DE2428381C3

DE2428381C3 - Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers

Info

Publication number: DE2428381C3
Application number: DE2428381A
Authority: DE
Inventors: William Harold Windsor Conn. Clayton; Wolfram Gerhard Rancho Santa Fe Calif. Schuetzenduebel
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1980-01-10
Also published as: CA988794A; IT1015510B; JPS5036802A; JPS5138841B2; DE2428381B2; DE2428381A1; CH571685A5; US3818872A; NL7408792A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufcampferzeugers mit überkritischem Druck gemäß dem Oberbegriff des Zuspruches 1.

Ein derartiges Verfahren ist in der GB-PS 10 51 868 beschrieben. Bei ihm wird Speisewasser unter Umgehung des Economisers einem vom Ausgang des Verdampfers zurückgeführten Anteil des verdampften Arbeitsmittels zugeführt, um einen Teil des Dampfes durch Abkühlung wieder zu kondensieren, damit die Umwälzpumpe keiner zu hohen Temperatur ausgesetzt ist und stets flüssiges Arbeitsmittel fördert

Bei diesem bekannten Verfahren wird die Menge des Speisewassers, welches unter Umgehung des EconomisersdemvomVerdampferausgangzum Verdampfereingang zurückgeführten Dampf zugemischt wird, jeweils so eingeregelt, daß man auf der Ansaugseite der Umwälzpumpe eine konstante Temperatur von maximal 370⁰C erhält.

Ein ähnliches Verfahren ist in der US-PS 33 85 270 beschrieben. Bei ihm erfolgt die direkte Zumischung von verhältnismäßig kaltem Speisewasser zu dem vom Verdampferausgang zurückgeführten Anteil des Dampfes in Abhängigkeit einer Mehrzahl gemessener Temperaturen an ausgewählten kritischen Punkten des Durchlaufdampferzeugers. Auch hier wird auf konstante Temperatur an der Ansaugseite der Umwälzpumpe geregelt, was zunächst durch Einstellung der Temperatur des vom Economiser abgegebenen Speisewassers und bei Überschreiten des hierfür möglichen Regelbereichs dann durch Zuführen kalten Speisewassers unter Umgehung des Economisers erfolgt,

In der GB-PS 7 68 201 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers beschrieben, bei dem Dampf vom Verdampferausgang zum Eingang des Economisers zurückgeführt wird. Kaltes Speisewasser wird dort zu Regelungszwecken sowohl unter Umgehung des Economisers als auch unter Umgehung des Verdampfers zugeführt.

In der CH-PS 3 96 947 ist schließlich ein Verfahren

zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers beschrieben, bei dem schon angewärmtes Speisewasser im Nebenschluß an dem Economiser vorbei dem zum Verdampfereingang zurückgeführten Dampf zugemischt wird.

Durch die vorliegende Erfindung soll dagegen ein Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers mit überkritischem Druck gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben werden, welches einen

ίο Schutz der Brennkammerwände gegen Überhitzung im Teillastbetrieb sicherstellt

Diese Aufgabe ist ausgehend von dem Stand der Technik, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigt ist, gelöst durch die im Kennzeichen des

Anspruches 1 angeführten Merkmale.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Nähe des kritischen Druckes gearbeitet Unter diesen Bedingungen führt eine Zumischung von Speisewasser nur zu einer verhältnismäßig geringen Temperaturän-

derung, dagegen zu einer sehr starken Änderung des spezifischen Volumens des Arbeitsmittels. Bei (zumindest im jeweiligen Betriebsbereich) mit konstanter Drehzahl laufender Umwälzpumpe erhält man so eine starke Änderung des Massenstromes durch die Rohre der Brennkammerwand und damit eine starke Änderung der Wärmeabfuhr von den Brennkammerwänden. Auf diese Weise kann man also durch geringe Änderung der Speisewassermenge, die dem zurückgeführten Anteil des Arbeitsmittels zugemischt wird, eine starke

Änderung der Kühlung der Brennkammerwände erzielen. Eine Anpassung der Kühlleistung im Teillastbetrieb wäre dagegen über eine Drehzahländerung der Umwälzpumpe nur in geringerem Umfange und weniger gut reproduzierbar möglich.

J5 Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

P i g. 1: Ein schematisches Schaltbild eines überkritischen Durchlaufdampferzeugers;

Fig.2: Eine grafische Darstellung der Massenströmung in den Rohren der Brennkammerwand in Abhängigkeit von demjenigen Anteil des Speisewassers, welcher im Nebenschluß um den Economiser herumgeführt wird; und

Fig.3: Eine grafische Darstellung der Temperatur des durch Mischung mit dem kalten Speisewasser erhaltenen Arbeitsmittels in Abhängigkeit von demjenigen Anteil des Speisewassers, welcher im Nebenschluß um den Economiser herumgeführt wird.

Dem in der Zeichnung gezeigten Durchlaufdampferzeuger wird Speisewasser über eine Leitung 12 und ein Speiseventil 14 zugeführt. Ein Strömungsmesser 16 arbeitet auf eine Steuereinheit 18, welche die Strömung durch das Speiseventil 14 steuert. Das Speisewasser strömt über einen Economiser 20 in ein Mischgefäß 22 und von dort über eine Umwälzpumpe 24 zu Rohren 26 der Brennkammerwände, in denen es verdampft wird.

Der Dampf aus den Rohren 26 gelangt über eine Leitung 28 zu einem Überhitzer 30, von wo er über eine Leitung 32 einem Verbraucher, z. B. einer nicht

dargestellten Turbine, zugeführt wird.

Um die Speisewasserströmung bei sehr niedriger Last

zu steuern, ist eine Nebenschlußleitung 34 mit einem Nebenschlußventil 36 vorgesehen. Parallel zum Speiseventil 14 und zur Nebenschlußleitung 34 ist eine Nebenschlußleitung 38 für den Economiser 20 mit einem

Nebenschlußventil 40 vorgesehen, so daß ein Teil des Speisewassers bei niedriger Last um den Economiser 20 herum unmittelbar in das Mischgefäß 22 geführt werden kann, wie es nachstehend beschrieben wird.

Das Nebenschlußventil 40 muß zum Nebenschlußventil 36 parallel liegen, um den Druckabfall über den Economiser 20 und die zugehörige Nebenschlußleitung 38 gleich zu machen und dadurch die Strömung im Nebenschluß zu erzeugen.

Beim Anfahren des Durchlaufdampferzeugers wird kaltes Wasser über eine Leitung 42 vom Ausgang 44 der Brennkammerrohre zum Mischgefäß 22 zurückgeführt, wo es mit dem ankommenden Speisewasser gemischt wird sobald eine Nennströmung von kaltem Wasser besteht Diese Nennströmung (üblich sind 5% der Volllastströmung, für die der Dampferzeuger ausgelegt ist) wird benutzt, um eine bessere Drucksteuerung und eine gleichmäßige Erhitzung der verschiedenen Rohre und Verbindungsleitungen außerhalb des Rückflusses zu erzielen. Bei Befeuerung der Brennkammer und Aufnahme von Last steigt die Temperatur des Mediums in den Rohren 26 und im Economiser 20. Die Temperatur des rückgeführten Arbeitsmittels steigt dann bis zu einem verhältnismäßig hohen Wert von 400°— 430⁰C Die gemischte Strömung, die aus dem rückgeführten Arbeitsmittel und dem vom Economiser kommenden Speisewasser besteht und in die Rohre 26 aus dem Mischgefäß 22 eintritt, ist dann von verhältnismäßig großer Temperatur und geringer Dichte. Die Dichte sinkt mit steigender Temperatur. Zum Beispiel ist die Dichte etwa 990 kg/m³ bei 250 kg/cm² und 94° C. Bei etwa 420° C beträgt die Dichte nur noch etwa 111 kg/m³.

Die Strömungsgeschwindigkeit während des Anlaßvorganges und des Betriebes mit geringer Last ist verhältnismäßig groß, jedoch ist der Massendurchsatz gering wegen der geringen Dichte des gemischten Mediums. Die Temperatur des Metalls der Brennkammerrohre auf der Befeuerungsseite ist nicht nur abhängig von der Geschwindigkeit des Wärmeübergangs von den Brennkammergasen auf die Rohre, sondern auch vom thermischen Widerstand der Rohre und dem Film, der sich innerhalb eines Rohres zwischen der Rohrwand und dem im Rohr geführten Medium befindet. Da dieser innere Film vom Massendurchsatz und nicht so sehr von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt, ergibt sich nur ein geringer Wärmeübergang zwischen den Rohren und dem Medium während dieses Betriebszustandes. Wenn daher die Brennkammer mit geringer Last und verhältnismäßig geringer Wärmeaufnahme (im Vergleich zur Vollast) betrieben wird, ergeben sich große lokale Erhitzungen in der Nachbarschaft der Brenner, die zu Zerstörungen der Rohre in diesem Bereich führen können.

Wenn die Speisemenge vergrößert wird, sinkt der rückgeführte Teil und eine größere Menge ankommenden Speisewassers wird mit einer kleineren Menge warmen zurückgeführten Wassers gemischt Die Temperatur der Wassermischung sinkt und die Dichte steigt bei steigender Last des Dampferzeugers. Sichere Betriebsbedingungen für die Brennkammerrohre werden daher bei hohen Belastungen erreicht, bei denen die durchfließende Strömung groß ist und dementsprechend angemessene Wärmeübergangsbedingungen bestehen.

Bei niedriger Last bis zu etwa 30% der Vollast und

erheblicher Befeuerung der Brennkammer sowie Rückführung einer großen Menge des Arbeitsmittels kann eine kritische Situation entstehen, die zu hohen Temperaturen und geringem Massendurchsatz in den

Brennkammerrohren führen kann. Um den Massendurchsatz durch die Brennkammerrohre zu erhöhen, und dadurch die Wärmeübergangsbedingungen zu verbessern, wird ein Teil des Speisewassers im Nebenschluß unter Umgehung des Economisers 20 über

ίο die Nebenschlußleitung 38 unmittelbar dem Mischgefäß 22 zugeführt Die Temperatur des über die Nebenschlußleitung 38 ankommenden Speisewassers liegt bei etwa 100°C während das über den Economiser 20 geleitete Speisewasser etwa mit 260⁰C ankommt Durch das über die Nebenschlußleitung 38 zugeführte Speisewasser wird die Temperatur des gemischten Mediums herabgesetzt und dadurch sowohl die Dichte als auch der Massendurchsatz durch die Brennkammerrohre erhöht

Zwischen dem Mischgefäß 22 und .fer Umwälzpumpe 24 ist ein Temperaturfühler 46 angebracht, der die Temperatur der Mischung abtastet, die der Umwälzpumpe 24 zugeführt wird. Diese abgetastete Temperatur wird in einer Steuerung 48 mit einer fest eingestellten Temperatur (nämlich der gewünschten optimalen Temperatur) verglichen, um ein Einstellglied 50 entsprechend der Abweichung zu steuern und dadurch die Menge des über den Nebenschluß geführten Speisewassers zu steuern. Wenn die Temperatur des rückgeführten Arbeitsmittels sich soweit erhöht, daß die Temperatur der Mischung über die vorher eingestellte optimale Temperatur steigt, wird auch die Menge des über den Nebenschluß geführten Mediums erhöht Diese gegenseitige Steigerung von

Temperatur und des öffnens der Nebenschlußleitung 38 wird bis zu etwa 30% der Last weitergeführt. Da dann nämlich oberhalb 30% der Vollast die durchfließende Strömung genügenden Schutz für die Brennkammerrohre bietet, wird der Nebenschluß nicht mehr benötigt und abgeschaltet

Aus der graphischen Darstellung in Fig.2 geht hervor, daß der Massendurchsatz durch die Brennkammerrohre bis auf etwa 23% des normalen Massendurchsatzes erhöht werden kann, wenn man einen Nebenschluß für das Speisewasser parallel zum Vorwärmer vorsieht Die graphische Darstellung in F i g. 3 zeigt, daß die Temperatur des gemischten Mediums von 382°C auf 380⁰C gesenkt werden kann. Eine Temperatursenkung von ein bis zwei Grad Celcius

so erscheint zwar nicht groß, jedoch ist die Änderung des spezifischen Volumens, das sich daraus ergibt, sehr beträchtlich, wie es sich aus der Erhöhung des MasE-.iictarchsatzes in der graphischen Darstellung der F i g. 2 ergibt

-I¹S Es ist also gezeigt worden, daß durch den Nebenschluß für das Speisewasser parallel zum Economiser die Temperatur des die Brennkammerwände durchströmenden gemischten Mediums gesenkt werden kann. Die Reduzierung der Temperatur ergibt

eine Erhöhung des Massendurchsatzes, die wiederum bessere Wärmeübergangswerte zwischen den Brennkammerrohren und dem darin geführten Medium ergibt. Die Brennkammerwände werden also während des Betriebes mit niedriger Last gegen Überhitzung ge-

ö5 schützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I.Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers mit überkritischem Druck, mit einem die Brennkammerwandberohrung einschließenden Umwälzkreis für das zu verdampfende Arbeitsmittel, mit einer Umwälzpumpe und einem der Umwälzpumpe vorgeschalteten Mischgefäß, dem das den Economiser verlassende Speisewasser zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast eine mit fallender Last zunehmende Arbeitsmittelmenge den Economiser umgehend dem Mischgefäß zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur am Verdampfereingang gemessen wird und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Economiser umgehende Arbeitsmittelmenge bei einem Betrieb bis zu 30% der Vollast gemäß der Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und dem Sollwert so gesteuert wird, daß der Durchsatz durch die Bypaßleitung mit zunehmender Temperaturdifferenz erhöht wird und die den Economiser umgehende 'Arbeitsmittelmenge bei Lasten von mehr als 30% der Vollast zu Null wird.