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Verfahren zum Betreiben eines Zwangdurchlaufdampferzeugers
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zwangdurchlaufdampferzeugers
mit hintereinander geschaltetem Economizer, parallel geschaltetem Strahlungs- und
Berührungsverdampfer, Überhitzer und einem zwischen Verdampfer und Überhitzer angeordneten
Wasserabscheider gegebenenfalls mit Arbeitsmittelrückführung zum Verdampfer.
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Seit einigen Jahren werden aufgrund der nicht vorauszusehenden Entwicklung
auf dem Energiesektor viele Kraftwerke und somit die Dampferzeuger als Schnellstartanlagen
konstruiert und betrieben. Nachteilig bei dieser Betriebsweise ist die sehr große
Wassermenge sowie die langen Anfahrzeiten, die bei der Inbetriebnahme des Dampferzeugers
erforderlich sind. Ein sehr großer Wasserverlust entsteht nach der Außerbetriebnahme
der Feuerung und Abstellung der Dampferzeugereinspeisung und Heißdampfabgabe, da
die wasserführenden Heizflächen zum Ausdampfen und dadurch auch bedingt zum Ausstoßen
des in diesen Heizflächen befindlichen Wassers neigen. Hinzu kommt, daß diese wasserführenden
Heizflächen aufgrund ihrer geodätischen Anordnung leerlaufen können. Betroffen sind
hauptsächlich Dampferzeuger in Einzugbauweise, besonders kombinierte Gas-Dampfturbinenanlagen.
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Hier werden die Dampferzeuger mit zusätzlichen wasserführenden Heizflächen
in Form von Berührungsverdampferheizflächen versehen, die zwischen Überhitzer und
Economizer angeordnet und wasserseitig mit dem Strahlungsverdampfer parallel geschaltet
sind. Diese Berührungsverdampferheizfläche begrenzt bei rascher Lãststeigerung im
Schwachlastbetrieb die Rauchgastemperatur vor dem Vorwärmer. Eine derartige Anlage
ist durch das EVT-Register Nr. 21/1971, S. 15 ff. bekannt geworden. (Anlage: Kraftwerk
Marbach III)
Es bestehen weitere Nachteile bei derartigen Anlagen:
1) Bedingt durch den spezifisch hohen Wasserbedarf beim Anfahren des Dampferzeugers
fällt die Speisewassertemperatur sehr schnell bis weit unter 100 OC ab, da die Beheizung
hierfür nicht entsprechend ausgelegt werden kann.
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Das kalte Speisewasser bringt zwei sehr schwerwiegende Probleme mit
sich: a) Das Speisewasser ist nicht ausgegast; d. h. in den Dampferzeuger gelangen
Korrosionsprodukte wie Sauerstoff, Kohlensäure u. die in keinem Falle erwünscht
sind.
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b) Die fehlende Wasserwärme (bis 120 kcal/kg) muß im Economizer und
im Verdampfer eingebracht werden. Dadurch ist die Sattdampfproduktion und somit
Kühlung der Überhitzer geringer.
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Da beim Anfahren grundsätzlich eine als relativ zu betrachtende "Oberbeheizung"
der Strahlungsüberhitzer vorliegt, verschlechtert die abgesenkte Speisewassertemperatur
erheblich die Voraussetzungen für ein normales Anfahren des Dampferzeugers. Es besteht
die Gefahr, daß die Überhitzer und vor allem die Sammler thermisch überlastet werden.
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Weiterhin bringt die große Speisewassermengenbewegung, wie schon
erwähnt, eine enorme Temperaturänderung mit sich. Dadurch werden die im wasserführenden
Teil des Dampferzeugers liegenden, dickwandigen Bauteile, wie
Abscheider,
Mischstück, Umwälzpumpen u. ä. über ihre zuverlässigen Differenztemperaturen hinaus
geschockt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Zwangdurchlaufdampferzeugers
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das nach der Außerbetriebnahme des Dampferzeugers
das Ablassen von Betriebsmitteln weitgehend verhindert, eine Verringerung der Anfahrzeit
ermöglicht und gleichzeitig die geschilderten Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man nach Außerbetriebnahme
der Feuerung, Abstellen der Einspeisung und Heißdampfabgabe, den Wasserstand in
dem Wasserabscheider bis zu einer Höhe unmittelbar unterhalb des tfberlaufniveaus
zum Oberhitzer ansteigen läßt. Ein weiterer Anstieg des Wasserstandes wird durch
öffnen der Ablaßeinrichtung verhindert und das eventuell anfallende Überschußwasser
mittels der Wasserabscheiderablaufventile abgeführt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung bestehen Mittel zur Druckentlastung
des Economizers in einer Verbindungsleitung mit Absperrventilen zwischen den Entlüftungsleitungen
des Economizers und des Oberhitzers.
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Ferner wird nach der Erfindung die sattdampf führende Leitung zwischen
dem Wasserabscheider und dem Eintritt des Überhitzers über das Niveau des Eintritts
des Economizers geführt.
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Gemäß der Erfindung werden nach Außerbetriebnahme der Feuerung, Abstellen
der Dampferzeugereinspeisung und Heißdampfabgabe die Ventile in der Verbindungsleitung
zwischen der Entlüftungsleitung des Economizers und Überhitzers geöffnet. Danach
bekommt
die Wasserabscheiderablaufregelung den Stillstandssollwert
aufgeschaltet. Die durch Verdampfung und Ausstoßen anfallende Wassermenge füllt
die mit Dampf gefüllten außenliegenden Räume (Abscheider und Verbindungsleitungen).
Dann steigt der Wasserstand langsamer, weil nun der Berührungsverdampfer rückwärts
über seine Austrittsleitung wieder gefüllt wird.
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Wenn die Ausdampfung im Berührungsverdampfer nahezu abgeschlossen
ist, steigt der Wasserstand weiter bis zu der durch die Füllung des Economizers
sich ergebenden Höhenquote an. Bei Erreichen des maximalen Wasserstandes öffnet
sich die AblaB-einrichtung und verhindert das Überlaufen von Wasser in den Überhitzer.
Vor dem Wiederanfahren müssen die Absperrventile in der Verbindungsleitung zwischen
Economizer und Überhitzer geschlossen werden. Der Betriebswasserstandssollwert wird
den Wasserabscheiderablaufregelventilen aufgeschaltet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch das Anheben
des Wasserstandes die wasserführenden Heizflächen ungefähr bis in Höhe des höchst
möglichen Stillstand-Wasserstandes gefüllt bleiben, so daß der Wasserbedarf vor
dem Anfahren äußerst gering ist. Ferner wird bei Anlagen, die sehr oft abgeschaltet
und angefahren werden, eine erhebliche Einsparung der Anfahrzeiten und der Anfahrleistung
erzielt (Wassermenge, Beheizung des Speisewasserbehälters und Strombedarf). Durch
die Hochlegung der sattdampf führenden Leitung zwischen dem Wasserabscheider und
dem Überhitzer kann das Niveau der wasserführenden Heizflächen der Stillstand-Wasserstand
noch weiter angehoben werden. Dadurch bleiben die Heizflächen der Economizer, Berührungs-
und Strahlungsverdampfer gefüllt. Außerdem wird die Abscheidung evtl. geringfügig
verbessert.
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Die Erfindung wird nun am Beispiel einer in der Zeichnung schematisch
dargestellten Anlage näher erläutert: Die Rohrwände 2 des Strahlungsverdampfers
1 bilden die Brennkammer und den Rauchgaszug 4 des Dampferzeugers. Im Rauchgaszug
4 sind, von oben nach unten gesehen, der Economizer 5, der Berührungsverdampfer
6, die erste, zweite, dritte und Endüberhitzerstufen 7,8,9 und 10 angeordnet. Der
Wasserabscheider 11 ist außerhalb des Verdampfers 1 bzw. Rauchgaszuges 4 des Dampferzeugers
angeordnet. Von einer nicht dargestellten Speisepumpe führt die Speisewasserleitung
12 zum Eintritt des Economizers 5. Der Austritt des Economizers 5 ist über die Leitung
13 mit dem Mischgefäß 14 verbunden. Das Mischgefäß 14 ist über die Leitung 15 bzw.
16 mit dem Wasseraustritt des Wasserabscheiders 11 bzw. der Saugseite der Umwälzpumpe
17 verbunden. Die Leitung 18 führt von der Druckseite der Umwälzpumpe 17 zu dem
Wasserverteiler 19. Die Leitungen 20 bzw. 21 führen von dem Wasserverteiler 19 zum
Eintritt des Strahlungs- bzw. Berührungsverdampfers 1 bzw. 6. Der Austritt des Strahlungs-
bzw. Berührungsverdampfers ist über die Leitung 21 bzw. 23 mit dem Wasserabscheider
11 verbunden. Der Sattdampfaustritt des Wasserabscheiders 11 ist über die Leitung
24 mit dem Eintritt der ersten Überhitzerstufe 7 verbunden. Die erste, zweite, dritte
und Endüberhitzerstufen 7,8,9 und 10 sind über Leitungen dampfseitig hintereinander
geschaltet. Der Wasserabscheider 11 ist mit den Ablaßventilen 30 und 31 sowie mit
einem Entlüftungsventil 32 versehen. Die Entlüftungsleitung 33 von dem Austrittssammler
des Economizers 5 ist mit den Ventilen 34 und 35 versehen. Die Entlüftungsleitung
38 von der Sattdampfleitung 24 ist mit dem Ventil 39 versehen.
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Eine Bypassleitung 36 mit dem Ventil 37 führt von der Entlüftungsleitung
38 zu der Entlüftungsleitung 33.