DE2329489A1 - PROCESS TO INCREASE THE EFFICIENCY OF THE ENERGETIC CIRCULAR PROCESS OF A STEAM TURBINE FOR OVER CRITICAL PARAMETERS - Google Patents
PROCESS TO INCREASE THE EFFICIENCY OF THE ENERGETIC CIRCULAR PROCESS OF A STEAM TURBINE FOR OVER CRITICAL PARAMETERSInfo
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Description
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Anwaltsakte 23 995 " & Juni 1973 Lawyer File 23 995 "& June 1973
Polska Akademia Nauk Instytut Maszyn Przeplywowych Gdansk/PolenPolska Akademia Nauk Instytut Maszyn Przeplywowych Gdansk / Poland
Verfahren zur WirkungsgraderhöhungProcess to increase efficiency
des energetischen Kreisprozesses einer Dampfturbine für überkritische Parameterthe energetic cycle of a steam turbine for supercritical parameters
Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 21 12 319.3)Addendum to patent (patent application P 21 12 319.3)
Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung des energetischen Kreisprozesses einer Dampfturbine für überkritische Parameter.The object of the invention is to improve the energetic cycle of a steam turbine for supercritical Parameter.
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— d. - - d. -
Im Patent .„ (Patentanmeldung P 21 12 319.5) ist einIn the patent. "(Patent application P 21 12 319.5) is a
energetischer Kreisprozeß einer Dampfturbine für überkritische Parameter beschrieben, in welchen nach einer begrenzten Entspannung des Arbeitsmediums vom Anfangszustand auf einen tieferen, aber immer noch überkritischen Druck der Strom des Arbeitsmediums sich in zwei Teilströme aufteilt.energetic cycle of a steam turbine for supercritical parameters described in which after a limited relaxation of the working medium from the initial state to a lower, but still supercritical pressure, the flow of the Working medium is divided into two partial flows.
Der eine unterliegt einer Abkühlung im Wärmeaustauscher, indem seine Wärme auf das Speisewasser, welches dank den Regenerativdampfanzapfungen bereits vorgewärmt zuläuft, übertragen wird.One is subject to cooling in the heat exchanger by transferring its heat to the feed water, which thanks to the regenerative steam taps already preheated, is transferred.
Der andere Strom unterliegt dem konventionellen Entspannungsprozeß in der Turbine, gegebenenfalls unter Anwendung von Zwischenüberhitzung und einer vielstufigen regenerativen Vorwärmung des Speisewassers mittels kondensierenden Abdampfes.The other stream is subject to the conventional expansion process in the turbine, if necessary using reheating and multi-stage regenerative preheating of the feed water by means of condensing exhaust steam.
Danach werden beide Ströme vor dem Austauscher und der Kesselanlage wieder zusammen vereinigt.After that, both streams are upstream of the exchanger and the boiler system reunited together.
Das Wesen des Verfahrens nach dem Patent . „ (Patentanmeldung P 21 12 319.3) beruht also auf der Überlagerung von zwei thermodynamisch en Kreisprozessen für überkritische Dampf-Parameter - einem im Prinzip konventionellen Prozeß und dem zweiten für die gleichen Anfangsparameter, der jedoch völlig im Bereich überkritischer Drücke verläuft. Die beiden Kreisläufe sind dabei thermisch mittels eines Hochtemperatur-Wärmeaustauschers verkoppelt.The essence of the procedure according to the patent. "(Patent application P 21 12 319.3) is based on the superposition of two thermodynamic cycle processes for supercritical steam parameters - one basically conventional process and the second for the same initial parameters, but completely runs in the range of supercritical pressures. The two cycles are thermally coupled by means of a high-temperature heat exchanger.
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Dieses Verfahren ermöglicht es, im energetischen Kreisprozeß eines Dampfturbinenkraftwerkes im Vergleich zum konventionellen, im gleichen Temperaturbereich verlaufenden Kreisprozeß einen um ca. l<fo höheren Wirkungsgrad zu erreichen.This method makes it possible to achieve an efficiency which is approximately l <fo higher in the energetic cycle of a steam turbine power plant compared to the conventional cycle that runs in the same temperature range.
Es läßt sich feststellen, daß eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades des energetischen Kreisprozesses nach demIt can be stated that a further increase in the efficiency of the energetic cycle after the
Patent (Patentanmeldung P 21 12 319.3) zu erreichenPatent (patent application P 21 12 319.3) to achieve
ist, wenn man eine annäherungsweise konstante Temperaturdifferenz zwischen den beiden, die Wärme im Hochtemperatur-Austauscher austauschenden Strömen des Arbeitsmediums gewährleistet· Diesem Problem kommt im beschriebenen Verfahren eine grundsätzliche Bedeutung zu, weil in der Nähe des kritischen Viertes des Dampfdruckes eine starke Änderung der spezifischen Wärme mit der Temperatur auftritt. Um dieses Problem zu lösen, wird erfindungsgemäß der Hochtemperatur-Wärmeaustauscher in eine Reihe von Sektionen aufgeteilt, die durch Änderung des Verhältnisses der Massendurchflußetärken der beiden Ströme des Arbeitsmediums, d.h. des Heizstromes und des angeheizten Stromes, charakterisiert sind.is, if you have an approximately constant temperature difference between the two, the heat in the high temperature exchanger exchanging flows of the working medium guaranteed This problem is of fundamental importance in the method described because it is close to the critical one Fourth, the vapor pressure shows a strong change in the specific heat with temperature. To solve this problem, according to the invention, the high-temperature heat exchanger is divided into a number of sections that can be changed by changing the Ratio of the mass flow rates of the two streams of the working medium, i.e. the heating current and the heated current, are characterized.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Durchführung des Wärmeaustausches im Hochtemperatur-Austauscher bei konstanter Massendurchflußstärke des angeheüen Mediums und bei einer sprungweise veränderlichen Massendurchflußstärke des Heizstromes beim Übergang von einer Sektion des Austauschers zur nächsten.It is particularly advantageous to carry out the heat exchange in the high-temperature exchanger at a constant temperature Mass flow rate of the attached medium and at a abruptly variable mass flow rate of the heating current at the transition from one section of the exchanger to next.
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Einer weiteren vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung gemäß wird ein Teil des Heizstromes beim Übergang von einer Sektion des Hochtemperatur-Austauschers zur nächsten nach außen abgeleitet und unterliegt einer Abkühlung dank der Ableitung eines Teiles seiner Wärme für Heizzwecke innerhalb oder außerhalb des Kreislaufes. Danach wird der abgekühlte Teil des Mediums wieder an den Wärmeaustauscher in der nächsten Sektion zugeführt. Dank der Änderung der Massendurchflußstärke des Heizmediums innerhalb des Hochtemperatur-Austauschers ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, eine annäherungsweise konstante Temperaturdifferenz zwischen den die Wärme austauschenden Strömen zu erreichen, was gleichzeitig zu einer Optimierung der Wärmeaustauschbedingungen mit Rücksicht auf den erzielten Wirkungsgrad des Kreisprozesses führt.According to a further advantageous property of the invention, part of the heating current is generated when passing from a section of the high-temperature exchanger to the next discharged to the outside and is subject to cooling thanks to the discharge of a Part of its heat for heating purposes inside or outside the circuit. After that, the cooled part of the medium fed back to the heat exchanger in the next section. Thanks to the change in the mass flow rate of the heating medium Within the high-temperature exchanger, the method according to the invention enables an approximately constant To achieve temperature difference between the heat exchanging flows, which at the same time leads to an optimization the heat exchange conditions with regard to the achieved efficiency of the cycle.
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezugnahme auf die Pig. 1 und 2 der Zeichnungen näher erläutert.The method on which the invention is based is explained below using an exemplary embodiment with reference to FIG Pig. 1 and 2 of the drawings explained in more detail.
Fig. 1 zeigt das Schema eines Teiles des energetischen Kreislaufes einer Turbine mit einem in fünf Sektionen aufgeteilten Hochtemperatur-Austauscher,Fig. 1 shows the scheme of part of the energetic cycle a turbine with a high-temperature exchanger divided into five sections,
Pig. 2 zeigt das Schema des gleichen Teiles des Kreislaufes, verbunden mit Abfuhr eines Teiles des Heizmediums nach außen, mit Umgehung des Hochtemperatur-Austauschers.Pig. 2 shows the scheme of the same part of the circuit, connected with the discharge of part of the heating medium to outside, bypassing the high-temperature exchanger.
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Der Dampf mit überkritischen Parametern expandiert in der Turbine T1 vom Zustand _1_ bis auf den Zustand 2_ und einen Druck, der immer noch höher ist als der kritische Druck. Von hier wird der Dampf in zwei Teilströme aufgeteilt. Der eine, vom Punkt V\^ beginnend, wird an den Zwischenüberhitzer und dann an die auf dem Schema nicht gezeigte nächste Turbine geleitet. Der andere Strom wird zum regenerativen Hochtemperatur-Wärmeaustauscher RWO als Heizmedium geleitet. Der Austauscher RWQ ist gegebenenfalls in fünf Sektionen aufgeteilt, die mit den Buchstaben A, B, G, D1 E bezeichnet worden sind.The steam with supercritical parameters expands in the turbine T 1 from state _1_ to state 2_ and a pressure which is still higher than the critical pressure. From here the steam is divided into two partial flows. One, starting from point V \ ^ , is sent to the reheater and then to the next turbine, not shown in the diagram. The other stream is routed to the regenerative high-temperature heat exchanger RWO as a heating medium. The exchanger RWQ is optionally divided into five sections that have been designated by the letters A, B, G, D 1 E.
Beim Übergang von einer Sektion zur nächsten wird eine sprunghafte Änderung der Durchflußstärke des Heizmediums bewirkt. Dies entweder durch Abfuhr einer bestimmten Menge des Heizmediums nach außerhalb des Austauschers, was zwischen den Teilkammern B und G erfolgt, wo ein Teil des aus der Teilkammer B ausströmenden Mediums an Punkt V1_ und dann an den Zwischenüberhitzer geleitet wird, oder durch die Zufuhr einer entsprechenden Menge des Heizmediums von einem anderen Punkt des Kreislaufes an die gegebene Sektion des Austauschers, was zwischen Teilkammern A und B, G_ und D, D und E erfolgt. Bei einer solchen Zufuhr von zusätzlichen Mengen des Heizmediums von außen, d.he nicht von der vorangehenden Sektion des Austauschers, wird infolge einer Durchmischung am Eingang der gegebenen Sektion von zwei Teilströmen mit verschiedenenThe transition from one section to the next becomes erratic Changes the flow rate of the heating medium causes. This either by removing a certain amount of the heating medium to the outside of the exchanger, which takes place between the sub-chambers B and G, where part of the from the sub-chamber B outflowing medium at point V1_ and then to the Reheater is directed, or by supplying a corresponding amount of the heating medium from another point of the circuit to the given section of the exchanger, what takes place between sub-chambers A and B, G_ and D, D and E. at such a supply of additional quantities of the heating medium from the outside, i.e. not from the previous section of the exchanger, becomes as a result of a mixing at the entrance of the given section of two substreams with different
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Wärmezustanden ein Kreislauf zustandegebracht, in welchem die Temperaturen des Heizmediums am Ausgang einer Sektion von der Temperatur des Heizmediums am Eingang in die nächste Sektion sich unterscheiden. Im beschriebenen Beispiel entsteht dieser Pail zwischen Sektionen A und B, G und D, D und E.Heat states brought about a cycle in which the Temperatures of the heating medium at the exit of one section differ from the temperature of the heating medium at the entrance to the next section differ. In the example described, this pail is created between sections A and B, G and D, D and E.
Unter Berücksichtigung der Polgen der Abfuhr eines bestimmten Teiles des aus der Sektion B ausströmenden Mediums werden jeweils zwischen zwei Sektionen des Austauschers RWC die Massendurchflußstärken des Heizmediums sprungweise geändert. Je größer die Anzahl der Sektionen ist, in welche der Austauscher RWG aufgeteilt ist, desto geringer gestalten sich Änderungen der Temperaturdifferenz zwischen den im Austauscher RWC Wärme austauschenden Dampfströmen. Der Zustand des Dampfes, der hinter der Turbine T1 dem Zwischenüberhitzer zugeführt wird, unterscheidet sich schließlich vom Dampfzustand direkt hinter der Turbine T1 im Punkt 2J_, der die Parameter des Heizmediums am Eingang in den Austauscher RWC bestimmt.Taking into account the poles of the discharge of a certain part of the medium flowing out of section B, the mass flow rates of the heating medium are changed abruptly between two sections of the exchanger RWC. The greater the number of sections into which the exchanger RWG is divided, the smaller the changes in the temperature difference between the steam flows exchanging heat in the exchanger RWC. The state of the steam that is supplied downstream of the turbine T 1 the reheater, finally differs from the vapor state directly behind the turbine T at point 1 2J_, which determines the parameters of the heating medium at the inlet into the exchanger RWC.
Der Heizdauerstrom, der den Austauscher RWC im Punkt 9_ verläßt, durchströmt die Pumpe Pc_, in welcher sein Druck auf Zustand W_ erhöht wird, um den Anschluß an den Speisewasserstrom zu ermöglichen, welcher im Punkt §_ den Vorwärmer W1 verläßt. Aufgrund der Durchmischung entsteht ein Dampf strom mit dem Zustand ]_, der nach Durchgang durch den Austauscher RWC als der Wärme aufnehmende Strom den Zustand 8 erreicht und danach der Kesselanlage K zugeführt wird.The continuous heating flow, which leaves the exchanger RWC in point 9_ , flows through the pump Pc_, in which its pressure is increased to state W_ in order to enable the connection to the feed water flow , which leaves the preheater W 1 in point §_. As a result of the mixing, a steam flow with the state ] _ is created, which, after passing through the exchanger RWC , reaches state 8 as the heat-absorbing flow and is then fed to the boiler system K.
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Im Beispiel, das die Durchführung des Verfahrens anhand des Schemas Fig. 2 erläutert, ist der Austauscher RWC in drei Sektionen P, G, H aufgeteilt. Die erste P und die letzte H sind durch gleiche Massendurchflußstärken des Heizmediums charakterisiert. Dagegen ist die Massendurchflußstärke in der mittleren Sektion Gr uin die Dampfmenge kleiner, die am Ausgang der Sektion P abgeleitet wird, um eine bestimmte Wärmemenge Og für Heizzwecke innerhalb oder außerhalb des Kreislaufes abzuführen. Danach wird der abgekühlte Teil des Heizstromes wieder in den Austauscher RWG am Anfang der Sektion H eingeführt. Dadurch erhält man sprunghafte Änderungen der Durchflußstärke des Heizmediums innerhalb des Austauschers RWC und gleichzeitig auch die Möglichkeit, mechanische Energie und/oder Wärme für technologische Zwecke parallel zu liefern, was zu einer wesentlichen Erhöhung des Wirkungsgrades des Kreisprozesses führt.In the example which explains the implementation of the method using the diagram in FIG. 2, the exchanger RWC is divided into three sections P, G, H. The first P and the last H are characterized by the same mass flow rates of the heating medium. In contrast, the mass flow rate in the middle section Gr uin the amount of steam is smaller, which is diverted at the outlet of section P in order to dissipate a certain amount of heat Og for heating purposes inside or outside the circuit. The cooled part of the heating current is then fed back into the RWG exchanger at the beginning of section H. This results in sudden changes in the flow rate of the heating medium within the exchanger RWC and at the same time the possibility of supplying mechanical energy and / or heat for technological purposes in parallel, which leads to a significant increase in the efficiency of the cycle.
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