DE2006410B2

DE2006410B2 - Verfahren und vorrichtung zum aussteuern von kurzen last spitzen bei dampferzeugern

Info

Publication number: DE2006410B2
Application number: DE19702006410
Authority: DE
Inventors: Richard Prof Dr Winter thur Dolezal (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1970-02-12
Publication date: 1972-03-30
Also published as: FR2075725A5; US3742709A; DE2006410A1; BE761695A; GB1338068A; CA919043A; SE362114B; ES387254A1; CH519098A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aussteuern von kurzen Lastspitzen bei Dampferzeugern, wobei im Normalbetrieb ein Teil des im Verdampfer erzeugten Dampfes an im Economiser vorgewärmtem Speisewasser kondensiert wird. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, mit einem Wärmeübertrager, in dem ein Teil des Dampfes an im Economiser vorgewärmtem Speisewasser kondensiert wird und von dem aus das so gebildete Kondensat dem Verdampfer zugeführt wird.

Aus »Archiv für Energiewirtschaft« Heft U₁ vom 10.6,1963, 3. 463-465 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, wobei die Kor.densa-

tion des Dampfes in einem Behälter stattfindet, dessen Kondensatsammeiraum mit einer in der Leitung vom Verdampfer zum Überhitzer angeordneten Strahlpumpe verbunden i"t. Bei plötzlicher Erhöhung der Kesselleistung saugt die Strahlpumpe eine größe-

re Menge Kondensat als vorher aus dem Behälter, das dann mit dem Sattdampf dem ersten Überhitzer zuströmt. Aus dem Kondensat entsteht im Überhitzer mit Hilfe der in der Eisenmasse gespeicherten Wärme zusätzlicher Dampf, so daß dem Dampfverbrauchcr

ao vorübergehend eine größere Dampfmenge zugeführt wird. Bei diesem Verfahren ist das Zuführen des Kondensats am Eintritt des ersten Überhitzers nachteilig, weil damit die Gefahr ungleicher Verteilung des Kondensats auf die Überhitzerrohre verbunden

as ist, wodurch in diesen Rohren Thcrmoschockbeanspruchungen auftrete.! können. Darüberhinaus ist die zusätzliche Dampferzeugung sowohl durch die Wärmespeicherkapazität des ersten Überhitzers als auch durch den Wasserinhalt des Kondensationsbehälters begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem eingangs genannten Verfahren verbessertes Verfahren zu schaffen, irdem auf einfache Weise eine gröhere Speicherfähigkeit ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsecmäß dadurch gelöst, daß beim Auftreten von Lastspitzen die Kondensation von Dampf vorübergehend verringert wird. Bei diesem Verfahren ist die bei Auftreten von Lastspitzen zusätzlich erzeui;bare Dampfmenge größer als beim bekannten Verfahren, weil dafür die Wärmespeicherfähigkeit des gesamten Verdampfers mit Wasserinhalt herangezogen wird, die wesentlich großer ist als die des ersten Überhitzers. Wegen des nachhaltigeren Speichereffektes wird nicht nur ein Absinken des Dampfdruckes vor der Kraftmaschine verhindert, sondern der Druck kann .sogar noch erhöht werden, so daß eine sehr rasche Anpassung des Dampfangebotes an den plötzlich erhöhten Dampfbezug möglich wird. Hierdurch wird auch das rcgcldjnamische Verhalten verbessert, weil die Regelschwinguntrsamplituden kleiner bleiben und schneller abklingen. Außerdem treten beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Schockbeanspruchungcn im (herhii/cr auf. da die Vergrößerung der Dampfmenee diiKh Verringern der Kondensation erfoljjt. was die Temperatur des in den überhitzer cn icnden Dampfstromes nicht verändert.

Aus der deutschen Patenschrift 687 312 list eine Vorrichtung für Dampferzeuger bekannt, mit der bei plötzlich auftretendem Dampfüberschuß Dampf in einem mit der Frischdampfleitung verbundenen Behälter an kaltem oder schwach vorgewärmtem Speisewasser kondensiert wird, um ein Ansprechen de« Sicherheitsventils zu vermeiden. Im Normalbetriet des Dampferzeugers findet dabei keine Kondensatior statt. Diese bekannte Vorrichtung ist n'cht ohm Nachteil zum Druchführcn des erfindungsgemäßer

Verfahrens geeignet. In diesem Fülle würde wegen der Kondensation des Dampfes un kaltem oder nur ichwaeh vorgewärmtem Speisewasser ein relativ holier thermodymimischer Verlust auftreten.

Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Ist dadurch gekennzeichnet, daß ein auf Lasterhöjuingen ansprechender Signalgeher und ein mit dieleni in Wirkungsverbindung stehendes, an sich bekanntes Dreiwegeventil vorgesehen sind, das in einer der beiden, zum Wärmeübertrager führenden Leitungen angeordnet ist und von dem eine den Wärmeübertrager umgehende Leitung abzweigt.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. I das Schaltbild eines Naturumlaufdampferjtüiigers nach der Erfindung,

Fig. 2 das Schaltbild eines erfindungsgernäßeri Zwanglaufdampferzeugers mit Arbeitsmittelrückfüh-ηιημ und

F ig. 3 das Schaltbild eines abgewandelten Zwanglaufdiimpferzeugers.

Gemäß Fig. 1 besteht der Naturumlaufdampferzeuger im wesentlichen aus einem Economiser3, einer Dampfwassertrommel 5, einem Verdampfer 8, dessen Beheizung nicht näher dargestellt ist, sowie einem an den Dampfraum der Trommel 5 angeschlossenen Überhitzer 10. Vom Überhitzer 10 führt eine Frischdampfleitung 11 /u einer Dampfturbine 12, deren Austritt in einen Kondensator 13 mündet. Der Kondensator ist über eine Kondensatpumpe 14 mit einem Anfahrbehälter 1 verbunden. Der Anfahrbehälter 1 ist über eine Speisepumpe 2 an den Economiser 3 angeschlossen, der über eine Leitung 20 mit dem Dampfraum der Trommel S in Verbindung steht. Unterhalb der Mündung der in die Trommel hineinragenden Leitung 20 ist oberhalb des Wasserspiegels eine Rinne 4 vorgesehen, die mit Löchern versehen i~t, aus denen das zugeführte Speisewasser in Form von Strahlen oder Tropfen in den Wasserraum der Trommel gelangt.

In der Leitung 20 ist ein Dreiwegeventil 21 vorgesehen, an dessen dritten Stutzen eine Zweigleitung 22 angeschlossen ist. die unter Umgehung der Trommel 5 in die F ailcitung 6 zwischen der Trommel 5 lind einem mit dem Verdampfer8 verbundenen Verteiler 7 mündet.

An der Frischdampfleitung U ist ein Dampfmengcnmessorgan 23 angeschlossen, das über ein Differenzicroruan 24 mit dem Dreiwegeventil 21 verbunden ist. Zur Beeinflussung der Speisewasserzufuhr ist eine übliche, nicht dargestellte Dreikomponentenregelung, d. h. da:, Niveau in der Trommel, die Speiscwassermcnge und die Dampfmenge wirken auf ein Speiscwassermengencins'ellorgan. vorgesehen.

Im normalen Betrieb des Dampferzeugers wird mittels der Speisepumpe 2 Speisewasser dem Anfahrbchältcr 1 entnommen und über den Lconomiser 3 und die Leitung 20 in die Rinne 4 gefördert. Aus dem Wasserraum der Trommel 5 gelangt das Kesselwasser über die Falleitung 6 und den Verteiler 7 in den Verdampfer 8, in dem es erwärmt und zum großen Teil verdampft wird. Der entstehende Sattdampf sammelt sich in der Trommel 5, wo ihm ein Teil seiner Wärme durch das aus der Rinne 4 fließende Wasser entzogen wird. Von der Trommel aus gelangt der Sattdampf in den Überhitzer 10 und danach über die Frischdampfleitung 11 in die Turbine

12. Nach seiner Entspannung wird der Dampf im Kondensator 13 niedergeschlagen, und das sich dabei bildende Kondensat wird von der Konclensatpumpe 14 zum AnfabrbehäUer 1 zurückgeführt.

Beim Auftreten von Lastspitzen, d. h. bei plötzlich größer werdendem Dampfbezug durch die Turbine 12 entsteht in der Frischdampf leim ng II ein größerer Dampfstrom, der mit einer Absenkung des Dampfdruckes verbunden ist. Die Änderung des

ίο Dampfmengenstromes wird vom Mengenmeßorgan 23 erfaßt und wirkt auf das Dreiwegventi! 21 derart, daß dieses so verstellt wird, daß ein mehr oder weniger großer Teil des vom Economiser 3 kommenden Speisewassers über die Zweigleitung 22 zur Fallei-

lung 6 geführt wird. Damit strömt weniger Speisewasser zur Rinne 4, so daß sich der Wärmeentzug aus dem Saudampf verringert und damit mehr Dampf als vorher zum Überhitzer 10 und zur Turbine 12 strömen kann. Die infolge des erhöhten

ao Dampfbez-jges eintretende Druckabsenkung de.-> Dampfes wird also verringert, und zwar wegen des eingeschalteten Differenzierorgans 24 vorübergehend. Beim Auftreten einer Lastspitze wird gleichzeitig, was hier nicht näher dargestellt ist, ein Signa! zur

as Federung des Dampferzeugers gegeben, durch das die Feuerleistung erhöht wird. Infolge der Trägheit der Feuerung schließt sich die mit der Erhöhung der Feuerleistung auftretende größere Dampferzeugung an die vorübergehende Damjvfabgabe infolge der Einwirkung auf das Dreiwegeventil 21 an.

Bei dem Zwanglaufdampferzeuger gemäß F i g. 2 ist an Stelle der Trommel S ein Wasserabscheider 39 vorgesehen, dessen untere* Ende mit einer Leitung 25 in Verbindung steht, die eine Umwälzpumpe 26 aufveist, mit deren Hilfe das abgeschiedene Wasser in den Verdampfer 8 rückgeführt wird. Außerdem ist ein besonderes Mischgefäß 27 vo-gesehen, in dem der Wärmeentzug aus dem Sattdampf stattfindet und das an seinem oberen Ende mit der vom Economiser 3 kommenden Leitung 20 verbunden ist. Das untere Ende des Mischgefäßes 27 mündet in die Leitung 25. Bei diesem Ausfüiirung.ibeispiel ist das Dreiwegeventil 21' nicht in der Leitung 20. sondern in der Verbindungsleitung 28 zwischen Verdampfer 8 und Wasserabscheider 39 angeordnet. Vom dritten Stutzen des Dreiwegeventils 21' führt eine Zweigleitung 40 zum Mischgefäß 27.

Der Überhitzer 10 ist in diesem Beispiel in zwei Abschnitte unterteilt, zwischen denen eine Wassereinspritzleilung 29 mündet, die in bekannte Weise ein von der Damj/ft'.Tnperatur nahe dem Überhitzeraustritt beeinflußte Ventil 30 aufweist. Die Dampfturbine 12 ist in zwei Druckstufen c^;ngetcilt. zwischen denen ein Zwischenüberhitzer 31 eingeschaltet ist.

Als Mittel zum Erfassen von Lastspitzen ist an der Firschdampfleitung 11 ein DruckmeßniL'an 33 vorgesehen, das e.nerscits über einen PID-Regler 34 mit einem Laststcucrgerät 35 und andererseits über einen PD-Regler 36 mit einem das Dreiwegeventil 2Γ beeinflussenden Stellmotor 37 in Verbindung steht. Auf den Stellmotor 37 wirkt ferner ein PI-Regler 38, dem als Istwert die die Leitung 29 durchströmende Einspritzwassermehge aufgeschaltet ist. Diese Menge wird mittels des Meßorgans 41 ermittelt. In F i g. 2 ist außerdem die Feuerung 42 des Dampferzeugers angedeutet, deren Brennstoff- und Luftzufuhr der Einfachheit halber durch nur eine Leitung 43 mit Regelventil 44 dargestellt ist. Das Regelventil 44

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wird vom Laststeuergerät 35 über einen Regler 45 Wärmezufuhr zum Überhitzer weniger hoch iibcrbceinflußt. Schließlich ist die Beeinflussung der dem hitzt, so daß die Einspritz.wasscrmenge selbsttätig zuDampferzeuger zugeführten Speisewassermenge dar- rückgenommen wird.

gestellt, die In Abhängiekeit von Niveau im Wasser- An Stelle des Drucksignals kann nach einer ande-

abscheider 39 erfolgt. Zu diesem Zweck ist ein Ni- 5 ren Ausführungsform der Erfindung auch die die

veaumeßorgan 46 vorgesehen, das über einen Regler Frischdampfleitung 11 durchströmende Dampfmen-

47 auf ein dem Economised vorgeschaltetes Regel- ge, wie in Fig. 1 gezeigt, oder die Drehzahl der Tur-

venlil 48 wirkt. " bine 12 verwendet werden.

Die Arbeitsweise des Dampferzeugers ist wie folgt. Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist gei'en-Im Normalhctrieb wird mittels der Speisepumpe 2 io über dem nach F i g. 2 dadurch abgewandelt, daß als Speisewasser aus dem Anfahrbehälter 1 über den Wärmeübertrager zwischen Sattdampf und Speise-Economiser 3 in das Mischgefäß 27 gefördert. Aus wasser kein besonderes Mischgefäß vorgesehen ist, dem Mischgefäß gelangt das Wasser mittels der Um- sondern der Wasserabscheider 39 zwischen Verwälzpumpc~26 in den" Verdampfer 8. Nach Austritt dämpfer 8 und Überhitzer 10 verwendet wird, des Arbeitsmittels aus dieser Heizfläche wird es mit- 15 Außerdem ist das Dreiwegeventil 21" nicht in der tels des Dreiwegeventils IV in zwei Tcilströme aufge- vom Verdampfer 8 zum Wasserabscheider 39 führenteilt. Der eine Teilstrom gelangt in den Wasserab den Leitung, sondern in der vom Economised zum schneider 39, wo sich das mitgeführte Wasser vom Wasserabscheider 39 führenden Leitung 20 angeord-Dampf trennt, der dann in den "überhitzer 10 w.-iicr- net. Die am dritten Stutzen des Dreiwegeventil 21" strömt. Das abgeschiedene Wasser gelangt über die 20 angeschlossene Zweigleitung 60 führt hier in den Leitung 25 wieder in den Verdampfer. Der andere Wasserraum des Wasserabscheider. Das Dreiwegc-Teilstrom wird über die Zweigleitung 40 zum Misch- ventil 21" wird von einem P-Regler 36' beeinflußt gefäß 27 geführt, wo der Dampf am zugeführten dessen Eingangssignal aus der Abweichung zwischen Speisewasser kondensiert. Der im Überhitzer 10 der von einem elektrischen Generator 61 abgegebeüberhitzte Dampf gelangt über die Frischdampflei- 25 nen Leistung und einem Sollwert für diese Leistung tung 11 in die erste Stufe de^r Turbine 12 und nach gebildet wird. Der Istwert der elektrischen Leistung teilweiser Entspannung in den Zwischenüberhitzer wird über eine Signalleitung 62 und der Sollwert 31. von wo aus er zur weiteren Entspannung in die über eine Signalleitung 63 einem Additinnspunkt 64 zweite Turbinenstufe strömt. Der entspannte Dampf zugeführt, von dem eine Signalleitung 65. die das der wird im Kondensator 13 niedergeschlagen und mit- 30 erwähnten Abweichung entsprechende Signal führt, tels der Kondensatpumpe 14 zum Anfahrbehälter 1 zum P-Regler 36' führt. Eine weitere, das gleiche Sizurückeefördert. gna' führende Signallcilung 66 steht mit einem die

Beim Auftreten einer Lastspitze beginnt der Feuerleistung beeinflussenden PID-Regler 45' in Druck des Dampfes in der Frischdampfleitung 11 zu Verbindung, der das Ventil 44 verstellt. Da durch sinken, was im Druckmeßorean 33 ein entsprechen- 35 den Integralverhalten aufweisenden Regler 45' die des Signal auslöst, das auf d"en PD-Regler 36 wirkt. Abweichung zwischen dem Sollwertsignal der Lei-Das daraus resultierende Ausgangssignal dieses Reg- tung 63 und dem Istwertsignal der Leitung 62 zum lers wirkt auf den Stellmotor 37," der das Dreiwege- Verschwinden gebracht wird, genügt für den Regler ventil IV derart verstellt, daß die Zufuhr von Dampf 36' reines P-Verhalten. Er könnte zusätzlich auch über die Zweigleitung 40 zum Mischgefäß 27 vor- 40 mit D-Verhalten versehen werden,
übergehend verringert" wird, so daß gleichzeitig mehr Auch bei diesem Beispiel wird bei Auftreten einer Sattdampf im Wasserabscheider 39anfällt. was ein plötzlichen Lastspitze das Dreiwegeventil 21" vom weiteres Absinken des Dampfdruckes in der Frisch- P-Regler 36' so verstellt, daß vorübergehend mehr dampfleitung 11 verhindert. Das vom Druckmeßor- Speisewasser als vorher vom Economiser3 über die gan 33 ausgehende Signal wirkt zugleich über den 45 Zweigleitung 60 direkt zum Wasserraum des Wasser-PID-Regler 34 auf das" Laststeuergerät 35. das über abscheiders 39 geführt wird, so daß weniger Sauden Regler 45 die Brennstoff- und Luftzufuhr zur dampf kondensiert wird und damit mehr Dampt für Feuerung 42 vergrößert, indem das Ventil 44 ent- die Turbine 12 zur Verfügung sieht. Gleichzeitig sprechend verstellt wird. Auf den Stellmotor 37 des wird über den Regler 45' die Feuerungsleistung ent-Dreiwegeventils 21' wirkt noch die Einspritzwasser- 50 sprechend erhöht.

menge, und zwar wird mit größer werdender Ein- Das Signal in der Signalleitung 65 kann gnindsätz

spritzwassermenge die vom Dreiwegeventil IV zum hch so stark aufgeschaltet werden, daß bei erhöhten

Mischgefäß 27 geführte Dampfmenge verkleinert. Leistungsbedarf der Dampfdruck in der Fnschdampf

Die in den Überhitzer 10 strömende" Dampfmenge leitung 11 sogar steigt. Eine solche Schaltung kam

wird dadurch vergrößert und bei gleichbleibender 55 besonders bei Gleitdruckbetrieb interessant sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aussteuern von kurzen Lastipitzen hei Dampferzeugern, wobei im Normulhetrieb ein Teil des im Verdampfer erzeugten Dampfes an im Economiser vorgewärmtem Speisewasser kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von Lastspitzen die Kondensation von Dampf vorübergehend verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verringern der Kondensation die Zufuhr von Speisewasser zur Kondensationsstelle verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum.Verringern der Kondensation die Zufuhr von Dampf zur Kondensation Stelle verringert >vird.

4 Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mil einem Wärmeübertrager, in dem ein Teil des Dampfes an im Economiser vorgewärmtem Speisewasser kondensiert wird und von dem aus das so gebildete Kondensat dem Verdampfer zugeführt wird, t'adurch gekennzeichnet, daß ein auf Lasterhöhungen ansprechender Signalgeber und ein mit diesem in Wirkungsverhindung stehendes, an sich bekanntes Dreiwegeventil vorgesehen sind, das in einer der beiden, zum Wärmeübertrager führenden Leitungen angeordnet ist und /on den eine den Wärmeübertrager umgehende Lei'.ung abzweigt.

5 Von chtung nach Anspruch 4, für einen eine Dampfwassertrommel aufweisenden Naturumlaufdampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil in der Speisewasser zur als Wärmeübertrager wirkenden Dampfwassertrommcl führenden Leitung angeordnet ist und die Zweigleitung in die Falleilung der Trommel mündet.

ft. Vorrichtung nach Anspruch 4. für einen einen Wasserabscheider aufweisenden Zwanglaufdampferzeuger mit einer vom Wasserabscheider zum Verdampfereintritt führenden Arbeitsmittclleitung. dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil in der Speisewasser /um Dampfraum des als Wärmeübertrager wirkenden Wasserabscheiders führenden Leitung angeordnet ist und die Zweigleitung das Ventil mit einem Wasserraum des Wasserabscheiders verbindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4. für einen einen Wasserabscheider aufweisenden Zwanglauidampfer/euger mit einer \om Wasserabscheider /um Verdampfereintritt führenden ArhcitsmittclieiUinu. dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil in der vom Verdampfer /um Wärmeübertrager fuhrenden Leitung angeordnet ist und die Zweigleitung zum Dampfraum des Wasserabscheider führt.