DE2652135C2 - Dampfkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage, insbe- « sondere zur Ausnutzung von Kernenergie, mit wenigstens einer mehrstufigen Dampfturbine, einem Speisewasser-Entgaser-Mischvorwärmer mit zugeordnetem Speisewasserbehälter, mindestens einer nachgeschalteten Speisewasserpumpe, sowie mit einem frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzer, dessen Kondensatableitung mit dem Entgaser-Mischvorwärmer in Verbindung steht.

Bei einer bekannten Anlage dieser Art wird das dem Entgaser-Mischvorwärmer zugeführte Speisewasser durch Heizdampf aufgeheizt, der dem Hochdruckteil der Dampfturbine entnommen ist (DE-OS 21 64 576). Hierdurch ist der Heizdampfdruck im Entgaser-Mischvorwärmer vom Betriebszustand der Dampfturbine abhängig. Im Beharrungszustand der Anlage weist das so Speisewasser im zugeordneten Speisewasserbehälter — oft ist dieser mit dem Entgaser-Mischvorwärmer zu einer Baueinheit zusammengefaßt — eine dem Heizdampfdruck entsprechende Temperatur auf. Bei Laständerungen der Turbine ändert sich der Dampfzustand des der Dampfturbine entnommenen Heizdampfes und damit der Zustand des Heizdampfes im Entgaser-Mischvorwärmer, so daß Lastminderungen der Dampfturbine zu Druckabsenkungen im Dampfraum des Entgaser-Mischvorwärmers führen mit der Folge von Ausdampfungen des Speisewassers im zugeordneten Speisewasserbehälter. Schnelle oder gar plötzliche Druckabsenkungen verursachen daher Dampfbildung im Ansaugbereich der Speisewasserpumpe und führen zu einem Abreißen des Speisewasser-Förderstromes. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Höhendifferenz zwischen Speisewasserbehälter und Speisewasserpumpe gering und somit der Druck an der Speisewasserpumpe ungefähr mit dem Druck im Speisewasserbehälter gleich ist

Gegen diesen Nachteil der bekannten Dampfkraftanlage hilft auch nicht die dort vorgesehene Ableitung des Kondensates, das im frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzer anfällt, in den Entgaser-Mischvorwärmer. Dies ist darin begründet, daß bei der bekannten Anlage eine Ableitung des Zwischenüberhitzer-Kondensates in den Entgaser-Mischvorwärmer nur für den sehr seltenen Fall eines Ausfalls jener Kondensatpumpe vorgesehen ist, weiche das Zwischenüberhitzer-Kondensat dem Dampferzeuger zuführen soll.

Bei Laständerungen einer Dampfturbine von einer höheren zu einer niedrigeren Belastung ist in einer Übergangsphase die Heizdampfzufuhr von der Turbine zum Entgaser-Mischvorwärmer unterbrochen. Diese Übergangsphase beginnt mit dem Eintriü der Lastminderung und endet mit Erreichen eines neuen Beharrungszustandes bei niedriger Turbinenleistung. Unmittelbar nach dem Eintritt der Lastminderung entspricht der Dampfdruck im Entgaser-Mischvorwärmer dem der Leistungsminderung vorausgegangenen thermischen Gleichgewichtszustand. Zeitgleich mit der Lastminderung der Dampfturbine tritt eine Verringerung des Druckes des dem Hochdruckteil entnommenen Heizdampfes auf. Im Dampfraum des Entgaser-Mischvorwärmers herrscht während der geschilderten Übergangsphase ein höherer Heizdampfdruck als an dem über eine Verbindungsleitung mit dem Entgaser-Mischvorwärmer verbundenen Hochdruckteil der Dampfturbine. Ein Rückflußverhinderer in der Verbindungsleitung unterbindet das Rückströmen von Heizdampf vom Entgaser-Mischvorwärmer zur Turbine.

Bei Lastminderung der Dampfturbine verringert sich meist auch die Temperatur des in den Entgaser-Mischvorwärmer eingeleiteten Speisewassers. In der Übergangsphase erfolgt die Beheizung dieses Speisewassers ausschließlich aus dem Wärmeangebot des heißen Speisewassers des Speisewasserbehälters. Hierbei tritt ein Druckabbau im Dampfraum des Entgaser-Mischvorwärmers auf, der mit Erreichen des Heizdampfdruckes, welcher der verringerten Dampfturbinenleistung entspricht, zum Stillstand kommt. Zum Schutz der Anlage muß die Druckabsenkungsgeschwindigkeit im Dampfraum des Entgaser-Mischvorwärmers bei Lastminderung der Dampfturbine in Grenzen gehalten werden.

Bei ausreichend groß dimensioniertem Speisewasserbehälter tritt ein Selbstregel-Effekt auf, der schnellen Druckabsenkungen entgegenwirkt. Je größer die Wasseroberfläche im Speisewasserbehälter ist, umso intensiver erfolgt eine Ausdampfung heißen Speisewassers in den Dampfraum des Entgaser-Mischvorwärmers, und je größer die im Speisewasserbehälter vorhandene Speisewassermenge ist, umso langsamer erfolgt der Druckabfall im Entgaser-Mischvorwärmer. Die Dimensionierung des Speisewasserbehälters unter Berücksichtigung vorstehender Gesichtspunkte ist jedoch sehr kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dampfkraftanlage der eingangs genannten Art auf eirirache, kostengünstige Weise derart weiterzubilden, daß rasche oder plötzliche Leistungsminderungen der Dampfturbine und dadurch ausgelöste Druckabsenkungen im Entgaser-Mischvorwärmer keinen störenden Einfluß auf den Betrieb der Speisewasserpumpe ausüben, die an den zum Entgaser-Mischvorwärmer gehörenden Speisewasserbehälter angeschlossen ist Darüber hinaus soll die Anlage in hohem Maße sämtlichen betrieblichen Anforderungen gewachsen sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Dampfkraftanlage der eingangs genannten Art in zwei Ausführungen vorgeschlagen.

Die erste Ausführungsform besteht darin, daß ein Kondensat-Entspannungsgefäß in die Kondensatableitung vom Zwischenüberhitzer zum Entgaser-Mischvorwärmer geschaltet ist, und daß eine Leitung den Dampf aus dem Kondensat-Enispannungsgefäß in den Entgaser-Mischvorwärmer einführt. Das im frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzer anfallende Kondensat wird somit nach seiner Umwandlung in Dampf als Wärmequelle zur Beheizung des Entgaser-Mischvorwärmers benutzt. Da der vom Dampferzeuger kommende Frischdampf auf konstanten Druck und konstante Temperatur geregelt ist, weist das Kondensat des Zwischenüberhitzers konstanten Druck und konstante Temperatur auf, so daß auch der Druck und die Temperatur des aus dem Kondensat gewonnenen Dampfes konstant, das heißt unabhängig von der Belastung oder von Laständerungen der Dampfturbine sind. Da die vorbeschriebene Dampfversorgung des Entgaser-Mischvorwärmers während der gesamten Betriebszeit der Anlage aufrechterhalten bleibt, wird daher selbst bei schnellen oder plötzlichen Lastminderungen der Dampfturbine der Entgaser-Mischvorwärmer auch in der Übergangsphase, beginnend mit dem Eintritt der Lastminderung und endend mit dem Erreichen eines neuen Beharrungszustandes bei niedriger Leistung der Dampfturbine, mit Heizwärme von praktisch unverändertem Zustand versorgt. Damit ist eine unzulässig schnelle Druckabsenkung im Entgaser-Mischvorwärmer sowie im Speisewasserbehälter vermieden, daher eine Dampfbildung im Ansaugbereich der Speisewasserpumpe unterbunden und die Betriebssicherheit der Anlage beträchtlich erhöht. Ein weiterer Vorteil ist darin ?u sehen, daß die Größe des Speisewasserbehälters und/oder die Höhendifferenz zwischen Speisewasserbehälter und Ansaugstutzen der Speisewasserpumpe gegenüber der Anlage gemäß dem Stand der Technik ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit wesentlich verringert werden kann.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß ein Kondensat-Entspannungsgefäß in die Kondensatableitung vom Zwischenüberhitzer zum Entgaser-Mischvorwärmer geschaltet ist, daß eine Leitung den Dampf aus dem Kondensat-Entspannungsgefäß in den Entgaser-Mischvorwärmer einführt, und daß in die Zulaufleitung vom Speisewasserbehälter zur Speisewasserpumpe mindestens ein Speisewasserkühler eingeschaltet ist. Durch die gegenüber der ersten Ausführungsform der Erfindung zusätzliche Einschaltung eines Speisewasserkühlers wird die Temperatur des der Speisewasserpumpe zufließenden Speisewassers so weit verringert, daß zusätzliche Sicherheit gegen Betriebsstörungen der Speisewasserpumpe infolge Dampfbildung bei Leistungsminderungen der Dampfturbine gegeben ist Diese Maßnahme läßt eine noch weitergehende Verringerung der Speisewssserbehältergröße und/oder der Höhendifferenz zwischen Speisewasserbehälter und Speisewasserpumpe zu. Zu bemerken ist noch, daß die Lehre der Erfindung besonders für Leichtwasser-Kernkraftwerke geeignet ist, da solche Anlagen in der Regel mit frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzern ausgerüstet sind

Vorteilhaft ist der Speisewasserkühlsr in eine zum Entgaser-Mischvorwärmer führende Speisewasserleitung eingeschaltet Hierdurch ist eine besonders einfache Kühlung des Speisewassers bei gleichzeitiger Vorwärmung des dem Speisewasserbehälter zufließenden Speisewassers erreicht

Weitere Vorteile und Vorzüge der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor, die das Schaltschema einer Dampfkraftanlage gemäß der Erfindung zeigt.

Ein zur Dampferzeugung eingesetzter Wärmetauscher 1 ist primärseitig unter Zwischenschaltung einer Umwälzpumpe 2 mit einem Druckwasserreaktor 3 zur Beheizung verbunden. Der auf der Sekundärseite des Wärmetauschers 1 erzeugte Dampf wird über die Frischdampfleitung 4 der Hochdruckstufe 5 der Turbine zugeführt Vor Dampfeintritt in die Hochdruckstufe 5 sind Steuer- und Regelventile vorgesehen, die der Einfachheit halber durch ein einziges Turbinen-Dampfeinlaßventil 6 dargestellt sind. Der in der Hochdruckstufe 5 teilweise entspannte Dampf wird über die Leitung 7 unter Zwischenschaltung eines Wasserabscheiders 8 der Primärseite eines als Oberflächenwärmetauscher ausgebildeten Zwischenüberhitzers 9 zugeführt, der über eine Leitung 40 an die Frischdampfleitung 4 angeschlossen ist. Der hier erhitzte Dampf wird anschließend über eine Leitung 10 weiteren Turbinenstufen 11, 12 zugeführt. Die gemeinsame Welle aller Turbinenstufen treibt einen elektrischen Generator 13.

Der in den Turbinenstufen 11 und 12 entspannte Dampf tritt über die Leitung 14 in die Primärseite des Dampfkondensators 15 ein, der ebenfalls als Oberflächenwärmetauscher ausgebildet ist. Die Sekundärseite dieses Dampfkondensators wird über Leitungen 16 mit einem Wärmeträger zur Abführung der Kondensationswärme beaufschlagt.

Das im Dampfkondensator 15 anfallende Kondensat wird unter Zwischenschaltung einer Förderpumpe 17 einer Kondensat-Aufbereitungsanlage 18 zugeführt. Hier wird das Kondensat entsprechend den Forderungen der Salzreinheit im Dampf-Wasser-Kreislauf zu Speisewasser aufbereitet. Über eine weitere Förderpumpe 19 wird das Speisewasser einer Gruppe von zum Beispiel drei hintereinandergeschalteten Niederdruck-Speisewasservorwärmern 20, 21, 22 zugeführt, die als Oberflächen-Vorwärmer ausgebildet sind. Der zur Beheizung der Niederdruck-Speisewasservorwärmer erforderliche Heizdampf wird über Leitungen 23,24,25 aus ungesteuerten Anzapfungen der Turbine bezogen, die aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Vom Niederdruck-Speisewasservorwärmer 22 wird das Speisewasser über eine Speisewasserleitung 26 einem Entgaser-Mischvorwärmer 27 zugeführt. Dieser ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kaskaden-Wärmetauscher in einem auf den Speisewasserbehälter 28 aufgesetzten Dom untergebracht. Das an der höchsten Stelle in den Entgaser-Mischvorwärmer 27 eintretende Speisewasser rieselt über die treppenförmi-

gen Kaskaden 29 nach unten zum Speisewasserbehälter 28. Hierbei wird das Speisewasser vom zugeführten Heizdampf unmittelbar beheizt und thermisch entgast. Anstelle den Entgaser-Misch vorwärmer mit dem Speisewasserbehälter zu einer Baueinheit zusammenzufassen, können diese auch getrennt und durch Rohrleitungen miteinander verbunden sein.

Vom Speisewasserbehälter 28 wird das erwärmte und entgaste Speisewasser über die Primärseite eines Speisewasserkühlers 30, dessen Sekundärseite in die zum Entgaser-Mischvorwärmer 27 führende Speisewasserleitung 26 eingeschaltet ist, der Speisewasserpumpe 31 zugeleitet. Diese fördert das Speisewasser über drei hintereinandergeschaltete Hochdruck-Speisewasservorwärmer 32, 33, 34 dem als Dampferzeuger dienenden Wärmetauscher 1 zu, so daß der Dampfkreislauf geschlossen ist. Diese Anordnung entspricht der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei der ersten Ausführungsform ist kein Speisewasserkühler 30 vorhanden, die Speisewasserleitung 26 führt unmittelbar zum Entgaser-Mischvorwärmer 27 und die Speisewasserpumpe 3t ist direkt an den Speisewasserbehälter 28 angeschlossen. Diese erste Ausführungsform ist ihrer Einfachheit wegen in der Zeichnung nicht besonders dargestellt.

Der zur Beheizung der Hochdruck-Speisewasservorwärmer erforderliche Heizdampf wird über Leitungen 35, 36, 37 aus ungesteuerten Anzapfungen der Turbine bezogen, die aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.

Um den Entgaser-Mischvorwärmer 27 samt Speisewasserbehälter 28 umgehen zu können, ist die Bypaßleitung 38 vorgesehen, die ein Absperrventil 39 aufweist. Das aus dem Niederdruck-Speisewasservorwärmer 22 austretende Speisewasser kann in besonderen Betriebsfällen, unmittelbar über die Bypaßleitung 38 der Speisewasserpumpe 31 zugeführt werden.

Der Zwischenüberhitzer 9 wird über die Leitung 40 mit Dampf aus der Frischdampfleitung 4 versorgt. Das anfallende Kondensat wird über den Kondensatabfluß- "o regler 41 und einer Kondensatableitung 42 in Form einer Leitung in das Kondensat-Entspannungsgefäß 43 eingeleitet. Das Entspannungsgefäß 43 steht mit dem Dampfraum des Entgaser-Mischvorwärmers 27 über eine Leitung 45 mit eingeschaltetem Rückflußverhinderer 44 in Verbindung. Entsprechend dem Wärmeangebot des Zwischenüberhitzer-Kondensates einerseits und dem Wärmeaufnahmevermögen des Entgaser-Mischvorwärmers 27 andererseits stellt sich im Entspannungsgefäß 43 ein bestimmter Dampfdruck ein, wobei keine äußeren Regeleingriffe erforderlich sind.

Bei einem dem thermischen Gleichgewichtszustand im Entspannungsgefäß 43 entsprechenden Druck wird das heiße über die Kondensatableitung 42 in das Entspannungsgefäß 43 eingeleitete Kondensat in Dampf und Entspannungskondensat umgeformt. Der durch Entspannung freigesetzte Dampf wird als Heizdampf über die Leitung 45 dem Entgaser-Mischvorwärmer 27 zugeführt. Das Entspannungskondensat aus dem Entspannungsgefäß 43 kann über eine Leitung 46 in den Dampfraum des Niederdruck-Speisewasservorwärmers 22 abgeleitet werden. Zusammen mit den Heizdampfkondensaten der Niederdruck-Oberflächenvorwärmer 22,21,20 gelangt das Entspannungskondensat aus dem Entspannungsgefäß 43 in den Dampfkondensator 15.

Mit der Beheizung des Entgaser-Mischvorwärmers 27 aus einer von der Belastung der Turbine im Druck- und Temperaturniveau unabhängigen Wärmequelle, nämlich mit dem aus dem Kondensat des frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzers 9 gewonnenen Dampf, werden Druckabsenkungen in dem mit dem Entgaser-Mischvorwärmer 27 verbundenen Speisewasserbehälter 28 und deren Folgen auf die Förderung der Speisewasserpumpe 31 bei schnellen oder plötzlichen Leistungsminderungen des Turbosatzes vermieden.

Der Wärmetausch zwischen dem dem Entgaser-Mischvorwärmer 27 zugeführten Speisewasser und dem aus dem Speisewasserbehälter 28 der Speisewasserpumpe 31 zugeführten Speisewasser gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung stellt zusätzlich sicher, daß die Speisewassertemperatur vor der Speisewasserpumpe niedriger ist, als die dem Zulaufdruck zugeordnete Siedetemperatur, wodurch Ausdampfungen von Speisewasser im Ansaugbereich der Speisewasserpumpe mit größter Sicherheit vermieden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dampfkraftanlage, insbesondere zur Ausnutzung von Kernenergie, mit wenigstens einer mehrstufigen Dampfturbine, einem Speisewasser-Entgaser-Mischvorwärmer mit zugeordnetem Speisewasserbehälter, mindestens einer nachgeschalteten Speisewasserpumpe sowie mit einem frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzer, dessen Kondensatableitung mit dem Entgaser-Mischvorwärmer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensat-Entspannungsgefäß (43) in die Kondensatableitung (42) vom Zwischenüberhitzer (9) zum Entgaser-Mischvorwärmer (27) geschaltet ist, und daß eine Leitung (45) den Dampf aus dem Kondensat-Entspannungsgefäß (43) in den Entgaser-Mischvorwärmer (27) einführt

2. Dampfkraftanlage, insbesondere zur Ausnutzung von Kernenergie, mit wenigstens einer mehrstufigen Dampfturbine, einem Speisewasser-Entgaser-Mischvorwärmer mit zugeordnetem Speisewasserbehälter, mindestens einer nachgeschalteten Speisewasserpumpe sowie mit einem frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzer, dessen Kondensatableitung mit dem Entgaser-Mischvorwärmer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensat-Entspannungsgefäß (43) in die Kondensatableitung (42) vom Zwischenüberhitzer (9) zum Entgaser-Mischvorwärmer (27) geschaltet ist, daß eine Leitung (45) den Dampf aus dem Kondensat-Entspannungsgefäß (43) in den Entgaser-Mischvorwärmer (27) einführt, und daß in die Zulaufleitung (52) vom Speisewasserbehälter (28) zur Speisewasserpumpe (3i) mindestens ein Speisewasserkühler (30) eingeschaltet ist.

3. Dampfkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasserkühler (30) zur Wärmeabfuhr in eine zum Entgaser-Mischvorwärmer (27) führende Speisewasserleitung (26) eingeschaltet ist.