DE2632777A1

DE2632777A1 - Einrichtung und verfahren zur spitzenlastdeckung und ausfallsreserve in dampfkraftwerken

Info

Publication number: DE2632777A1
Application number: DE19762632777
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Dr Beckmann; Paul Viktor Prof Dipl In Gilli
Original assignee: Gilli paul Viktor profdipl-Ingdrtechn
Current assignee: Gilli paul Viktor profdipl-Ingdrtechn
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DE2632777C2

Description

Einrichtung und Verfahren zur Spitzenlastdeckung und Ausfallsreserve in Dampfkraftwerken Die Erfindung betrifft Einrichtungen und Verfahren der Energiespeicherung in Dampfkraftwerken einerseits zum Zwecke der Spitzenlastdeckung mit Hilfe von Speichergefäßen mit Dampfraum und Wasserraum und andererseits zur Dampfausfallsreserve, indem es brei Ausfall des Dampferzeugers den Weiterbetrieb der Dampfturbine ermöglicht.
eißwasserspeicher, welche parallel zur Speise.asservorwärmerkette geschaltet sind und bei Bedarf an Spitzenlast oder überlast den Dampferzeuger mit vorgewärmtem Speisewasser versorgen, sind bekannt. Ihre Wirkung beruht darauf, daß die letzten oder alle Stufen der Anzapfung aus der Turbine geschlossen werden, sodaß im Niederdruckteil der Turbine ein höherer Massenfluß als im Normalfall und damit eine höhere als die normale Leistung erreicht werden.
Diese bekannte Scnaltung ist in ihrer Leistung beschränkt, wobei die maximale überlast durch vollständiges Schließen der Anzapfungen gegeben ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß wegen der Abluingigkeit der Aniapfungsdrücke und damit der Speisewassertemperatur von der Last bei der Ladung und bei der Entladung Verluste auftreten, die eine Verringerung des Speicherwirkungsgrades bezirken. Ferner ist der Auslegungsdruck des Speichergefäßes an die Speisewassertemperatur gebunden, das heißt der Auslegungsdruck des Speichers kann sinnvoll nicht oder nicht wesentlich über den der Speisewassertemperatur entsprechenden Sättigungsdruck gelegt werden. Bei den bisherigen Dampfkraftwerken haben Speisewassertemperatur und wirtschaftlich optimaler Speicherdruck etwa zusammengepaßt. Neuere Entwicklungen haben einerseits eine Reduktion der Speisewassertemperatur mit sich gebracht (wie z.B. bei den Leichtwasserreaktoren, Schwerwasserreaktoren oder gasgekühlten Reaktoren), andererseits ist es mit der Entwicklung der vorgespannten Speichergefäße möglich und wirtschaftlich sinnvoll geworden, hohe und höchste Speiclierdrücke anzuwenden, sodaß der optimale Speicherdruck wesentlich höher liegt als der der Speisewassertemperatur entsprechende Sättiggungsdruck.
Ein weiterer Nachteil der bisherigen Speisewasserspeicherung besteht darin, daß bei Ausfall der Dampflieferung der Weiterbetrieb der Dampfturbine nicht möglich ist. Dieser Nachteil betrifft vor allem Kernkraftwerke, bei denen aus Gründen der im allgemeinen hohen Blockeistung mit Rücksicht auf das Netz eine sofortige, d.h. innerhalb von Sekunden oder Sekundenbruchteilen einsetzbare Ausfallsreserve für den Reaktor und Dampferzeuger gegeben sein muß und sonnenbeheizte Dampfkraftwerke, bei denen sowohl eine kurzfristige Ausfallsreserve mit Rücksicht auf kurzzeitige plötzliche Unterbrechungen der Sonneneinstrahlung, z.B.
durch vorüberziehende Wolken, als auch eine längerfristige Ausfallsreserve zum Ausgleich der in der Nacht fehlenden Sonneneinstrahlung vorhanden sein muß.
Die bisher bekanntgewordenen und speziell für die Ausfallsreserve vorgesehenen Ausführungen haben aber schwerwiegende Nachteile: Als Gefällespeicher (Speicher mit variablem Druck) ausgebildete Speichergefäße verlieren bei Dampfentnahme relativ rasch an Druck, womit die Durchsatzleistung durch die Turbine und die Arbeitsfähigkeit rasch absinken; sie können daher nicht oder nur unter Inkaufnahme eines starken Leistungsabfalles mit der Frischdampfleitung verbunden werden. Gleichdruckspeicher (Speicher mit Wasserumwälzung) haben den großen Nachteil, daß bis zur Dampflieferung eine gewisse Zeit vergeht, welche zum Anstarten der Umwälzpumpe und zur Förderung des Heißwassers zum Entspanner oder Wärmetauscher erforderlich ist, sodaß dieser Speichertyp bei den heutigen hohen Anforderungen an sofort verfügbare Ausfallsreserve ebenfalls nicht geeignet erscheint. Auch bei dem sog. Expansionsspeicher, der ähnlich wie der Gleichdruckspeicher eine weitgehende Konstanz des Druckes aufweist und bei welchem Wasser nicht umgewälzt, sondern aus dem Speichergefäß entspannt und sodann einem Niedertemperaturgefäß zugeführt wird, vergeht bis zum Einsetzen der Dampflieferung eine für den Einsatz als Ausfallsreserve zu lange Zeit.
Die Erfindung vermeidet die Nachteile der beschriebenen bekannten Speicheranordnungen unter Beibehaltung von deren Vorteilen und ist dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Wasserraum des Speichergefäßes mit einem ein°oder mehrstufigen Sekundärdampferzeuger verbunden ist, der dampfseitig über eine Arbeitsdampfleitung mit der Turbine und wasserseitig über eine Heißwasserrückleitung mit der Speisewasserleitung und/oder mit einem mit dieser verbundenen Ausgleichsgefäß verbunden ist und daß andererseits der Dampfraum des Speicherbehälters über eine Dampfleitung mit einer stromaufwärts von der Einmündung der Arbeitsdampfleitung gelegenen Stelle des Hauptkreislaufes, insbesondere mit der Frischdampfleitung, verbunden ist.
Weitere Kennzeichen der Erfindung bestehen darin, daß der Sekundärdampferzeuger aus einem oder mehreren Entspannern oder aus einem oder mehreren Wärmeübertragern besteht und daß der Dampferzeuger einen oder mehrere von Heißwasser durchflossene Oberhitzer enthält. Der Dampferzeuger enthält ferner vorzugsweise Wärmeübertrager, deren Primärseite über Heißwasserleitungen mit dem Wasserraum verbunden ist, während die Sekundärseite einerseits über Speiseleitungen, die aus dem Hauptkre-islauf, insbesondere aus den Dampftrocknern und/oder dem Zwischenüberhitzer abgeschiedenes Wasser dem ärmeübertrager zuführen, und andererseits über Dampfleitungen mit dem Hauptkreislauf verbunden ist.
Für die reine Spitzenlastdeckung kann die Heißwasse-rrückführleitung zwischen der höchsten Vorwärmstufe und dem Frischdampferzeuger in die Speisewasserleitung eingebunden werden. Zum Zwecke der ununterbrochenen Encrgieversorgung beim Ausfall des eigenen Frischdampfcrzcugers kann die Heißwasserrückführleitung in ein mit der Speisewasserleitung verbundenes Ausgleichsgefäß geführt werden (wobei nicht nur die der Dampferzeugerleistung entsprechende Vollast, sondern Spitzenlast erzeugt werden kann). In diesem Fall wird'erfindungsgemäß unmittelbar nach dem Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger die zum Aufrechterhalten der vollen oder nahezu vollen Turbinenleistung erforderliche Dampfmenge aus dem Speicher entnommen, und zwar vorzugsweise mit Frischdampfdruck, sodaß keine Unterbrechung der Dampflieferung und der von der Turbine abgegebenen Leistung eintritt. Der Speicher arbeitet also zu Beginn der Entladung als Gefällespeicher. Umlauffördernde Einbauten sind vorgesehen, jedoch nur im obersten Teil des Wasserraumes und allenfalls im Dampfraum, sodaß ein rasch einsetzender Kurzschluß-Umlauf im obersten Teil des Wasserraumes und damit ein rasches Einsetzen der Dampfbildung erzielt wird. Um seinen Druck weitgehend zu erhalten, wird jedoch kurz nach dem Ausfall und nach dem Einsetzen der Dampfentnahme aus dem Dampfraum in kontrollierter Weise je nach den Anforderungen des Netzes an die von der Turbine abzugebende Leistung weitgehend auf Wasserentnahme (Expansionsspeicherbetrieb) umgeschaltet, wobei der Druck und die Temperatur im Speicher nunmehr nahezu konstant bleiben. Dabei ergibt sich unter Umständen eine gewisse Leistungseinbuße gegenüber Frischdampfbetrieb aus dem Dampfraum, die aber relativ gering gehalten werden kann, zum Beispiel dadurch, daß erfindungsgemaß der Dampf aus dem ersten Entspanner vor den Zwischenüberhitzer eingeleitet und durch kondensierenden Dampf aus dem Dampfraum des Speichers überhitzt wird. Auch ist zu beachten, daß bei Speicherbetrieb alle Anzapfungen der Turbine außer Betrieb sind, da ja die Speisepumpe des Dampferzeugers wie auch die Kondensatpumpe abgestellt werden.
Weitere Kennzeichen der Erfindung bestehen darin, daß die Rohrleitung vom Dampfraum des Speichergefäßes in die Frischdampfleitung einmündet (was eine hohe Leistung bei Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger ermöglicht) und daß sie mit einem dampfbeheizten Zwischenüberhitzer, wie er bei Kernkraftwerken üblich ist, verbunden ist, ferner daß nur ein einziges Speichergefäß von sehr großer Leistung oder wenige schr große Speichergefäße vorgesehen sind, die in vorgespannter Konstruktion ausgeführt werden (was hohe Drücke und hohe Leistungen wirtschaftlich ermöglicht) und daß die Speichergefäße im Dampfraum phasentrennende Einbauten sowie Sprühdüsen zur Ladung aufweisen.
Kennzeichen der Erfindung bestehen auch darin, daß der Speisewasserbehälter einen mehr als halb so großen Inhalt aufweist als das Speichergefäß, daß die Arbeitsdampfleitung vor oder nachdem Zwischenüberhitzer in den Hauptkreislauf einmündet und daß die Dampflcitung vor dem Zwischenüberhitzer vom Hauptkreislauf abzweigt.
Weitere Kennzeichen können den Patentansprüchen entnommen werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren bestehen insbesondere in folgendem: Zum Betrieb der Anlage mit Spitzen- oder Oberlast wird eine Entspannungsarmatur geöffnet, die Speicherwasserpumpe angefahren und die Fördermenge der Speisewasserpumpe reduziert, wobei bei vollem Spitzenbedarf die Fördermenge auf Null reduziert oder die Pumpe überhaupt abgeschaltet wird.
Zum Laden des Speichergefäßes bei Betrieb des Hauptkreislaufes wird die Fördermenge der Speisewasserpumpe erhöht, die Wasserarmatur in der Heißwasserladeleitüng geöffnet und die Dampfarmatur ebenfalls geöffnet.
Zur Regelung der Spitzen- oder Überlast wird die Öffnung der Entspannungsarmatur je nach erforderlicher Leistung geregelt, und zwar derart, daß die Öffnung zur Erhöhung der Leistung vergrößert wird.
Im Betrieb der Anlage wird ferner die Fördermenge der Speicherwasserpumpe je nach der durch die Heißwasserleitung strömenden Wassermenge und/oder nach dem Wasserstand im Entspanner geregelt, und zwar derart, daß die Fördermenge mit zunehmender Wassermenge und/oder steigendem Wasserstand erhöht wird.
Mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen und Verfahren werden daher wesentlich höhere Spitzenleistungen beziehungsweise Oberlastfaktoren erreicht als mit den bisher bekannten Schaltungen, und zwar ohne Zuhilfenahme einer getrennten Spitzenlastturbine. Ferner können die technologisch und wirtschaftlich heute möglichen hohen Speicherdrücke nunmehr sinnvoll ausgenutzt werden, sodaß sich hohe spezifische Spc'icherleistungen und hohe Speicherwirkungsgrade -rgeben.
Weitere Verfahrenskennzeichen können den Patentansprüchen entnommen werden.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Figur beispielsweise dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 1 das Prinzip des Erfindungsgedankens für reine Spitzenlastdeckung. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Ausfuhrungsfornlen des Sekundärdampferzeugers. In Fig. 5 ist eine besonders für Kernkraftwerke mit gasgekühlten Reaktoren vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, die besonders bei Dampfkraftwerken mit fossilgefeuerten Dampferzeugern Vorteile bietet. Die Fig. 7 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens zur Ausfallsreservehaltung und zur Spitzenlastdeckung bei einem Dampfkraftwerk mit erhitzer, jedoch ohne Zwischenüberhitzer, wobei die eißwasserrückleitung in den Entgaser des Speisewasserbehälters geführt wird. Fig. 8 zeigt ein Dampfkraftwerk ohne Überhitzer, jedoch mit Zwischenüberhitzer, eine Schaltung, wie sie bei heutigen Kernkraftwerken üblich ist. Die Fig. 9 zeigt ebenfalls eine Schaltung für ein Kernkraftwerk zum Zwecke der reinen Spitzenlastdeckung.
In der Fig. 1 bedeutet (1) den Dampferzeuger, (2) die Dampfturbine, (3) das Speichergefäß mit Dampfraum (4) und Wasserraum (5).
Die Speisewasservorwärmerkette ist mit (6a, b, c, d) und der Speisewasserbehälter mit (7) bezeichnet. Der Speisewasserbehälter ist zur Aufnahme des überschüssigen Kaltwassers eingerichtet; alternativ kann ein gesondertes Ausgleichsgefäß vorgesehen werden.
Das Laden des Speichergefäes erfolgt einerseits mit vorgewärmten Speisewasser über die Heißwasserladeleitung (11) mit Wasserarmatur (28) und andererseits mit Dampf von entsprechendem Druck und entsprechender Temperatur über die Dampfleitung (8) und die Dampfarmaturen (29a, b). In der Fig. 1 ist beispielsweise Ladung durch Frischdampf aus der Frischdampfleitung (10) vorgesehen.
Je nach Frischdampfzustand kann auch Anzapfdampf entsprechender Temperatur verwendet werden oder eine-Umschaltmöglichkeit (29a, b) vorgesehen werden.
Bei der Entladung des Speichergefäßes (3) wird diesem über eine Heißwasserleitung (25) Heißwasserentnommen, einem ein- oder mchrstufigen Dampferzeuger (12) zugeführt, der die Dampfturbine (2) über die Arbeitsdampfleitungen (13a, b) mit Dampf versorgt. Das teilweise abgekühlte Heißwasser wird sodann über eine Heißwasserleitung (14) und eine Speicherwass-erpumpe (26) zwischem höchsten Speisewasservorwärmer (6a) und Dampferzeuger (1) in die Speiseleitung eingespeist. Gleichzeitig wird die Leistung der Speisewasserpumpe (27) entsprechend zurückgenommen.
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform des Sekundärdampferzeugers (12) dargestellt, und zwar als zweistufiger Entspannungsdampferzeuger mit den Entspannern (15a, b) und den zugehörigen Entspannungsarmaturen (30a, b), mit deren Hilfe der Wasserstand in den nachgeschalteten Entspannungsdampferzeugern geregelt wird, während die Mengenregelung und damit Leistungsregelung mit Hilfe der Speicherwasserpumpe (26) erfolgt.
In der Fig. 3 ist eine Alternative zur Ausführung des Sekundärdampferzeugers (12) nach Fig. 2 dargestellt, bei der das Heißwasser aus der Heißwasserleitung (25) zum Teil über als Verdampfer dienende Wärmetauscher (16a, b) geführt wird, während ein weiterer Teil der Sekundärseite der Wärmetauscher (16a, b) als Speisewasser zugeführt wird,. das im Wärmetauscher verdampft und gegebenenfalls leicht überhitzt wird.
In der Fig. 4 ist eine weitere Alternative mit Entspannungsdampferzeugern (15a, b) und nachgeschalteten Oberhitzern (17a, b) gezeigt.. Die Oberhitze (17a, b) werden mit Heißwasser aus der Heißwasserleitung (25) beheizt.
In der Fig. 5 wird ein Ausführungsbeispiel für ein Kernkraftwerk mit gasgekühltem Hochtemperatur-Reaktor gezeigt. Für diesen Reaktor ist kennzeichnend, daß Druck und Temperatur des Frischdampfes sowie die Zwischenüberhitzungstemperatur hoch sind, während die Speisewassertemperatur relativ niedrig liegt. Ferner ist der Druckabfall im Zwischenüberhitzer relativ hoch. Es erfolgt daher die Anspeisung des Speicherbehälters (3) mit kaltem Zwischendampf vor dem Zwischenüberhitzer, während die Entladung in den heißen Z.wischendampf erfolgt. Vorzugsweise ist wegen der niedrigen Speise wassertemperatur eine zweite Entspannungsstufe (15b) vorgesehen.
Die Fig. 6 zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens für Kraftwerke, bei denen hohe Frischdampfdrücke und hohe Frischdampf- sowie Zwischendampf-Temperaturen vorliegen. Hier wird das vom Speicher (3) kommende Ileißwasser nach Durchlaufen einer einzigen Entspannungsstufe (15) mit Überhitzer (17) über die Arbeitsdampfleitung (13) vor dem Zwischenüberhitzer (22) eingespeist.
Zur Beeinflussung des Schluckvermögens der Niederdruckflut der Turbine (2) wird ein regelbarer Teil des zugeführten Dampfes über ein Zwischeniiberhitzer-Bypassventil (24) geleitet. Diese Ausffihrung kommt vorzugsweise für fossilgefeuerte Dampferzeuger, Sonnen-Dampfkraftwerke, flüssigmetallgekühlte Reaktoren, Fusionsreaktoren und sonstige Dampferzeuger mit hohen Drücken und hohen Überhitzungstemperaturen in Frage.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Dampfkraftwerk mit Überhitzer alb), jedoch ohne Zwischenüberhitzer, für die Spitzenlastdeckung und Ausfallsreserve. Der Dampferzeuger kann zum Beispiel mit Öl oder Kohle gefeuert oder aber mit Sonnenenergie beheizt sein. Ober die Frischdampfleitung (10) und über das Turbinenventil (37) wird die Dampfturbine (2) angespeist. Ihr Abdampf wird in einem Kondensator (39) niedergeschlagen. Das Speichergefaß (3) mit einem Dampfraum (4) und einem Wasserraum (5) ist über die Dampfleitung (8) mit der Frischdampfleitung (10) verbunden.
In dieser Dampfleitung (8) ist eine Dampfarmatur (29a) und vorzugsweise ein Oberhitzer/Enthitze'r-Sp'eicher (32) angeordnet, der auch aus mehreren hintereinandergeschalteten Teilen (32a, b) bestehen kann. Der Xberhitzer/Enthitzer-Speicher kann ein Heißwasserspeicher hohen Druckes oder ein Festkörperspeicher oder ein Speicher mit hochsiedender Flüssigkeit (zum Beispiel Glyzerin, Thermoöl oder Alkalimetall) sein.
Bei der Entladung wird aus dem Wasserraum (5) des Speichergefäßes (3) Wasser entnommen und iiber die Entspannerarmaturen (30a, b, c) den Entspannern (15a, b, c) zugeleitet, in denen durch Druckabsenkung Dampf erzeugt wird, der über die Arbeitsdampfleitungen (13a, b, c) unter Benutzung von Teilstücken der Anzapfleitungen (40a, b, c, d) den entsprechenden Druckstufen der Dampfturbine (2) zugeführt wird. Vorzugsweise wird der Dampf aus den ersten Entspannern (1pa) mit hilfe eines mit Speicherwasser beaufschlagten Oberhitzers (17) überhitzt. Auch der Dampf aus den übrigen Entspannern kann in analoger Weise einen Oberhitzer enthalten. Die Regelung der Dampfabgabe erfolgt mit Hilfe des Heißwasser-Beipaßventiles (38).
Um zu Beginn der Entladung bei plötzlichem Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger (1) ein sofortiges Einsetzen des Wasserumlaufes im Speichergefäß (3) zu erzielen, sind im oberen Teil des Wasserraumes umlauffördernde Einbauten (35a, b) vorgesehen sowie im Dampfraum phasentrennende Einbauten (41). Außerdem ist im Dampfraum eine Sprüheinrichtung (36) vorgesehen, die über eine Leitung mit Wasserarmatur (28) zwischen dem letzten Speisewasservorwärmer (6a) und dem Dampferzeuger (1) von der Speisewasserleitung (6) abzweigt.
Das bei der Entladung des Speichergefäßes als Expansionsspeicher freiwerdende abgekühlte Wasser wird in einem Vorratsbehälter gesammclt, der in diesem Falle mit dem Speisewasserbehälter (7) kombiniert ist; Die Entladung des Speichergefäßes erfolgt zunächst vom Dampfraum über die Dampfleitung (8), den Überhitzer/Enthitzer-Speicher (32) und die Dampfarmatur (29a), die als schnellöffnendes Ventil ausgebildet ist und ein Rückschlagventil enthalten kann. Je nach den Druckverhältnissen kann die Entladung anstatt in die Frischdampfleitung auch über die Verbindungsleitung (33) und die Dampfarmatur (29b) in eine Stufe der Turbine mit geringerem Druck erfolgen.
Die Schaltung nach Fig. 8, welche besonders für Kernkraftwerke heutiger Bauart geeignet ist, unterscheidet sich von der Schaltung nach Fig 7 vor allem dadurch, daß ein Dampftrockner (21) und ein dampfbeheizter Zwischenüberhitzer (22) vorhanden sind.
Der Zwischenüberhitzer wird bei der Entladung des Speichers über die Dampfleitung (8) und die Zwischenüberhitzer-Heizdampfleitung (9) mit Sattdampf entsprechenden Druckes beheizt. Das im Dampftrockner (21) abgeschiedene Wasser und das Kondensat aus dem dampfbeheizten Zwi schenüberhitzer (22) werden vorzugsweise über eine Speiseleitung (20) dem Entspanner--von entsprechendem Druck beheizt. Das im Dampftrockner (21) abgeschiedene Wasser und das Kondensat aus dem dampfbeheizten Zwischenüberhitzer (22) werden vorzugsweise über eine Speiseleitung (20) dem Entspanner von entsprechendem Druck (15) zugeleitet.
Während für die Überhitzung des Dampfes aus dem ersten Entspanner (15a) der vorhandene Zwischenüberhitzer (22) herangezogen wird, erfolgt erfindungsgemäß die Überhitzung des Dampfes aus dem zweiten Entspanner (1 ob) mit Hilfe eines mit Speicherwasser beheizten Oberhitzers (17).
Zum Unterschied von Fig. 7 ist hier das Ausgleichsgefäß (31) getrennt vom Speisewasserbehälter angeordnet. Anstelle der Dampfarmatur (29a) samt Rückschlagventil und der Dampfarmatur (29b) der Fig. 7 tritt in diesem Fall, bei welchem Frischdampfdruck und Speicherdruck gleich oder annähernd gleich groß sind, eine gemeinsame Dampfarmatur (29).
Die Erfindung umfaßt nicht nur die beschriebenen und in den Fig. 7 und 8 beispielsweise dargestellten Einrichtungen, sondern auch die Verfahren zu deren Betrieb. So besteht zum Beispiel das erfindungsgemäße Verfahren für die Anordnung nach Fig. 7 darin, daß beim Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger (1) die Dampfarmatur (29b) und die Entspannerarmaturen (30a, b, c) gleichzeitig und rasch geöffnet werden und daß sodann die Dampfarmatur (29b) nach Bedarf wiederum geschlossen wird.
Ein weiteres Verfahren zum Betrieb der Anlage zwecks ununterbrochener Energieerzeugung beim Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger (1) besteht darin, daß im normalen Betrieb das Turbinenventil (37) sowie die Dampfarmatur (29) geöffnet sind, während die Wasserarmatur (28) und die Entspannerarmaturen (30a, b, c) sowie das HeifAwasser-Beipaßventil (38) geschlossen sind, daß unmittelbar nach dem Ausfall des Dampferzeugers (1) die Entspannerarmaturen (30a, b, c) geöffnet werden und daß nach Erreichen der Dampflieferung aus den Entspannern (15a, b, c) das Turbinenventil (37) gänzlich oder bis auf einen geringen Durchsatz von Kühldampf geschlossen wird.
Weitere erfindungsgemäße Verfahrensmerkmale bestehen darin, daß zur Regelung der Turbinenleistung im Sinne einer Erhöhung die Öffnung der Entspannerarmaturen mit dem höheren Druck (30aj gegenüber der Entspannerarmatur mit dem niedrigeren Druck (30c) vergrößert wird, sodaß das Druckniveau in der Dampfleitung und damit die Schluckfähigkeit der Turbine erhöht werden.
Um auch bei etwas absinkendem Druck im Speichergefäß (3)-das Verhältnis der Dampfströme in den Arbeitsdampfleitungen (13a, b, c) konstant zu halten; wird das Heißwasser-Beipaßventil (38) zuerst etwas geöffnet und gegen Ende der Entladung wiederum geschlossen.
Ein weiteres Verfahrensmerkmal besteht darin, daß zwecks kurzzeitiger Leistungserhöhung das Turbinenventil (37) geöffnet oder seine Öffnung vergrößert wird, sodaß Dampf mit annähernd Frischdampfzustand in die Turbine strömt.
Schließlich besteht ein Verfahrensmerkmal darin, daß zum Laden des Speicherbehälters (3) die Dampfarmatur (29) bis zum Druckausgleich und anschließend die Wasserarmatur (28) geöffnet wird, wobei die Dampf armatur (29) je nach verfügbarer Obeschußleistung und die Wasserarmatur (28) in Abhängigkeit von der durch die Dampfleitung (8) strömenden Dampfmenge geregelt werden.
In der Fig. 9 ist als Dampferzeuger ein Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktorw vorgesehen.- Ein Zwischenüberhitzer (22), der mit Frischdampf beheizt ist, und ein vorgeschalteter Dampftrockner (21) sind vorhanden. Im Oberlastfall werden sowohl die Entspannungsdampferzeuger (15a, b) über die Heißwasserleitung (25) und die entsprechenden Entspannungsarmaturen (30a, b), als auch der Wärmeübertrager (18) über die von der Heißwasserleitung (25) abzweigende Abzweigleitung (19) -mit Heißwasser vom Speicherinhalt (3) versorgt. Das dem Wärmeträger (18) über die Speiseleitung (20) sekundärseitig zugeführte Heißwasser aus Zwischenüberhitzer (22) und Abscheider (21) wird dort verdampft und sodann über die Ausdampfleitung (23) dem Hauptkreislauf vor dem Dampftrockner (21) und Zwischenüberhitzer (22) zugeführt. Das wird durch den eingangs erwähnten hohen Speicherdruck ermöglicht, der über dem Druck des durch den Zwischenüberhitzer strömenden Dampfes liegt. Der Nachschub des Dampfes-in-der-Ausdampfleitung (23) gegenüber dem. Wasser in der Speiseleitung (20) erfolgt durch den Dichteunterschied. Mit (31) ist ein Ausgleichsgefäß bezeichnet.

Claims

Ansprüche

5) Einrichtung zur Energiespeicherung für die Spitzenlastdeckung und/oder Ausfallsreserve in Dampfkraftwerken, bestehend aus- Frischdampferzeuger, Dampfturbine und Speichergefäß mit Dampfraum und Wasserraum, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Wasserraum (5) des Speichergefäßes (3) mit einem ein- oder mehrstufigen Sekundärdampferzeuger (12) verbunden ist, der dampfseitig über eine Arbeitsdampfleitung (13a, b) mit der Turbine (2) und wasserseitig über eine Heißwasserrückleitung (14) mit der Speisewasserleitung (6) und/oder mit einem mit dieser verbundenen Ausgleichsgefäß (7, 31) verbunden ist, und daß andererseits der Dampfraum (4) des Speicherbehälters (3) über eine Dampfleitung (8) mit einer stromaufwärts von der Einmündung der Arbeitsdampfleitung (13a, b) gelegenen Stelle des Hauptkreislaufes, insbesondere mit der Frischdampfleitung (10), verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärdampferzeuger (12) aus einem oder mehreren Entspannern (15) besteht (Fig. 2).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärdampferzeuger (12) aus einem oder mehreren Wärmeübertragern (16) besteht (Fig. 3).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärdampferzeuger (12) einen oder mehrere von Heißwasser durchflossene überhitzer (17) enthält (Fig. 4).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsdampfleitung (13) nach dem Zwischenüberhitzer (22) in den Hauptkreislauf einmündet (Fig. 5).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsdampfleitung (13) vor dem Zwischenüberhitzer (22) in den Hauptkreislauf einmündet (Fig. 6).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfleitung (8) zwischen Frischdampferzeuger (1) und Zwischenüberhitzer (22) vom Hauptkreislauf abzweigt (Fig. 6).

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfleitung (8) in die Frischdampfleitung (10) einmündet (Fig. 7).

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfleitung (8) ein Uberhitzer/Enthitzer-Speicher (32) angeordnet ist, welcher vorzugsweise als Heißwasserspeicher hohen Druckes, als Speicher mit hochsiedender Flüssigkeit oder als Feststoffspeicher ausgebildet ist (Fig. 8, 9).

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Uberhitzer/Enthitzer-Speicher (32a, b) in mehreren hintereinandergeschalteten Einheiten ausgeführt ist (Fig. 8).

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Dampfleitung (8) und der mit dem Entspanner (15) verbundenen Arbeitsdampfleitung (13a) eine Verbindungsleitung (33) mit einem Dampfarmatur (29b) angeordnet ist (Fig. 8).

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißwasserrückleitung (14) zwischen der.

höchsten Vorwärmstufe (6a) und dem Frischdampferzeuger (1) in die Speisewasserleitung (6) einmündet (Fig. 1, 5, 6).

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Speisewasserleitung (6) verbundene Behälter (7, 31) einen mehr als halb so großen Inhalt aufweist als das Speichergefäß (3).

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärdampferzeuger (12) Ausdampfer (18) enthält, deren Primärseite über Abzweigleitungen (19) mit dem Wasserraum (5) verbunden ist, während die Sekundärseite einerseits über Speiseleitungen (20), die aus dem Hauptkreislauf, insbesondere aus den Dampftrocknern (21) und/oder dem Zwischenüberhitzer (22) abgeschiedenes Wasser dem Wärmeübertrager (18) zuführen, und andererseits über Ausdampfleitungen (23) mit dem Hauptkreislauf verbunden ist (Fig. 9).

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischendampfleitung (34) zwischen Hoch- oder Mitteldruck- einerseits und Niederdruckturbine andererseits ein dampibeheizter Zwischenüberhitzer' (22) angeordnet ist, der über eine Heizdampfleitung (9) mit der Dampfleitung (8) verbunden ist (Fig. 7).

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspanner mit dem geringsten Druck (15c) einen Betriebsdruck von etwa 1 bar aufweist und wasserseitig mit einem Ausgleichsgefäß (31) verbunden ist (Fig. 7).

17. Eihrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergefäß (3) ein Volumen von mehr als 1000 m3 und ein Druckvolumen von mehr als 30 000 bar.m3 aufweist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergefäß in vorgespannter Konstruktion ausgeführt ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im obersten Teil des Wasserraumes (5) des Speichergefäßes (3) umlauffördernde Einbauten (35a, b) angeordnet sind (Fig. 8).

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,daß im Dampfraum (4) des Speichergefäßes (3) Spruheinrichtungen (36) vorgesehen sind, die von der Speisewasserleitung (6) des Frischdampferzeugers (1) über eine Wasserarmatur (28) gespeist werden (Fig. 7 und 8).

21. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20 mit Spitzen- oder Uberlast, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entspannungsarmatur (30) geöffnet, die Speicherwasserpumpe (26) angefahren und die Fördermenge der Speisewasserpumpe (27) reduziert wird, wobei bei vollem Spitzenbedarf die Fördermenge auf Null reduziert oder die Pumpe überhaupt abgeschaltet wird (Fig. 1, 2, 4, 5, 6).

22. Verfahren zur Regelung der Spitzen- oder Überlast der Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Entspaünungsarmatur (30) je nach erforderlicher Leistung geregelt wird, und zwar derart, daß die Öffnung zur Erhöhung der Leistung vergrößert wird.

23. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Speicherwasserpumpe (26) je nach der durch die Heißwasserleitung (25) strömenden Wassermenge und/oder nach dem Wasserstand im Entspanner (15b) geregelt wird, und zwar derart, daß die Fördermenge mit zunehmender Wassermenge und/oder steigendem Wasserstand erhöht wird.

24. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 23 zur ununterbrochenen Energieerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung derTurbinenleistung im Sinne einer Erhöhung die Öffnung der Entspannerarmatur mit dem höheren Druck (30a) gegenüber derjenigen mit dem niedrigen Druck (30c) verkleinert wird, während im Sinne einer Leistungsverringerung um--gekehrt verfahren wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24 zur ununterbrochenen Energieerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Öffnen der Entspannerarmaturen (30a, b, c) auch der Heißwasserbypaß (38) geöffnet und mit fortschreitender Entladung des Speichergefäßes wieder geschlossen wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25 bei Dampfausfall, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne einer kurzzeitigen Leistungserhöhung das Turbinenventil (37) während der Entladung des Speichergefäßes geöffnet oder seine Öffnung vergrößert wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26 bei Dampfausfall, dadurch gekennzeichnet, daß im normalen Betrieb das Turbinenventil (37) und die Dampfarmatur (29) geöffnet sind, während die Wasserarmatur (28) und die Entspannerarmaturen (30a, b, c) sowie der Heißwasserbypaß geschlossen sind, daß unmittelbar nach dem Ausfall des Dampferzeugers (1) die Entspannerarmaturen (30a, b, c) geöffnet werden und daß nach dem Erreichen der Dampflieferung aus den Entspannern (15a, b, c) das Turbinenventil (3) ganzlich oder bis auf einen geringen Durchsatz von Kühldampf geschlossen wird (Fig. 7).

28. Verfahren zum Laden des Speichergefäßes (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb des Hauptkreislaufes die Fördermenge der Speisewasserpumpe (27) erhöht, die Wasserarmatur (28) geöffnet und die Dampfarmatur (29a, b) ebenfalls geöffnet wird.

29. Verfahren zur ununterbrochenen Energieerzeugung mit Hilfe des Dampfkraftwerkes nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zum Laden des Speichergefäßes () die Dampfarmatur (29) bis zum Druckausgleich und anschließend die Wasserarmatur (28) geöffnet wird, wobei die Dampfarmatur (29) je nach verfügbarer Überschußleistung und die Wasserarmatur (28) in Abhängigkeit von der durch die Dampfleitung (8) strömenden Dampfmenge geregelt werden.