten L des Dampferzeu gers 1 ein Transport von Wärmeenergie vom Überhitzer 3 in den Zwischenüber hitzer 9 statt, während bei hohen Lasten L des Dampferzeugers 1 ein Transport von Wärmeenergie vom Zwischenüberhitzer 9 zum Überhitzer 3 stattfindet (siehe dicke Pfeile) und somit die Dampftemperatur auf einfache Weise geregelt und der Wirkungsgrad verbessert wird.

In den beiden mittleren Teilbildern von Fig. 5 ist der Wärmeübergang beispielhaft anhand von Pfeilen dargestellt. Im linken Teilbild (kleine Lasten L) findet ein Wär meübergang sowohl vom äußeren Heißgas 20 (bei Anordnung der Wärmetau scheinheit 19 im Inneren des Dampferzeugers) als auch vom Dampf im Überhitzer 3 an den Dampf im Zwischenüberhitzer 9 statt, so daß sich seine Temperatur er höht. Bei Anordnung der Wärmetauscheinheit 19 außerhalb des Dampferzeugers 1 (nicht dargestellt) würde dagegen kein Wärmeübergang vom Heißgas 20 an den Dampf im Zwischenüberhitzer 9 stattfinden, weil dort kein Heißgas 20 vor handen ist. Hier ist die Wärmetauscheinheit 19 lediglich ein Bifluxwärmeaustau scher, bei welchem bei kleinen Lasten ein Wärmeübergang vom Dampf im Über hitzer 3 an den Dampf im Zwischenüberhitzer 9 stattfindet.

Im rechten mittleren Teilbild von Fig. 5 (hohe Lasten L) findet dagegen ein umge kehrter Wärmeübergang in der Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauscher einheit 19 statt, weil Wärmeenergie vom Dampf des Zwischenüberhitzers 9 an den Dampf des Überhitzers 3 abgegeben wird, so daß die Dampftemperatur des Zwischenüberhitzers 9 abgesenkt wird. Das hat zur Folge, daß die beiden Kurven a und b entsprechend der Pfeilrichtung im oberen Teilbild von Fig. 5 angeglichen werden, so daß ein Temperaturverlauf wie im unteren Teilbild von Fig. 5 darge stellt ist, entsteht und somit die Temperatur des Dampfes geregelt wird. Unter dem Begriff "reversibler Wärmeaustausch" wird die o.b. Übertragung von Wärme energie einerseits vom Zwischenüberhitzer zum Überhitzer und andererseits vom Überhitzer zum Zwischenüberhitzer verstanden.

In den Fig. 6 bis 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Ver bundkraftwerkes (Hybridmodus) dargestellt. Fig. 6 zeigt schematisch ein Ver bundkraftwerk zur Stromerzeugung, welches einen konventionellen Dampfkreis lauf (s. Fig. 1) und einen zusätzlichen Gasturbinenkreislauf aufweist. Im Gasturbi nenkreislauf wird die angesaugte Frischluft in einem Verdichter 22 auf den Ar beitsdruck verdichtet. Die verdichtete Luft wird in einer beispielsweise mit Erdgas befeuerten Brennkammer 23 erhitzt und das so entstandene Brenngas wird in ei ner Gasturbine 24 arbeitsleistend entspannt. Die dabei gewonnenen Energie wird an einen Generator 25 bzw. an den Verdichter 22 abgegeben. Das noch heiße Abgas der Gasturbine wird einer Abhitzedampferzeugungsanlage 26 zugeführt und nach Abgabe seiner Wärme über einen Kamin ins Freie geleitet.

Der Dampfkreislauf in Fig. 6 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 beschriebenen Dampfkreislauf dadurch, daß das im Speisewasserbehälter 16 gesammelte und in der Speisewasserpumpe 17 auf Anlagendruck gebrachte Speisewasser 2 in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Der erste Teilstrom gelangt über den Vorwärmer 18 in den Dampferzeuger 1. Der zweite Teilstrom wird der Abhitzedampferzeu gungsanlage 26 zugeführt. Dort wird das Speisewasser 2 im Wärmeaustausch mit dem heißen Abgas der Gasturbine 24 verdampft und überhitzt. Am dampfseitigen Ausgang soll der Dampf den gleichen Zustand haben wie der Frischdampf am Ausgang des Dampferzeugers 1. Die beiden überhitzen Dampf-Teilströme mün den stromaufwärts der Dampfturbine in die gemeinsame Frischdampfleitung 5, aus der die Hochdruckturbine 6 beaufschlagt wird.

Nach der Teilentspannung in der Hochdruckturbine 6 wird der Dampf vor Eintritt in die Mitteldruckturbine 7 zwischenüberhitzt. Diese Zwischenüberhitzung erfolgt im Beispielsfalle in mindestens einer Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetau schereinheit 19, was im Detail in Fig. 7 dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt von Fig. 6 die Anordnung der erfin dungsgemäßen Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauscheinheit 19. Ein Teil des durch den Überhitzer 3 strömenden Frischdampfes 4 oder auch die gesamte Frischdampfmenge wird in die Einheit 19 geführt, wobei die Menge des Frisch dampfes über ein Regelventil 27, welches mit einem Regler 28 in Verbindung steht, den jeweiligen Bedingungen angepaßt wird. Andererseits wird als zweites Medium in die Wärmetauscheinheit 19 Zwischenüberhitzerdampf eingeführt, wo bei dessen Menge über eine Massenstromdüse 29 geregelt wird. Zwischen den beiden jeweils in separaten Rohren entlangströmenden Dämpfen kommt es nun zu einer Wärmeübertragung, welche bereits oben beschrieben wurde.

Im einem Verbundkraftwerk wird der Hauptkessel bei Teillast betrieben, um den Frischdampfmassenfluß in den notwendigen Grenzen zu halten. Dieser Be triebsweise entsprechend entsteht auch der Überhitzer-Frischdampf bei Teillast, wobei aber der Zwischenüberhitzerdampfmassenstrom viel höher ist wegen des zusätzlichen Dampfes, der vom Abhitzedampferzeuger der Gasturbine bereitge stellt wird. Dieses Mißverhältnis zwischen Überhitzer und Zwischenüberhitzer bewirkt, daß der höhere Zwischenüberhitzermassenstrom zu einer niedrigeren Temperatur im Zwischenüberhitzer führt. Somit ist für den Zwischenüberhitzerbe reich zusätzlicher Brennstoff notwendig. Der Dampfmassenstrom im Überhitzer ist konstant und die Temperatur wird dadurch geregelt, daß eine Wärmeübertragung vom Dampf des Überhitzers an den Dampf des Zwischenüberhitzers erfolgt (siehe auch Fig. 8, oberes Teilbild, Kurve c).

Fig. 8 zeigt in einem oberen Teilbild die Abhängigkeit der Dampftemperatur T im Überhitzer 3 (Kurve a) und im Zwischenüberhitzer 9 für zwei verschiedene Fälle (Kurven b und c) von der Last L des Dampferzeugers 1. Diese drei Kurven a, b und c verdeutlichen die Verhältnisse ohne Dampftemperaturregelung und ohne die erfindungsgemäße Lösung, d. h. im ersten Fall (Kurve b) hat der Dampf im (überdimensionierten) Zwischenüberhitzer 9 über den gesamten Lastbereich we sentlich höhere Temperaturen als der Dampf im Überhitzer 3, während im zweiten Fall (Kurve c) der Dampf im Zwischenüberhitzer 9 über den gesamtem Lastbe reich niedrigere Temperaturen aufweist als der Dampf im Überhitzer 9. Letzteres ist z. B. der Fall in einem Verbundkraftwerk (Hybridmodus).

Wird nun innerhalb oder außerhalb des Dampferzeugers 1 mindestens eine kombinierte Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit 19 angeordnet, welche bei Anordnung innerhalb des Dampferzeugers 1 aus einem doppelwandi gem Rohr 21 besteht, wobei das innere Rohr zum Durchströmen des Überhitzer dampfes und das äußere Rohr zum Durchströmen des Zwischenüberhitzerdamp fes vorgesehen sind, und wobei das äußere Rohr von Heißgas 20 umströmt wird, dann findet ein Transport von Wärmeenergie vom Zwischenüberhitzer 9 in den Überhitzer 3 statt (Kurve b), während im zweiten Fall ein Transport von Wär meenergie vom Überhitzer 3 zum Zwischenüberhitzer 9 stattfindet (siehe dicke Pfeile).

In den beiden mittleren Teilbildern von Fig. 8 ist der Wärmeaustausch beispielhaft anhand von Pfeilen dargestellt. Im linken Teilbild findet ein Wärmeübergang vom äußeren Heißgas 20 (bei Anordnung der Wärmetauscheinheit 19 im Inneren dem Dampferzeugers 1) an den Dampf im Zwischenüberhitzer 9 und dann an den Dampf im Überhitzer 3 statt, so daß sich seine Temperatur erhöht. Im rechten Teilbild findet dagegen ein Wärmeübergang in der Überhitzer/Zwischenüberhitzer- Wärmetauschereinheit 19 in der Weise statt, daß Wärmeenergie vom Dampf dem Überhitzers 3 an den Dampf des Zwischenüberhitzers 9 abgegeben wird, so daß die Dampftemperatur des Überhitzers 3 abgesenkt wird. Das hat zur Folge, daß die beiden Kurven a und b bzw. a und c entsprechend der Pfeilrichtung im oberen Teilbild von Fig. 8 angeglichen werden, so daß ein Temperaturverlauf wie im un teren Teilbild von Fig. 8 dargestellt ist, entsteht und somit die Temperatur des Dampfes auf einfache Weise geregelt und der Wirkungsgrad verbessert wird.

Entscheidend ist, daß die Wärmeenergie aus den zwei getrennten Systemen im Verbundkraftwerk (Überhitzer und Zwischenüberhitzer) so kombiniert wird, daß schließlich eine einheitliche Temperatur sowohl für den Dampf im Zwischen überhitzer 9 als auch für den Dampf im Überhitzer 3 erreicht wird.

Sollten die mit der Erfindung erzielten Effekte der Temperaturregelung einmal nicht ausreichend sein, kann die erfindungsgemäße Überhitzer/Zwischenüber hitzer-Wärmetauschereinheit 19 auch mit den aus dem Stand der Technik be kannten und oben bereits erwähnten Dampftemperaturregelungsmethoden kom biniert werden.

Bezugszeichenliste

1

Dampferzeuger

2

Speisewasser

3

Überhitzer

4

Frischdampf

5

Frischdampfleitung

6

Hochdruckturbine

7

Mitteldruckturbine

8

Leitung

9

Zwischenüberhitzer

10

Leitung

11

Niederdruckturbine

12

Generator

13

Kondensator

14

Pumpe

15

Niederdruckvorwärmer

16

Speisewasserbehälter

17

Speisewasserpumpe

18

Speisewasserhochdruckvorwärmer

19

Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit

20

Heißgas

21

doppelwandiges Rohr

22

Verdichter

23

Brennkammer

24

Gasturbine

25

Generator

26

Abhitzedampferzeugungsanlage

27

Regelventil

28

Regler

29

Massenstromdüse
T Dampftemperatur
L Last des Dampferzeugers

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Dampf mit einem einen Dampferzeuger (1) aufweisenden konventionellen Dampfturbinenkreislauf, bei welchem der Dampf aus dem Überhitzer (3) des Dampferzeugers (1) einer Hochdruck turbine (6) zugeführt wird, dort in einer ersten Entspannungsstufe teilweise entspannt wird, anschließend in einem Zwischenüberhitzer (9) zwischen überhitzt wird und danach in mindestens einer weiteren Entspannungsstufe entspannt wird, wobei der Dampfturbinenkreislauf wahlweise auch zusätz lich mit einem mindestens eine Gasturbine (24) aufweisenden Gasturbinen kreislauf kombinierbar ist, in welchem der mindestens einen Gasturbine (24) eine mit Wasser aus dem Dampfturbinenkreislauf gespeiste Abhitze dampferzeugungsanlage (26) nachgeschaltet ist, und der Dampf aus der Abhitzedampferzeugungsanlage (26) und der Dampf aus dem Dampfer zeuger (1) stromaufwärts der Hochdruckturbine (6) des Dampfturbinenkreis laufes in eine gemeinsame Frischdampfleitung (5) eingespeist werden, da durch gekennzeichnet, daß zumindestens ein Teil des überhitzten Damp fes im Überhitzer (3) und der zwischenüberhitzte Dampf im Zwischen überhitzer (9) in Abhängigkeit von der Größe der Last (L) des Dampfer zeugers (1) einem mittelbaren Wärmeaustausch unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaus tausch reversibel ist, wobei bei kleinen Lasten (L) des Dampferzeugers (1) ein Teil der Wärmeenergie vom Dampf des Überhitzers (3) an den Dampf des Zwischenüberhitzers (9) abgegeben wird und umgekehrt bei höheren Lasten (L) des Dampferzeugers (1) ein Teil der Wärmeenergie vom Dampf des Zwischenüberhitzers (9) an den Dampf des Überhitzers (3) abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß über den ge samten Lastbereich ein Teil der Wärmeenergie vom Dampf des Überhitzers (3) an den Dampf des Zwischenüberhitzers (9) abgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den ge samten Lastbereich ein Teil der Wärmeenergie vom Dampf des Zwischen überhitzers (9) an den Dampf des Überhitzers (3) abgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des überhitzten Frischdampfes (4), die mit dem zwischen überhitzten Dampf im Wärmeaustausch steht, in Abhängigkeit von der Grö ße der Last (L) des Dampferzeugers (1), von der Größe des Dampf massenstromes durch den Überhitzer (3) und den Zwischenüberhitzer (9) und in Abhängigkeit vom jeweiligen Ort des Wärmeaustausches geregelt wird.

6. Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit einem einen Dampferzeuger (1) mit Überhitzer (3) aufweisenden konventionellen Dampfturbinenkreislauf, bei welchem nach einer ersten Entspannungsstufe in einer Hochdruckturbi ne (6) in einem Zwischenüberhitzer (9) eine Zwischenüberhitzung des Dampfes vor mindestens einer weiteren Entspannungsstufe in einer Mittel druckturbine (7) bzw. Niederdruckturbine (11) vorgesehen ist, wobei der Dampfturbinenkreislauf wahlweise auch zusätzlich mit einem mindestens eine Gasturbine (24) aufweisenden Gasturbinenkreislauf kombinierbar ist, in welchem der mindestens einen Gasturbine (24) eine mit Wasser aus dem Dampfturbinenkreislauf gespeiste Abhitzedampferzeugungsanlage (26) nachgeschaltet ist, und der dampfseitige Ausgang der Abhitzedampf erzeugungsanlage (26) und der dampfseitige Ausgang des Dampferzeu gers (1) stromaufwärts der Hochdruckturbine (6) des Dampfturbinenkreis laufes in eine gemeinsame Frischdampfleitung (5) münden, dadurch ge kennzeichnet, daß der Überhitzer (3) und der Zwischenüberhitzer (9) min destens eine Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit (19) aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die minde stens eine Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit (19) in nerhalb des Dampferzeugers (1) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Wärmetauschereinheit (19) aus einem doppelwandigem Rohr (21) besteht, dessen inneres Rohr zum Durchströmen des Überhitzerdampfes und des sen äußeres Rohr zum Durchströmen des Zwischenüberhitzerdampfes vorgesehen sind und wobei das äußere Rohr von Heißgas (20) umströmt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die minde stens eine Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauschereinheit (19) aus serhalb des Dampferzeugers (1) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Überhitzer/Zwischenüberhitzer-Wärmetauscher einheit (19) mit einer der bekannten Vorrichtungen zur Dampftemperaturre gelung kombinierbar ist.