DE2460561A1 - THERMAL POWER PLANT WITH STEAM CIRCUIT - Google Patents

THERMAL POWER PLANT WITH STEAM CIRCUIT

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DE2460561A1 DE19742460561 DE2460561A DE2460561A1 DE 2460561 A1 DE2460561 A1 DE 2460561A1 DE 19742460561 DE19742460561 DE 19742460561 DE 2460561 A DE2460561 A DE 2460561A DE 2460561 A1 DE2460561 A1 DE 2460561A1
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Description

PATENTANWÄLTE DiPl.-iNQ. A.WEDDE DIPL.-INQ. K. EMPLPATENTANWÄLTE DiPl.-iNQ. A.WEDDE DIPL.-INQ. K. EMPL Banken: Deutsche Bank Nr. 65/22 6O1 S MÜNCHEN 8OBanks: Deutsche Bank No. 65/22 6O1 S MUNICH 8O Bayer. Hypothekenbank Nr. 172/2SOO2 Sehumannstr. 2 — Tel. (089)4715 47Bayer. Mortgage bank no. 172 / 2SOO2 Sehumannstr. 2 - Tel. (089) 4715 47 Postscheck München Nr. 47 392-SO3 Teleoramme: Patentwedde-MünchenPost check Munich No. 47 392-SO3 Teleoram: Patentwedde-Munich

20. Dezember. 197420th of December. 1974

Akte; P 7796File; P 7796

Socilte Fives-Cail Babcock Paris/Frankreich.Socilte Fives-Cail Babcock Paris, France.

Wärmekraftanlage mit DampfkreislaufThermal power plant with steam circuit

Die" Erfindung betrifft Wärmekraftzentralen oder -anlagen, insbesondere Anlagen, durcja. deren Wärmequelle nur gesättigter oder geringfügig überhitzter Dampf als Arbeitsfluid erzeugt werden kann.The "invention relates to thermal power stations or systems, in particular plants, durcja. their heat source only more saturated or slightly superheated steam can be generated as the working fluid.

509827/0268509827/0268

Auskünfte am Fernsprecher sind unverbindlich.Information on the telephone is non-binding.

Der thermodynamisch^ Wirkungsgrad dieser Anlagen, insbesondere der als erprobt geltenden Kernkraftanlagen (Druck- und Siedewasser-Reaktoren) ist relativ niedrig: er überschreitet selten 35 $· Es muß daher der Kernreaktor, oder ganz allgemein die Wärmequelle, eine relativ große thermische Energie liefern, um eine vorgeschriebene elektrische Energie zu erzielen. Die Kernkraftanlagen erfordern also hohe Investitionskosten, wobei die nukleare Wärme den teuersten Anteil darstellt. Außerdem wird der größte Anteil der Wärme an dit Umgebung, luft oder Wasser,abgegeben, woraus eine starke Wäraebelastung resultiert.The thermodynamic ^ efficiency of these systems, in particular the number of nuclear power plants (pressurized and boiling water reactors) considered to be tested is relatively low: it exceeds seldom $ 35 · It must therefore be the nuclear reactor, or more generally the heat source, a relatively large thermal Supply energy to achieve a prescribed electrical energy. So the nuclear power plants require high investment costs, with nuclear heat being the most expensive part. It will also be the largest share the heat given off to the environment, air or water, from which a strong thermal load results.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu verringern, und zwar durch Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades des Arbeitsprozesses.The invention is based on the object of reducing these disadvantages by increasing the thermal Efficiency of the work process.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Dampferzeuger Frischdampf entnommen wird, der mechanisch komprimiert wird, und dieser zur überhitzung oder Zwischenüberhitzung des Arbeitsfluids verwendet wird.This object is achieved according to the invention by a method which is characterized in that the steam generator Live steam is extracted, which is mechanically compressed, and this is used for superheating or reheating of the working fluid is used.

Bei dieser Wärmeübertragung erfolgt eine Kondensation des komprimierten Dampfes, wobei das Kondensat vorteilhaft nach einem Entspannungsrorgang durch Drosselung in die Speisewasserleitung des Dampferzeugers zurückgeführt wird.During this heat transfer, the compressed steam condenses, the condensate being advantageous after a relaxation process by throttling into the Feed water line of the steam generator is returned.

- 3 509827/0 268- 3 509827/0 268

- 3 - ■- 3 - ■

Die Expansionsmaschine des hier betrachteten Typs ist im allgemeinen eine Turbine mit einem Hochdruck- und einem Niederdruckteil, und die Erfindung ermöglicht entweder den dem Hochdruckteil als Arbeitsfluid· zugeführten Dampf zu überhitzen oder, was vorteilhafter ist, das teilweise entspannte Ärbeitefluid zwischen den beiden Teilen der Turbine einer Zwischenüberhitzung zu unterziehen oder auch diese beiden Maßnahmen zugleich durchzuführen. In diesem Fall werden der Überhitzer und der Zwischenüberhitzer, in Reihe oder parallel angeordnet, mit heißem Fluid versorgt, dvh. mit mechanisch komprimiertem Frischdampf. Im Fall der Anordnung in Reihe wird der Zwischenüberhitzer vorzugsweise zuerst versorgt, damit der Wärmeaustausch ordnungsgemäß durchgeführt wird.The expansion machine of the type under consideration is generally a turbine with a high pressure and a low pressure part, and the invention allows either to superheat the steam supplied as working fluid to the high pressure part or, what is more advantageous, partially relaxed working fluid between the two parts to subject the turbine to reheating or to carry out both of these measures at the same time. In In this case, the superheater and the reheater are arranged in series or in parallel, with hot Fluid supplied, dvh. with mechanically compressed live steam. In the case of series arrangement, the reheater becomes preferably supplied first so that the heat exchange is carried out properly.

Die Erfindung schlägt für die Durchführung des Verfahrens eine Ausrüstung mit wenigstens einer Wärmepumpe zum Komprimieren des Frischdampfes, einem überhitzer oder Zwischenüberhitzer für das Arbeitsfluid, einem Entspannungsventil und den Rohrleitungen zur Verbindung dieser Geräte vor.The invention proposes equipment with at least one heat pump for compression for carrying out the method the live steam, a superheater or reheater for the working fluid, an expansion valve and the pipes for connecting these devices before.

Vorteilhaft ist diese Ausrüstung als unabhängige Einheit gestaltet, die im Maschinenraum installiert ist, d.h. außerhalb des nuklearen Teilee der Anlage. Beim Versagen eines dieser Elemente, beispielsweise der Wärmepumpe, wird diese vom Dampfkreislauf isoliert und die AnlageAdvantageously, this equipment is designed as an independent unit installed in the machine room, i. outside the nuclear part of the facility. If one of these elements fails, for example the heat pump, this is isolated from the steam circuit and the system

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bleibt weiter in Betrieb, als ob die Selbstständige Einheit nicht vorhanden wäre. Dies sind beachtliche Vorteile gegenüber anderen Korrekturmitteln, die vorgeschlagen wurden, um den Wirkungsgrad von Leichtwasserreaktoren zu verbessern.continues to operate as if the self-employed unit would not exist. These are considerable advantages over other corrective agents that have been suggested to improve the efficiency of light water reactors.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren geschaffene Erhöhung des thermodynamisehen Wirkungsgrades erklärt sich durch die Tatsache, daß es, da der Dampf kein vollkommenes Pluid ist, vorteilhaft ist, bei bestimmten !Temperatur- und Druckverhältnissen mechanische Energie in Wärme umzuwandeln, um das Temperaturniveau zu erhöhen. Die Rechnung zeigt, daß in leichtwasser-Reaktoren die zusätzliche, von der Turbine infolge der Anordnung eines Überhitzers oder Zwischenüberhitzers erzeugte Energie größer als der Energieverbrauch durch den Betrieb der Wärmepumpe ist.The increase created by the method according to the invention the thermodynamic efficiency is explained by the fact that, since the steam is not a perfect Pluid is beneficial at certain! and pressure conditions to convert mechanical energy into heat in order to increase the temperature level. the Calculation shows that in light water reactors the additional, energy generated by the turbine as a result of the placement of a superheater or reheater is greater than the energy consumption due to the operation of the heat pump.

Die im vorstehenden angegebenen Torrichtungen sind allgemein auf alle Dampfkraftanlagen mit Zwischenüberhitzung durch Frischdampf anwendbar.The door directions given above are generally applicable to all steam power plants with reheating applicable by live steam.

Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.A non-limiting embodiment is shown in FIG Drawing shown schematically and is described in more detail below.

- 5 50 9 8 27/0268- 5 50 9 8 27/0268

In der Zeichnung ist mit 1 ein einen Dampferzeuger 2 mit einem Heizfluid beliefernder Atomreaktor bezeichnet, welcher gesättigten oder geringfügig überhitzten Frischdampf erzeugt. Wenigstens ein Teil des aus dem Dampferzeuger 2 am Punkt 3 austretenden Frischdampfes wird zum Einlaßpunkt 4 des Hochdruckteiles 5 einer Turbine geführt»' Der teilweise expandierte Dampf tritt aus dem Hochdruckteil 5 am Punkt 6 aus und gelangt nach Durchströmen eines Zwischenüberhitzers 9 zum Einlaßpunkt 7 des Niederdruckteiles 8 der Turbine, wobei als Heizfluid der Dampfversorgungsleitung für den Teil 5 am Punkt 10 entnommener frischdampf verwendet wird. Der den Teil 8 der lurbine verlassende expandierte Dampf gelangt zum Kondensator 11, und das Kondensat wird von der Pumpe 23 am Einlaßpunkt 12 des Dampferzeugers 2 dem Kreislauf über eine Speisewasserleitung wieder zugebracht, die schematisch durch einen Niederdruck-Vorwärmer 13 mit Anzapfung und einen Hochdruck-Vorwärmer mit Anzapfung dargestellt ist. Das den Zwischenüberhitzer 9 verlassende Frischdampfkondensat wird am Vorwärmer 1.3 der Speisewasserleitung des Dampferzeugers 2 zugeführt.In the drawing, 1 denotes an atomic reactor which supplies a steam generator 2 with a heating fluid generates saturated or slightly superheated live steam. At least a part of the steam from the steam generator 2 The live steam exiting at point 3 is led to the inlet point 4 of the high-pressure part 5 of a turbine partially expanded steam emerges from the high pressure part 5 at point 6 and arrives after flowing through a reheater 9 to the inlet point 7 of the low-pressure part 8 of the turbine, the steam supply line being used as the heating fluid fresh steam extracted at point 10 is used for part 5. The one leaving part 8 of the turbine expanded steam reaches the condenser 11, and that Condensate is from the pump 23 at the inlet point 12 of the Steam generator 2 brought back to the circuit via a feed water line, which is shown schematically by a Low-pressure preheater 13 is shown with a tap and a high-pressure preheater with a tap. That the Reheater 9 leaving live steam condensate is fed to the feed water line of the steam generator 2 at the preheater 1.3.

Während diese an sich bekannten Elemente nicht weiter im Detail beschrieben werden, schlägt die Erfindung vor, eine Wärmepumpe 15» einen Frischdampfüberhitzer 16, der zwischen den Punkten 3 und 4 in der Frischdampf-Yersor-While these elements known per se are not described in further detail, the invention proposes a heat pump 15 »a live steam superheater 16, the between points 3 and 4 in the live steam Yersor

509827/0268 - 6 -509827/0268 - 6 -

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gungsleitung des Hochdruckteiles 5 angeordnet ist, und für den teilweise entspannten Dampf einen Zwischenüberhitzer 17 hinzuzufügen, der in Strömungsrichtung hinter dem Zwischenüberhitzer 9 zwischen den Punkten 6 und 7 in der Versorgungsleitung des Niederdruckteiles 8 mit Arbeitsfluid angeordnet ist.Supply line of the high-pressure part 5 is arranged, and a reheater for the partially expanded steam 17, the downstream of the reheater 9 between points 6 and 7 in the direction of flow is arranged in the supply line of the low-pressure part 8 with working fluid.

Im Betrieb gelangt der der leitung 3-4 zur Versorgung des Hochdruckteiles 5 mit Arbeitsfluid von einem in Strömungsrichtung vor dem Überhitzer 16 gelegenen Punkt entnommene irischdampf zum Einlaßpunkt 19 der Pumpe Der komprimierte, aus der Pumpe 15 am Punkt 20 austretende Prischdampf durchströmt als Heizfluid in.Parallelanordnung die Vorrichtungen 16 und 17 und kondensiert dort, wobei er an das entsprechende Arbeitsfluid seine freie Wärme sowie seine Verdampfungswärme abgibt. Das aus den Vorrichtungen 16 und 17 austretende Kondensat wird zum Vorwärmer 14- der konventionellen Speisewasserleitung geleitet, nachdem es einer Entspannung durch Drosselung in den Ventilen 21 bzw. 22 unterzogen worden war.During operation, the line 3-4 for supplying the high-pressure part 5 with working fluid comes from an in Direction of flow in front of the superheater 16 point removed irish steam to the inlet point 19 of the pump The compressed one emerging from the pump 15 at point 20 Prischdampf flows through as heating fluid in a parallel arrangement the devices 16 and 17 and condensed there, giving the corresponding working fluid its free Gives off heat as well as its heat of vaporization. The emerging from the devices 16 and 17 condensate is to Preheater 14- routed to the conventional feed water line after it has been expanded by throttling in had been subjected to valves 21 and 22, respectively.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird der die Pumpe 15 am Punkt 20 verlassende Dampf vollkommen zum Zwischenüberhitzer 17 geleitet, gibt dort einen Teil seiner Wärme an den teilweise entspannten, für den Niederdruckteil 8 der Turbine bestimmten Dampf ab,In a modified embodiment of the invention If the steam leaving the pump 15 at point 20 is completely directed to the reheater 17, there is part of its heat from the partially relaxed steam intended for the low-pressure part 8 of the turbine,

50 9 8 27/0268 -7-50 9 8 27/0268 -7-

24605672460567

strömt dann als Heizfluid in den Überhitzer 16, kondensiert dort und gelangt in flüssigem Zustand nach Passieren des Eritspannunsventils 21 zum Vorwärmer 14. Diese Variante ermöglicht es, die Teile der Rohrleitung fortzulassen, die in der Zeichnung durch Schraffierung gekennzeichnet sind, sowie, das Entspannungsventil 22, und erfordert die Hinzufügung eines Leitungsteiles, der strichpunktiert zwischen den Vorrichtungen 17 und 16 dargestellt ist.then flows as heating fluid into the superheater 16, condenses there and arrives in a liquid state after passing through of the Eritspannunsventils 21 to the preheater 14. This variant allows to omit the parts of the pipeline which are indicated by hatching in the drawing, as well as, expansion valve 22, and requires addition of a line part, which is shown in phantom between the devices 17 and 16.

Um ein annäherndes Zahlenbeispiel zu nennen, das auf eine Anlage anwendbar ist, deren ,!Dampfkessel gesättigten Frischdampf mit einem Druck von 60 bar erzeugt und bei der der Förderdruck zum Niederdruckteil der Turbine etwa 10 bar beträgt, ermöglicht die Verwendung von mechanisch auf 180 bar komprimiertem Frischdampf als. Heizfluid eine Überhitzung auf 380 0 und eine Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrades um 1,5 oder 2,5 $>, je nachdem ob von einem zusätzlichen zwischen den beiden Teilen der Turbine angeordneten Zwischenüberhitzer oder von einem derartigen Zwischenüberhitzer in Verbindung mit einem Oberhitzer vor dem Hochdruckteil der Turbine Gebrauch gemacht wird.To give an approximate numerical example that can be applied to a system whose steam boiler generates saturated live steam at a pressure of 60 bar and at which the delivery pressure to the low-pressure part of the turbine is around 10 bar, allows the use of mechanically compressed to 180 bar Live steam as. Heating fluid means superheating to 380 0 and an increase in thermodynamic efficiency by 1.5 or 2.5 $>, depending on whether from an additional reheater arranged between the two parts of the turbine or from such a reheater in connection with an upper heater upstream of the high-pressure part the turbine is used.

Ein Gewinn von 1,5 # ist mehr als das, was beispielsweise ein weiterer, in die Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors eingefügter Vorwärmer einbringt.A profit of # 1.5 is more than what for example another preheater inserted into the steam generator of a pressurized water reactor.

- 8 509827/0 268- 8 509827/0 268

Selbstverständlich können die beschriebenen und veranschaulichten Einrichtungen verschiedene Änderungen und Variationen erfahren, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird.It goes without saying that the devices described and illustrated are subject to various changes and Experience variations without thereby departing from the scope of the invention.

509827/0 26 8509827/0 26 8

Claims (1)

20. Dezember 197420th December 1974 Akte: P 7796File: P 7796 PatentansprücheClaims 1·)/herfahren zum Betrieb einer Wärmekraftarilage, insbesondere einer Kernkraftanlage, mit Dampfkreislauf, dadurch gekennzeichnet , daß dem Dampferzeuger Frischdampf entnommen wird, der mechanisch komprimiert wird, und daß wenigstens ein Teil der Wärme auf das Arbeitefluid übertragen wird.1 ·) / to operate a thermal power plant, in particular a nuclear power plant, with a steam cycle, thereby characterized in that live steam is taken from the steam generator, which compresses mechanically is, and that at least part of the heat on the working fluid is transmitted. 2o) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß bei der Wärmeübertragung eine Kondensation des Heizfluids erfolgt·2o) Method according to claim 1, characterized that condensation of the heating fluid occurs during heat transfer 509827/0268509827/0268 - Ii -- Ii - JIOJIO 3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem erfolgten Entspannen durch Drosselung das Kondensat zur Speisewasserleitung des Dampferzeugers zurückgeführt wird.3.) The method according to claim 2, characterized that after the relaxation has taken place by throttling the condensate to the feed water line of the steam generator is returned. 4o) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Wärmeübertragung in einem Zwischenüberhitzer für das teilweise expandierte Arbeitsfluid erfolgt.4o) Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the heat transfer takes place in a reheater for the partially expanded working fluid. 5.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Wärmeübertragung in einem überhitzer für das Arbeitsfluid vor seiner Entspannung erfolgt.5.) Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the heat transfer takes place in a superheater for the working fluid before it is expanded. 6.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d'uroh gekennzeichnet, daß ein Teil des mechanisch komprimierten Dampfes für die Zwischenüberhitzung des teilweise entspannten Asrbeitsfluids und ein anderer Teil zur Überhitzung des Arbeitsfluids vor seiner Entspannung verwendet wird.6.) Method according to one of the preceding claims, d a d'uroh characterized in that part of the mechanically compressed steam is used for reheating of the partially expanded working fluid and another part for overheating the working fluid before it Relaxation is used. 7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein und dieselbe Menge von mechanisch komprimiertem Dampf nacheinander zum Wiederüberhitzen des teilweise entspannten Arbeitsfluids und7.) The method according to any one of claims 1 to 5, characterized marked that one and the same amount of mechanically compressed steam successively for re-superheating of the partially relaxed working fluid and 509827/0268 - in -509827/0268 - in - 24605B124605B1 - HI--- HI-- des Arbeitsfluids vor seiner Entspannung verwendet wird.of the working fluid is used before its expansion. 8.) Wärmekraftanlage mit Dampfkreislauf mit einer Wärmekraftquelle, insbesondere Kernkraftquelle, mit einem Dampferzeuger und einer Expansionsmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einrichtung zum mechanischen Komprimieren des vom Dampferzeuger gelieferten Frischdampfes und eine Einrichtung zum Durchführen einer Wärmeübertragung vom komprimierten Frischdampf auf wenigstens einen !D'eil des Arbeitsfluids aufweist. -8.) Thermal power plant with steam circuit with a thermal power source, especially nuclear power source, with a steam generator and an expansion machine, thereby marked that they are a facility for mechanical compression of the live steam supplied by the steam generator and a device for performing it a heat transfer from the compressed live steam to at least one part of the working fluid. - 9o) Wärmekraftanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einrichtung zur durch Drosselung bewirkten Entspannung der durch Kondensation von komprimiertem Frischdampf in der Wärmeübertragungseinrichtung geschaffenen Flüssigkeit aufweist.9o) thermal power plant according to claim 8, characterized that they provide a device for throttling-induced relaxation of the condensation has liquid created by compressed live steam in the heat transfer device. 10») Wärmekraftanlage nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung aufweist, durch welche das entspannte Kondensat in die Speisewasserleitung des Dampferzeugers zurückgeführt wird.10 ») thermal power plant according to claim 9» characterized that it has a device through which the relaxed condensate in the Feed water line of the steam generator is returned. 11.) Wärmekraftanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10 , d a durchgekennzeichnet , daß die lärmeubertragungseinrichtung wenigstens einen Zwischenüber-11.) Thermal power plant according to claim 8, 9 or 10, characterized by d a that the noise transmission device has at least one intermediate transmission 50 9827/0 288 - IV -50 9827/0 288 - IV - hitzer für das teilweise entspannte Arbeitsfluid aufweist, welcher zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil der Expansionsmaschine angeordnet ist.Has heater for the partially expanded working fluid, which between the high-pressure part and the low-pressure part the expansion machine is arranged. 12.) Wärmekraftanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungseinrichtung wenigstens einen überhitzer für das Arbeitsfluid aufweist, welcher in Strömungsrichtung vor der Expansionsmaschine angeordnet ist.12.) Thermal power plant according to one of claims 8 to 11, characterized in that the heat transfer device has at least one superheater for the working fluid which is arranged upstream of the expansion machine in the direction of flow. 13·) Wärmekraftanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Zwischenüberhitzer und einen Überhitzer für das Arbeitsfluid aufweist, welche so angeordnet sind, daß sie durch parallel verlaufende Leitungen mit mechanisch komprimiertem Dampf versorgt werden*13 ·) Thermal power plant according to one of claims 8 to 12, characterized in that it has at least one reheater and one superheater for the working fluid, which are arranged so that they are mechanically connected by parallel lines compressed steam can be supplied * 14·) Wärmekraftanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Zwischenüberhitzer und einen Oberhitzer für das Arbeitsfluid aufweist, welche hintereinander in einer Versorgungsleitung mit mechanisch komprimiertem Dampf angeordnet Bind.14 ·) Thermal power plant according to one of claims 8 to 12, characterized in that it has at least one reheater and one top heater for the working fluid, which one behind the other in a supply line with mechanically compressed Steam arranged bind. 50 9 8 27/028850 9 8 27/0288
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