DE2161549A1

DE2161549A1 - Dampfkraftanlage

Info

Publication number: DE2161549A1
Application number: DE19712161549
Authority: DE
Inventors: Paul A. Plymouth Meeting Pa. Berman (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-12-17
Filing date: 1971-12-11
Publication date: 1972-07-06
Also published as: SE362135B; FR2118693A5; GB1315806A; JPS4941528B1; IT941828B; CH528669A

Description

.2161543

WESTINGHOUSE Erlangen, 10.12.71

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Mein Zeichen:

YPA 71/8438 Skn/Di

WE 42 077

Dampfkraftanlage

Es wird die Priorität der US-Patentanmeldung Serial Nr. 99 094 vom 17.12.1970 in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage, insbesondere in Verbindung mit einer Gasturbinenanlage? deren Abgasstrom zumindest teilweise zum Aufheizen des Dampferzeugers herangezogen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit einer Dampfkraftanlage im Teillastbereich zu verbessern, wobei unter anderem unbedingt zu vermeiden ist, daß eine Dampfbildung in einer Economiser-Heizflache bei stark herabgesetzter Last auftritt.

Die Erfindung besteht darin, daß einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels hinter der Speisewassermenge angeordneten Economiser-Heizflache eine Arbeitsmittel-Aufteilungsstelle nachgeschaltet ist, von der aus bei Übergang auf Teillast zunehmend ein abgezweigter Teilstrom zu einer der Speisepumpe vorgelagerten Kesselheizfläche rückführbar ist.

Die Speisepumpe kann hierbei so ausgelegt sein und so betrieben werden, daß sie bei allen Lastzuständen im wesentlichen die gleiche Arbeitsmittelmenge fördert. Bei Übergang auf Teillast wird dann der Anteil der Speisewassermenge, die den Verdampf er hei zf lachen zuzuleiten ist, immer geringer, während der rückgeführte Teilstrom entsprechend zunimmt. Auf dem Wege zur Einmündung in das Niederdrucksystem kann dabei der zurückgeführte Teilstrom Wärme an den vom Kondensator kommenden Hauptapeisewaeserstrom abgeben, unabhängig davon, ob hier

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an geeigneter Stelle noch Niederdruck-Eegeneratiworwärmer vorhanden sind.

Wenn der zurückgeführte Speisewasserteilstrom einer Kesselheizfläche im Niederdruckbereich vor der Speisewasserpumpe zugeleitet wird, so kann diese Heizfläche im Sinne eines Niederdruckkessels gestaltet sein, wobei sich ein Behälter mit einem sich ausbildenden Wasserstand an diese Heizfläche anschließen läßt. Dieser Behälter kann insbesondere im Sinne eines Entgasers ausgenutzt werden, wobei die im Arbeitsmittelfluß vorhandenen nicht kondensierenden Gase abgeführt werden.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Pigur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter Darstellung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Dampfkraftanlage in Verbindung mit einem Gasturbinensystem, wobei die aus der Gasturbine austretenden Abgase dem Dampferzeuger zugeführt werden. In der Zeichnung sind der Einfachheit der Darstellung halber im wesentlichen nur die wichtigsten Einzelheiten gezeigt, die zur Erläuterung der Erfindung dienen. Vom Gasturbinensystem ist der Verdichter mit 10, die Gasturbine mit 12 und eine Brennkammer mit 14 bezeichnet, wobei Verdichter 10 und Turbine 12 über eine gemeinsame Welle 16 mit e^nem Dreiphasengenerator 18 in Verbindung stehen. In der Brennkammer 14 können beispielsweise gasförmige oder flüssige Brennstoffe verbrannt werden.

Die heißen Abgase aus der Turbine 12 gelangen auf dem Wege 20 zum Boden des Dampferzeugers 22. Im Dampferzeuger befinden sich übereinander Dampf- und Wasserrohre, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die heißen Gasturbinen-Abgase überhitzten Dampf erzeugen können, der in einem Dampfturbinensystem mit der Hochdruckturbine 24 und der Niederdruck-

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turbine 26 entspannt wird, wobei die Turbinen 24 und 26 über die Welle 28 einen Dreiphasengenerator 30 antreiben. Im Betrieb der Dampfturbine wird die dem Dampferzeuger 22 entnommene Dampfmenge durch das Hauptsteuerventil 32 von der Hochdruckturbine 24 bestimmt. Über die leitung 34 gelangt dann der teilweise entspannte Dampf als Niederdruckdampf zur Niederdruekturbine 26, die als Kondensationsturbine ausgebildet ist, wobei der Dampf in einem Kondensator 36 niedergeschlagen wird.

Vom Kondensator 36 wird das Kondensat durch die Kondensatpumpe 38 zu einem Wärmeaustauscher 40 geleitet, von wo aus über das Rückschlagventil 42 das Arbeitsmittel zu einem Entgaser 44 gelangt. Der Entgaser dient dazu, Sauerstoff und andere (rase aus dem Arbeitsmittel abzuführen, um dadurch ein Geringstmaß von Korrosionsmöglichkeit in den Kesselteilen sicherzustellen. Dabei wird im Entgaser das Arbeitsmittel auf einem definierten Druck- und Temperatur-Zustand gehalten. Über die Leitung 46 wird das Kondensat in den Entgaser geführt und dort mit Hilfe eines Düsensystems eingesprüht, wobei es abwärts durch Lochplatten oder Siebbleche 48 fließt, um sich schließlich am Boden ^a Gefäßes 44 zu sammeln. Zur gleichen Zeit wird Dampf zugeführt, der z.B. über die Niederdruckdampfleitung 50 heranströmt, um auf diese Weise den erforderlichen Temperatur-Zustand des Arbeitsmittels aufrecht zu halten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Teil des Abdampfes aus der Hochdruckturbine 24 dazu herangezogen, um die Aufheizung im Entgaser 44 sicherzustellen. Mit 52 ist ein Rückschlagventil bezeichnet.

Das Kondensat vom Entgaser 44 gelangt nun in eine Heizfläche 56 entsprechend einem Niederdruck-Kessel mit einer oberen Trommel 54 und geneigten Kesselrohren 56 sowie einem unteren Sammler 58 im Sinne von allgemein bekannten technischen Ausgestaltungen von Kesselheizflächen mit Fallrohren und Steigrohren. Dabei bildet sich in der Trommel 54 ein Wasser-

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stand aus, oberhalb dessenDampf entsteht, der in den Speisewasser-Entgaser-Behälter 14 gelangt und dort das Speisewasser aufkocht, also jetzt den über die leitung 50 herangeführten Aufheizdampf noch zu ergänzen vermag.

Das in .der Trommel 54 anfallende heiße Wasser wird jetzt mit Hilfe der Kesselspeisepumpe 60 zu einer Economiser-Heizflache 62 gefördert, die sich im Innern des Dampferzeugers 22 befindet. Die Pumpe 60 ist durch einen Motor 61 angetrieben, der mit konstanter Drehzahl läuft. Demgemäß ist auch die geförderte Arbeitsmittelmenge im wesentlichen gleichbleibend, einerlei wie die jeweilige Kesselbelastung ist. Von der Economiser-Heizfläche 62 strömt das Wasser durch das Speisewasser-Regelventil 64 zum Eintritt 66 der Verdampferheizflache 68, die hier in allgemeiner Form mit einer oberen Trommel 66 und einem unteren Mischverteiler 70 ausgestattet ist. In der Trommel 66 bildet sich ein Wasserstand aus, wobei eine Niveauüberwachung mit 72 bezeichnet ist. In Abhängigkeit des Wasserstandes wird das Speisewasser-Regelventil 64 gesteuert, um so einen vorgegebenen Wasserstand in der Trommel 66 aufrecht zu erhalten.

Das den Economiser 62 durchströmende Wasser wird in der Verdampfer-Heizfläche 68 größtenteils verdampft, wobei sich der Dampf in der Trommel 66 oberhalb des Wasserspiegels sammelt, um von dort über die leitung 73 einer Überhitzerheizflache 74 zugeführt zu werden. Am Austritt des Überhitzers 74 führt die Frischdampfleitung über das Hauptsteuerventil 32 zum Hochdruckteil 24 der Turbine.

Das Arbeitsmittel, das durch den Niederdruckkessel, die Economiser-Heizfläche, den Hochdruckkessel und den Überhitzer strömt, wird aufgeheizt durch die Abgase der Gasturbine 12. Außerdem kann noch eine vor allem bei Vollast benötigte Zusatzheizung vorgesehen sein,, wobei entsprechende Brenner

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rein schematisch dargestellt und mit 76 bezeichnet sind. Wie oben erwähnt, dient die Economiser-Heizflache 62 dazu, eine Vorwärmung des Speisewassers zu erreichen, bevor es in die Trommel 66 der Verdampfer-Heizfläche 68 gelangt. Demgegenüber ist es naturgemäß unerwünscht, in dieser Economiser-Heizflache bereits Dampf zu bilden. Wenn die heißen Verbrennungsabgase aus der Gasturbine 12 den Dampferzeuger 22 laufend durchsetzen, gibt es aber eine bestimmte Minimaltemperatur im Bereich der Economiser-Heizflache 62. Bei Teillast würde man natürlich den Wasserdurchsatz durch den Niederdruckkessel und den Economiser 62 herabsetzen. Damit besteht aber die Gefahr, daß bei der entsprechend geringen Wassermenge Dampf im Economiser 62 entstehen kann.

Im Sinne der Erfindung wird nun die Dampfbildung innerhalb der Economiser-Heizflache 62 mit Sicherheit verhindert, dadurch, daß die Speisewasserpumpe 60 mit gleichbleibender Durchsatzmenge bei allen Lastbedingungen arbeitet und dadurch, daß ein Teil des Arbeitsmittelflusses zurückgeführt wird und über die Leitungen 78 und 46 immer wieder umgewälzt wird. Je nach Stellung des Speisewasser-Regelventils 64 fließt der nicht zum Verdampfer 68 benötig.te abgezweigte Teilstrom über die Leitung 78 durch den Wärmeaustauscher 40 über das Regelventil 80 zur Leitung 46. Das Ventil 80 kann dabei als regelbares Druckreduzierventil für den Arbeitsdruck der Kesselspeisepumpe herangezogen werden.

Bei Teillastbetrieb wird weniger Dampf für die Verdampfer-Heizfläche 68 benötigt. Zur Erhaltung des erforderlichen Wasserstandes in der Trommel 66 schließt das Ventil 64 dann sehr stark, sodaß gegebenenfalls nur ein geringer Teil des Arbeitsmittels noch das Ventil 64 durchsetzt und ein größerer Teil zurückgeführt wird.Die Pumpe 60 arbeitet aber unvermindert weiter. Das Steuerventil 80 hält jedoch den Druck aufrecht, der durch die Förderhöhe der Pumpe 60 bestimmt

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wird. Hach Druckreduzierung gelangt dann das rücklaufende Wasser in die Leitung 46.

Der Wärmeaustauscher 40 hat die. Aufgabe, dem rückfließenden, noch auf hohem Druck befindlichen Arbeitsmittel ausreichend Wärme zu entziehen, sodaß nach der Druckreduzierung im Ventil 80 keine Verdampfung des zurückfließenden Wassers mehr zu "befürchten ist. Der Siedepunkt des Hochdruckspeisewassers hängt vom Economiserdruck ab, der z.B. etwa im Bereich zwischen 21 und 85 ata liegt. In der Leitung 46 herrscht ein Druck zwischen 0,7 und 7 ata. Die Temperatur am Austritt des Economisers kann beispielsweise 213°C bei einem Druck von 3.1,6 ata betragen, während die Temperatur des zurückfließenden Kondensats bei etwa 42⁰C liegt entsprechend einem Druck von 7 ata. Es kommt also darauf an, daß im Wärmeaustauscher 40 das zurückfließende Wasser genügend gekühlt wird, wobei durch das steuerbare Reduzierventil 80 die Drücke entsprechend eingeregelt werden. Selbstverständlich muß auch das Rückschlagventil 42 mit Sicherheit verhindern, daß ein Teilstrom zurück in den Wärmetauscher 40 strömen kann.

7 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Patentansprüche

CTT¹N Dampf kraftanlage, insbesondere in Verbindung mit einer ^~^ Gasturbinenanlage, deren Abgasstrom zumindest teilweise zum Aufheizen des Dampferzeugers herangezogen: ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels hinter der Speisewasserpumpe angeordneten Economiser-Heiζfläche eine Arbeitsmittel-Aufteilungsstelle nachgeschaltet ist, von der aus bei Übergang auf Teillast zunehmend ein abgezweigter Teilstrom zu einer der Speisepumpe vorgelagerten Kesselheizfläche rückführbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisepumpe mit im wesentlichen gleicher Förderleistung bei verschiedenen lastzuständen arbeitet.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rückgeführte Speisewasserteilstrom in einen Speisewasser-Entgaserbehälter geführt ist, der mit einer der Speisepumpe vorgelagerten Kesselheizfläche in Verbindung steht.
4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Arbeitsmittel-Äuiteilunjsstelle ein Speisewasserregelventil angeordnet ist, das eine der jeweiligen Last entsprechende Speisewassermenge der Verdampferheizfläche zuführt.
5. Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Gasturbinen-Abgase beheizte Dampferzeuger mit einer zusätzlichen Feuerung versehen ist.
6. Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge des zurückgeführten Arbeitsmittelteilstromes ein Wärmetauscher angeordnet ist, der den Teilstrom kühlt und dessen Wärme an den Kondensatfluß überführt.

7· Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des rückgeführten Teilstromes hinter dem Wärmetauscher ein insbesondere regelbares Druckreduzierventil vorgesehen ist.

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