DE2246556B2

DE2246556B2 - Regelungsanordnung fur den Zwischenerhitzer eines Dampfturbinen-Kraftwerkes

Info

Publication number: DE2246556B2
Application number: DE2246556A
Authority: DE
Inventors: Sidney John Schenectady N.Y. Woodcock (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1980-06-26
Also published as: DE2246556A1; FR2155410A5; JPS5538563B2; DE2246556C3; CH558469A; JPS4842201A; US3766732A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Regelungsanordnung ist in der AT-Pü 18 122 beschrieben.

Dampfturbinenkraftwerke, d^!e von einer im wesentlichen gesättigten Dampfeinspeisung betrieben werden, wie im Falle von Kraftwerken, die von Siedewasseroder Druckwasser-Atomreaktoren gespeist werden, verwenden gewöhnlich Feuchtigkeitsabscheider und Zwischenerhitzer. Die Zwischenerhitzer, die entv/eder mit feuchtigkeilsabscheidenden Elementen in einem einzelnen Druckkessel zusammengefaßt oder in einem getrennten Druckkessel angeordnet sein können, ziehen gewöhnlich einen Teil der Dampfeinspeisung am Eingang in die Dampfturbine ab, damit der Dampf als Heizmittel für den Abdampf dient, der sich auf einem kleineren Druck und einer niedrigeren Temperatur befindet. Dabei können auch mehr als eine Zwischenerhitzungsstufe verwendet werden.

In dem Zwischenerhitzer verwendet die die höchste Temperatur aufweisende Stufe EinlaBdampf als Heizmittel, wobei die Temperatur auf der »Rohrseite« bzw. Innenseite der Rohrbündel sich nicht stark mit der Last ändert. Andererseits verändert sich die »mantelseitige« bzw. auOenseitige Temperatur des zwischenerhitzten Abdampfes über einem weiten Bereich der Belastung, was auch für den Dampfdruck gilt. Bei Teillasten können große Temperaturdifferenzen zwischen der Mantelseite und Rohrseite zu unerwünschten Spannungen in und um die Rohrbündel und Rohrbleche des Zwischenerhitzers Anlaß geben.

Pie der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird deshalb darin gesehen, eine Regelungsanordnung für den Zwischenerhitzer eines Dampfturbinen-Kraftwerkes zu schaffen, die die Temperaturdifferenzen an den Innen- und Außenseiten der Rohrbündel des Zwischenerhitzers bei veränderlichen Tut>inenlasten auf einem Minimum hält

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die an den Rohrbündeln des Zwischenerhitzers auftretenden Temperaturdifferenzen sehr klein sind, so daß die Rohrbündel nur geringen thermischen Spannungen ausgesetzt sind. Zugleich werden auch bei Laständerungen die Temperaturänderungsgeschwindigkeiten auf niedrigen Werten gehalten.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert

F i g. 1 ist eine vereinfachte und schematische Darstellung von einem Dampfturbinenkraftwerk mit einem Zwischenerhitzer.

Fig.2 und 3 neigen Kurvendarstellungen der Dampftemperatur und des Dampfdruckes über der Dampfströmung unter zwei unterschiedlichen Betriebsjo arten des Zwischenerhitzers.

Das in F i g. I gezeigte Dampfturbinen-Kraftwerk umfaßt eine Hochdruckturbine 1 und Niederdruckturbinen 2 mit einem Zwischenerhitzer 3, der gleichzeitig als Feuchtigkeitsabscheider arbeitet Es können auch J5 mehrere derartige Einheiten vorgesehen sein. Der über die Speiseleitung 4 eintretende Dampf expandiert in der Hochdruckturbine 1 in einen nassen Zustand und verläßt die Turbine über eine Leitung 5. Der Umlaufdampf tritt dann in den Zwischenerhitzer 3 an M) einer Reihe von Einlassen 6 am Boden des Druckmantels ein und verläßt diesen über Auslässe 7 an der Oberseite des Druckmantels. Von dort strömt der Dampf durch eine Leitung 19 zur Niederdruckturbine 2 und dann zu nicht gezeigten Kondensatoren.
Der Innenraum des Zwischenerhitzers 3 enthält nicht gezeigte Feuchtigkeitsabscheider zur Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Umlaufdampf, die durch Leitungen 8 abgeleitet wird. Der Umlaufdampf wird dann durch nicht gezeigte interne Leitbleche über zwei so Zwischenerhitzerstufen 9 und 10 geleitet. Die Rohrbündel der Stufen 9, 10 werden auf entsprechende Weise von internen Kopfstücken 11, 12 gespeist, die mit den Rohrbündeln in Verbindung stehen. Zufluß- und Abflußleitungen für die Kopfstücke führen durch die y> Druckkesselwand hindurch und umfassen einen Einlaß 13 und einen Kondensatabfluß 14 der ersten Stufe, einen Einlaß 15 der zweiten Stufe und einen zugehörigen Abfluß 16. Der Einlaß 13 der ersten Stufe wird von einer Extraktionsleitung 17 von der Hochdruckturbine 1 m> gespeist. Der Druck dieses Extraktionsdampfes ändert sich proportional mit der Turbinenlast wie der Umlaufdampf, der über die Leitung 5 von der Hochdruckturbine ausgestoßen wird.

Der Einlaß 15 der zweiten Zwischenerhitzerslufe

b^ri wird über eine Zweigleitung 18 gespeist, die mit der

Hauptspeiseleitung 4 verbunden ist. Der Druck und die Temperatur des Dampfes in dieser Leitung ist über dem Lastbereich im wesentlichen konstant.

Der Zwischenerhitzer 3 ist so aufgebaut, daß er einen sehr kleinen Druckabfall, vielleicht in der Größenordnung von 0,5 bar, in dem ober die Leitung 5 eintretenden Umlaufdainpf ergibt. Deshalb ist der Druck in der Auslaßleitung 19 des Zwischenerhitzers nut demjenigen in der Leitung 5 vergleichbar.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Regler 2ü vorgesehen, um den Druck des in den Zwischenerhitzereinlaß 15 der zweiten Stufe strömenden Dampfes derart zu steuern, daß er eine lineare (proportionale) Punktion des Umlaufdampfdrukkes in den Leitungen 5 bzw, 19 ist. Die Druckregelung wird in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mittels eines pneumatisch betätigten Steuerventils 21 herbeigeführt, dem ein motorbetätigtes Sperrventil 22 parallel geschaltet ist

Der Regler 20 umfaßt einen Druckwandler 23, der den zu steuernden Dampfdruck in der Leitung S bzw. 19 abtastet Ein Relais 24 dient zur Vervielfachung des Signales von dem Wandler 23 um einen gewählten Faktor K. Zur selektiven Veränderung des Vielfachen kann für das Relais 24 ein Signalbypaß 25 vorgesehen sein.

Der Dampfeinlaßdruck des Zwischenerhitzers stromabwärts von den Ventilen 21,22 wird in der Leitung 18a durch einen Wandler 26 abgetastet und auf ähnliche Weise als eine Steuergröße verwendet. Die Steuergrößen werden in einem Vergleichglied 27 mit PI-Verhalten zusammengefaßt Dessen Ausgangssignal auf der Leitung 28 wird dann zur Steuerung des Steuerventils 21 benutzt, um so einen Fehler auszusteuern.

Um den Durchfluß und die Größe des Steuerventils 21 herabzusetzen, wird das parallel geschaltete Sperrventil 22 so gesteuert daß es durch entsprechende Signale auf der Leitung 29 entweder geöffnet oder geschlossen wird. Dabei öffnet das Sperrventil 22, wenn der Druckabfall über dem Steuerventil 21 kleiner ist als etwa 3,5 bar, so daß das Ventil 21 nur über einem Teil des Turbinenlastbereiches steuert.

Das Steuerventil 21 kann auch den Einlaßdruck von zwei Zwischenerhitzern steuern. In diesem Fall kann für jeden Zwischenerhitzer ein Sperrventil 22 vorgesehen sein, das dem einzigen Steuerventil 21 parallel geschaltet isl.

Der Zwischenerhitzer 3 kann durch ein Steuerventil 30 mit ein oder zwei Zwischenerhiteerstufen gefahren werden. Wenn sowohl die erste Stufe 9 als auch die zweite Stufe 10 arbeiten sollen, wird das Ventil 30 geöffnet Dies ist die normale Betriebsart, und in diesem Falle ist der Bypaß 25 in dem Regler 20 nicht wirksam, so daß das Vervielfachungsrelais 24 arbeitet. In der anderen Betriebsart des Zwischenerhitzers ist das Ventil 30 geschlossen und dann wird nur die zweite Stufe 10 mit Dampf gespeist. Bei dieser Betriebsart liegt der Bypaß 25 parallel zürn Relais 24.

Die Fig.2 und 3 zeigen Druck- und Temperaturbedingungen während des normalen zweistufigen bzw. einstufigen Betriebes des Zwischenerhitzers über dem Lastbereich der Turbine. Auf den Abszissen ist jeweils der Prozentsatz der Dampfströmung zur Hochdruckturbine 1 aufgetragen, diederTurbirienlast proportional ist.

Eine Änderung des zu steuernden Dampfdruckes ist der Dampfleitung 19, der von dem Wandler 23 gemessen wird, ist durch die Kurve 30 dargestellt, während der gesteuerte Dampfdruck in der Dampfleitung I83, der von dem Wandler 26 gemessen wird, durch die Kurven 31, 31a angegeben ist Die Kurve 31 in Fig,2 weist gegenüber der Kurve 31 in Fig,3 die doppelte Steigung auf, da das Vervielfachungsrelais 24 in Betrieb ist Der gesteuerte Dampfdruck kann denjenigen in der Dampfspeiseleitung 4 nicht überschreiten, der durch den horizontalen Abschnitt der Kurve 31a in der Betriebsart gemäß Fi g. 2 gezeigt ist Die Abhängigkeit der mantelseitigen Einlaßtemperatur des Umlaufdampfes der zweiten Stufe des Zwischenerhitzers ist durch die Kurve 32 dargestellt In der Betriebsart gemäß Fig.3 ist da die erste Stufe nicht arbeitet die Kurve 32 einfach die Sättigungstemperatur, die dem durch die Linie 30 gezeigten Dampfdruck entspricht In der Betriebsart gemäß F i g. 2 ist da eine gewisse Zwischenerhitzung der ersten Stufe erfolgt die Kurve 32 die mantelseitige Auslaßtemperatur der ersten Zwischenerhitzerstufe.

Auf ähnliche Weise ist die Temperatur des Heizdampfes innerhalb der Rohre der zweiten Zwischenerhitzerstufe durch die Kurven 33, 33a angegeben. Diese entsprechen den Sättigungstemperaturen bei den Dampfdrucken der Kurven 31, 31a. Die maximale Temperaturdifferenz zwischen der Mantelseitc und der Rohrseite ist mit Γ bezeichnet Diese Temperaturdifferenz ist ein zur normalen Beanspruchung des Zwischenerhitzers beitragender Faktor und wird auf einem minimalen Wert gehalten.

jo Zu Vergleichszwecken sind die entsprechenden Drucke und Temperaturen ohne die Regelungsanordnung gemäß der Erfindung durch die gestrichelten Linien 34 bzw. 35 dargestellt Die dann bestehende maximale Temperaturdifferenz zwischen Rohr- und

η Mantelseite ist mit T'bezeichnet

Der Betrieb ist wie folgt Vom Leerlauf bis etwa zur Halblast wird das Steuerventil 21 so gesteuert, daß sich der Dampfdruck am Einlaß 15 in die zweite Stufe des Zwischenerhitzers im Verhältnis zum Umlaufdampfdruck verändert. Wenn das Verfielfachungsrelais 24 in Betrieb ist, ist das Steuerventil 21 etwa bei Halblast vollständig geöffnet Von etwa Halblast bis Vollast ist die Temperaturdifferenz begrenzt da die mantelseitige Einlaßtemperatur des Zwischenerhitzers weiterhin

•f> ansteigt während die rohrseitige Temperatur auf die Turbineneinlaßtemperatur begrenzt ist. Somit arbeitet die Regelanordnung nur von Leerlauf bis Halblast.

Ein einstufiger Betrieb findet statt, wenn die Zwischenerhitzerröhren 9 der ersten Stufe durch das

to Ventil 30 abgeschaltet sind und der Bypaß 25 so eingestellt ist, daß der Vervielfacher 24 überbrückt ist. Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, dieni in diesem Falle da» Ventil 21 zur Steuerung des Einlaßdruckes in der Leitung 18a am Einlaß der zweiten Stufe des

Vi Zwischenerhitzers über dem vollen Lastbe-eich. Aufgrund der ähnlichen Charakteristiken der Oampftemperatur in bezug auf den Druck in verschiedenen Teilen des Zwischenerhitzers bewirkt die Steuerung des Dampfeinlaßdrucke', der zweiten Stufe linear mit dem

M) Umlaufdampfdruck, daß die Temperaturkurven im allgemeinen einander folgen. Dies begrenzt die maximale Temperaturdifferenz T zwischen der Rohrund Mantelseite in dem Zwischenerhitzer.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

J, Regelungsanordnung für den Zwischenerhitzer eines Dampfturbinen-Kraftwerkes mit einer Hochdruckturbine, die von einer Dampfquelle gespeist ist, wobei ein Teil des Speisedampfes den Rohrbündeln des Zwischenerhitzers zum Zwischenerhitzen von Abdampf aus der Hochdruckturbine als Heizdampf zugeführt ist, wobei durch einen Regler der Heizdampf über ein Steuerventil in Abhängigkeit von einer Kenngröße des Abdampfes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler

(20) den Druck des Heizdampfes (in Leitung 18) als eine Funktion des Druckes des Abdampfes (in Leitungen 5 bzw. 19) aus der Hochdruckturbine (1) derart regelt, daß die Differenz der innen- und außenseitigen Temperaturen an den Rohrbündeln (9, 10) des Zwischenerhitzers (3) auf einem Minimum gehalten ist
2. Regelungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (20) ein Steuerventil

(21) umfaßt, das in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem Dampfdruck am Steuerventilauslaß und einem gewählten Vielfachen des Abdampfdrukkes gesteuert ist
3. Regelungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrventil (22) dem Steuerventil (21) parallel geschaltet ist und bei einem Signal öffnet, das einen gewählten Druck des Abdampfes von der Hochdruckturbine darstellt, so daß das Steuerventil (21) nur über einem Teil des Turbinenlastbereiches steuert
4. RegelungsanordriMng na. 'j Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichne·, daß ein Signalbypaß (25) vorgesehen ist zur selektives Veränderung des Vielfachen des Abdampfdrucksignals.