DE19836094A1

DE19836094A1 - Verfahren und Anordnung zum sicheren Betrieb einer Kesselspeisepumpe bei mit Gleit- oder Festdruck betriebenem Speisewasserbehälter für ein Dampfturbinenkraftwerk

Info

Publication number: DE19836094A1
Application number: DE1998136094
Authority: DE
Inventors: Uwe Kirstein; Klaus Enders
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: Vattenfall Europe Generation AG and Co KG
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2018-08-01
Also published as: DE19836094C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum sicheren Betrieb einer Kesselspeisepumpe bei mit Gleit- oder Festdruck betriebenem Speisewasserbehälter für ein Dampfturbinenkraftwerk gemäß der Voranmeldung 19809165. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Speisewassertemperatur vor Kesselspeisepumpe bei notwendiger Einspeisung von Kondensat in die Saugleitung energetisch optimiert zu fahren und zusätzlich den weiteren sicheren Betrieb der Hochdruckvorwärmer zu gewährleiten. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß bei Unterschreitung der Temperaturdifferenz DELTAT unter den Grenzwert G¶1¶ die Saugleitung der Kesselspeisepumpe derart geregelt mit Kondensat beaufschlagt wird, daß die Speisewassertemperatur vor Kesselspeisepumpe in einem definierten Temperaturabstand in Abhängigkeit von einem erforderlichen NPSH-Wert, der dem maximalen NPSH-Wert der eingesetzten Kesselspeisepumpe entspricht, unter der Sättigungstemperatur des Speisewassers vor Kesselspeisepumpe gehalten wird, wobei die Temperaturdifferenz DELTAT aus der Differenz zwischen der Sättigungstemperatur des Speisewassers beim Druck p in der Saugleitung und der Temperatur des Speisewassers ermittelt wird. DOLLAR A Zur Realisierung ist erfindungsgemäß ein Regelventil in die Kondensatzuführleitung eingebunden und das Regelventil über eine Signalleitung mit der Auswerteeinheit verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum sicheren Betrieb einer Kesselspeisepumpe bei mit Gleit- oder Festdruck betriebenem Speisewasserbehälter für ein Dampftur binenkraftwerk gemäß der Voranmeldung 198 09 165.

Nach diesem Stand der Technik erfolgt eine Messung der Tem peratur T und des Druckes p des Speisewassers in der Saugleitung vor der Kesselspeisepumpe, des weiteren eine Messung der durch die Kesselspeisepumpe geförderte Speise wassermenge F in der Druckleitung der Kesselspeisepumpe, mit diesen Meßwerten wird eine Temperaturdifferenz nach der Be ziehung

ΔT = T_s(p-p_NPSH(F))-T

ermittelt, wobei
T - die Temperatur des Wassers vor Kesselspeisepumpe
T_s - die Sättigungstemperatur
p - der Druck des Wassers vor Kesselspeisepumpe und
p_NPSH(F) - der Druck Pumpenkennlinie in Abhängigkeit der För dermenge
bedeuten.

Der NPSH-Wert der Pumpe gibt den Druck im Saugstutzen an, der vorhanden sein muß, damit die Kesselspeisepumpe in einem Zustand vor Kavitation noch arbeitet. Er ist abhängig vom Förderstrom bei gegebener Drehzahl der Kesselspeisepumpe.

Die Temperaturdifferenz ΔT wird mit einem Grenzwert G₁ und einem Grenzwert G₂ verglichen, wobei der Grenzwert G₁ grö ßer als der Grenzwert G₂ ist. Bei Unterschreitung der Tem peraturdifferenz ΔT unter den Grenzwert G₁ wird die Saug leitung der Kesselspeisepumpe mit Kondensat aus einer Ma schinenkondensatleitung beaufschlagt und bei Unterschreitung der Temperaturdifferenz G₂ die Kesselspeisepumpe ausge schalten, um sie vor Kavitationsschäden zu schützen. Dazu ist in der Saugleitung direkt vor der Kesselspeisepumpe eine mit einer Stelleinrichtung versehene Kondensatzuführleitung eingebunden, die ihrerseits aus der Maschinenkondensatlei tung vor Niederdruckvorwärmer abzweigt.

Eine Auswerteeinheit ist mittels Signalleitungen mit den Meßwertgebern für die Temperaturmessung und Druckmessung in der Saugleitung, für die Mengenmessung in der Druckleitung sowie mit einem Motorantrieb der Stelleinrichtung verbunden.

Die verfahrenstechnische Lösung wies nach der Erprobung noch Mängel auf. Bei Unterschreitung des Grenzwertes G₁, d. h. Kavitationsgefahr, öffnete die Motorarmatur in der Konden satzuführleitung und das Kondensat wurde entsprechend den Abmessungen der Kondensatzuführleitung ohne Berücksichtigung der gefahrenen Speisewassermenge ungeregelt in die Sauglei tung der Kesselspeisepumpe gefahren. Damit kann es insbeson dere im Teillastbereich des Kraftwerksblockes an den der Kesselspeisepumpe nachgeschalteten Hochdruckvorwärmern zu einem erhöhten Anfall von Heizdampfkondensat durch die abge senkte Speisewassertemperatur einerseits und die verminderte Enthalpie des Anzapfdampfes für den Hochdruckvorwärmer ande rerseits kommen, was den Ausfall des Hochdruckvorwärmers nach sich zieht. Weiterhin war der Wert der Temperaturdiffe renz ΔT aufgrund der Abhängigkeit des Wertes von p_NPSH von der gefahrenen Speisewassermenge in ständiger Bewegung, so daß die Steuerung der Motorarmatur erschwert wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Speisewasser temperatur vor Kesselspeisepumpe bei notwendiger Einspeisung von Kondensat in die Saugleitung energetisch optimiert zu fahren und zusätzlich den weiteren sicheren Betrieb der Hochdruckvorwärmer zu gewährleisten.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß bei Unter schreitung der Temperaturdifferenz ΔT unter den Grenzwert G₁ die Saugleitung der Kesselspeisepumpe derart geregelt mit Kondensat beaufschlagt wird, daß die Speisewassertempe ratur vor Kesselspeisepumpe in einem definierten Temperatur abstand in Abhängigkeit von einem erforderlichen NPSH-Wert, der dem maximalen NPSH-Wert der eingesetzten Kesselspeise pumpe entspricht, unter der Sättigungstemperatur des Speise wassers vor Kesselspeisepumpe gehalten wird, wobei die Tem peraturdifferenz ΔT aus der Differenz zwischen der Sätti gungstemperatur des Speisewassers beim Druck p in der Saug leitung und der Temperatur des Speisewassers ermittelt wird.

Zur Realisierung ist erfindungsgemäß ein Regelventil in die Kondensatzuführleitung eingebunden und das Regelventil über eine Signalleitung mit der Auswerteeinheit verbunden.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll nachstehend die Er findung näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt dabei schematisch eine Anordnung zum sicheren Betrieb einer Kesselspeisepumpe.

Der Speisewasserbehälter 1 ist über die Saugleitung 2 mit der Kesselspeisepumpe 3 verbunden. Aus der Kesselspeisepumpe 3 ist die Druckleitung 4 geführt.

In die Saugleitung 2 direkt vor der Kesselspeisepumpe 3 ist die Kondensatzuführleitung 5 mit Stelleinrichtung 6 einge bunden. Die Stelleinrichtung 6, z. B. ein Absperrventil, ist mit einem Motorantrieb 7 ausgestattet.

In Strömungsrichtung nach der Stelleinrichtung 6 ist in die Kondensatzuführleitung 5 ein Regelventil 8 eingebunden, wel ches über eine Signalleitung mit der Auswerteeinheit 13 ver bunden ist. In der Saugleitung 2 vor der Kesselspeisepumpe 3 sind ein Meßwertgeber 10 für die Temperatur T und ein Meß wertgeber 11 für den Druck p des Speisewassers angebracht. Nach der Kesselspeisepumpe 3 befindet sich in der Drucklei tung 4 ein Meßwertgeber 12 für die Speisewassermenge F. Die Meßwertgeber 10; 11; 12 sowie der Motorantrieb 7 der Stell einrichtung 6 sind über Signalleitungen mit der Auswerteein heit 13 verbunden.

Der für die maximale Drehzahl (3000 min^-1) der eingesetz ten Kesselspeisepumpe vom Pumpenhersteller vorgegebene Wert des erforderlichen NPSH beträgt 1 bar. D. h., bei maximaler Förderleistung der Kesselspeisepumpe kommt es gegenüber dem Druck in der Saugleitung aufgrund von örtlichen Überge schwindigkeiten beim Umströmen der Laufschaufeln durch das Speisewasser in der Kesselspeisepumpe zum Druckabfall von 1 bar an diesem Ort. Mit abnehmender Drehzahl, d. h. gerin ger Förderleistung, nimmt auch der Druckabfall ab. Mit Ver wendung des maximalen Wertes liegt man auf der sicheren Sei te. Da gewährleistet werden muß, daß in der Kesselspeisepum pe keine Kavitation auftritt, ist in der Saugleitung eine Temperatur des Speisewassers zu fahren, die ca. 4 K über der Sättigungstemperatur des Speisewassers bei gefahrenem Spei sewasserdruck liegt. Die 4 K resultieren dabei aus der Tat sache, daß sich zu einer Druckänderung von ca. 1 bar bei ei nem Druck im Speisewasserbehälter von 7 bar die zugehörige Sattdampftemperatur um ca. 6 K ändert. Somit wird die Arma tur 6 bereits vor Erreichen des Sättigungszustandes geöffnet und die Regelstrecke wirksam.

Im Speisebehälter 1 herrschen Sättigungsparameter (Druck = 7 bar und Temperatur = 170°C).

Die in Betrieb befindliche Kesselspeisepumpe 3 entnimmt dem Speisewasserbehälter 1 über die Saugleitung 2 das heiße Wasser und fördert es über die Druckleitung 4 in den Dampf kessel.

Da der Speisewasserbehälter 1 ca. 17 m über der Kesselspei sepumpe 3 steht, herrscht vor der Kesselspeisepumpe 3 ein um ca. 1,7 bar höherer Druck als im Speisewasserbehälter 1.

Die Stelleinrichtung 6 in der Kondensatzuführleitung 5 ist geschlossen.

Der Grenzwert G₁ ist in der Auswerteeinheit 13 auf 4 K ein gestellt, der Grenzwert G₂ auf 2 K.

Die Auswerteeinheit 13 ermittelt mittels der Meßwertgeber 10 und 11 Druck und Temperatur des Speisewassers in der Saug leitung 2. Weiterhin ist in die Auswerteeinheit 13 die Satt dampfkennlinie implementiert.

In der Saugleitung ergibt sich für einen Druck von 8,7 bar die zugehörige Sattdampftemperatur nach Sattdampfkennlinie von ca. 179°C. Die Temperaturdifferenz ΔT ergibt sich als Differenz zwischen dieser dem Druck von 8,7 bar zugehörigen Sattdampftemperatur von 179°C und der gefahrenen Speisewas sertemperatur von 170°C zu 9 K. Damit liegt die Temperatur differenz ΔT über dem Grenzwert G₁ von 4 K und die Stell einrichtung 6 bleibt geschlossen.

Durch eine Störung im Fremddampfnetz des Kraftwerkes kommt es im Speisewasserbehälter 1 zu einem Druckabfall von 7 bar auf 5,8 bar. Mit der geodätischen Höhe des Speisewasserbe hälters von 17 m über der Kesselspeisepumpe 3 stellt sich in der Saugleitung 2 ein Druck von 7,5 bar ein. Die dazugehöri ge Sattdampftemperatur liegt bei 173°C. Die Temperaturdif ferenz ΔT ergibt sich wieder aus der Differenz dieser dem Druck von 7,5 bar zugehörigen Sattdampftemperatur von 173°C und der gefahrenen Speisewassertemperatur von 170°C zu 3 K. Damit liegt die Temperaturdifferenz ΔT unter dem Grenzwert G₁ von 4 K.

Die Stelleinrichtung 6 öffnet und Kondensat wird von der Kondensatzuführleitung 5 in die Saugleitung 2 der Kes selspeisepumpe geleitet. Weil das Kondensat aus der Maschi nenkondensatleitung vor Niederdruckvorwärmer entnommen wird und somit kühler ist als das Speisewasser aus dem Speise wasserbehälter 1, wird das Speisewasser abgekühlt und ein Verdampfen in der Saugleitung 2 sowie in der Kesselspeise pumpe 3 verhindert. Die Auswerteeinheit 13 stellt über die Signalleitung zum Regelventil 8 dieses auf einen Öff nungsgrad ein, der eine solch definierte Menge des Konden sats in die Saugleitung 2 einspeist, daß die Temperatur des durch die Kesselspeisepumpe geförderten Speisewassers ca. 3 K unter der Sättigungstemperatur des Speisewassers liegt. Damit gelangt in die Saugleitung 2 der Kesselspeisepumpe 3 nur die erforderliche Menge an Kondensat, um ein Ausdampfen des Speisewassers vor oder in der Kesselspeisepumpe 3 zu verhindern sowie einer Überlastung der nachgeschalteten Hochdruckvorwärmer vorzubeugen.

Nach Beseitigung der Störung im Fremddampfnetz und Wieder herstellung des Druckniveaus im Speisewasserbehälter 1 (7 bar) stellt sich die Temperaturdifferenz ΔT wieder auf ca. 9 K ein. Entsprechend dazu verringert sich der Öffnungs grad des Regelventils 8 bis zu seiner Schließstellung.

Nach Ablauf einer Zeitspanne von ca. 2 min erhält die Stell einrichtung 6 von der Auswerteeinheit 13 den Schließimpuls, wenn ΔT in dieser Zeitspanne mindestens 6 K oder mehr betra gen hat. Damit ist der Normalbetrieb der Kesselspeisepumpe wiederhergestellt.

Sollte die Temperaturdifferenz ΔT trotz eingespeisten Kon densats unter dem Grenzwert von G₂ = 2 K fallen, so erhält die Kesselspeisepumpe 3 einen AUS-Befehl, um sie vor Schädi gung durch Kavitation zu schützen.

Bei Änderung der Anlagen- und Pumpencharakteristik sind die Grenzwerte G₁ und G₂ so anzupassen, daß die Pumpe in jedem Fall vor Kavitation geschützt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden folgende Vorteile erreicht:

- optimale energetische Fahrweise der Speisewassertempera tur
- keine wesentlichen Temperaturschwankungen der Speisewas sertemperatur vor Hochdruckvorwärmer; keine Schwankungen im Heizdampfkondensatsystem
- definiertes Kaltfahren der Kesselspeisepumpe möglich, sehr wichtig für Kesselspeisepumpen im Gleitdruckbetrieb; es wird eine Verdampfung von Speisewasser in der Sauglei tung/Pumpe durch Druckänderungen im System ausgeschlos sen; Kaltfahren der Pumpengehäuse bis vorgegebene Tempe ratur. Des weiteren kann die Kesselspeisepumpe nach Kalt fahren wesentlich früher für Reparaturzwecke zur Verfü gung gestellt werden.
- optimale Fahrweise für das Bedienpersonal

Bezugszeichenliste

1

Speisewasserbehälter

2

Saugleitung

3

Kesselspeisepumpe

4

Druckleitung

5

Kondensatzuführleitung

6

Stelleinrichtung

7

Motorantrieb

8

Regelventil

9

10

Meßwertgeber

11

Meßwertgeber

12

Meßwertgeber

13

Auswerteeinheit

Claims

1. Verfahren zum sicheren Betrieb einer Kesselspeisepumpe bei mit Gleit- oder Festdruck betriebenem Speisewasserbehäl ter für ein Dampfturbinenkraftwerk durch Messung der Tempe ratur T und des Druckes p des Speisewassers in der Sauglei tung vor der Kesselspeisepumpe, Messung der durch die Kes selspeisepumpe geförderte Speisewassermenge F in der Druck leitung der Kesselspeisepumpe, Ermittlung einer Temperatur differenz ΔT nach der Beziehung ΔT = T_s(p-p_NPSH(F)-T sowie Ver gleich der Temperaturdifferenz ΔT mit einem Grenzwert G₁ und einem Grenzwert G₂ durch die Auswerteeinheit, wobei bei Unterschreitung der Temperaturdifferenz ΔT unter den Grenz wert G₁ die Saugleitung der Kesselspeisepumpe mit Kondensat aus einer Maschinenkondensatleitung beaufschlagt wird und bei Unterschreitung der Temperatur ΔT unter den Grenzwert G₂ die Kesselspeisepumpe ausgeschaltet wird, nach der Vor anmeldung 198 09 165, gekennzeichnet dadurch, daß bei Unterschreitung der Temperaturdifferenz ΔT unter den Grenzwert G₁ die Saugleitung (2) der Kesselspeisepumpe (3) derart geregelt mit Kondensat beaufschlagt wird, daß die Speisewassertemperatur vor Kesselspeisepumpe (3) in einem definierten Temperaturabstand in Abhängigkeit von einem er forderlichen NPSH-Wert, der dem maximalen NPSH-Wert der ein gesetzten Kesselspeisepumpe (3) entspricht, unter der Sätti gungstemperatur des Speisewassers vor Kesselspeisepumpe (3) gehalten wird, wobei die Temperaturdifferenz ΔT aus der Dif ferenz zwischen der Sättigungstemperatur des Speisewassers beim Druck p in der Saugleitung (2) und der Temperatur des Speisewassers ermittelt wird.

2. Anordnung zum sicheren Betrieb einer Kesselspeisepumpe bei mit Gleit- oder Festdruck betriebenen Speisewasserbehäl ter für ein Dampfturbinenkraftwerk, wobei in die Saugleitung direkt vor der Kesselspeisepumpe eine mit einer Stelleinrichtung versehene Kondensatzuführleitung eingebun den ist, die ihrerseits aus der Maschinenkondensatleitung vor Niederdruckvorwärmer abzweigt und daß eine Auswerteein heit mittels Signalleitungen mit den Meßwertgebern für die Temperatur T in der Saugleitung, für den Druck p in der Saugleitung, für die Speisewassermenge F in der Druckleitung sowie mit einem Motorantrieb der Stelleinrichtung verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß ein Regelventil (8) in die Kondensatzuführleitung (5) eingebunden und das Regelventil (8) über eine Signalleitung mit der Auswerteeinheit (13) verbunden ist.