DE3042782A1

DE3042782A1 - Dampfkraftanlage

Info

Publication number: DE3042782A1
Application number: DE19803042782
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. 6800 Mannheim Wieser
Original assignee: WIESER DR RUDOLF
Current assignee: WIESER DR RUDOLF
Priority date: 1980-11-13
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1982-06-09

Description

I)ampfkraftanlage.
Bisher wurden bei Dampfkraftanlagen zur Steigerung des thermischen Wirkungsgrades hohe Dampfdrücke, Kondensation bei Vakuun, Überhitzung des Frischdampfes, Zwischenüberh@tzung und Speisewasserentnahmevorwärmung mittels Turbinenanzapfdampfes angewendet. Moderne konventionelle Dampfblöcke erreichen hierdurch thermische Wirkungsgrade zwischen 42 und 45 %. (Lampferzeugerwirkungsgrade mit berücksichtigr. ) Zur weiteren Steigerung des thermischen wirkungsgrades bei Dampfkraftanlagen wird eine solche mit Speisewasserentnahmevorwärmung, Überhitzung des Hochdruckdampfes, Kondensation des Abdampf es bei Vakuum und gegebenenfalls einer oder mehreren Zwischenüberhitzungen vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß im Bereich des expandierenden Arbeitsdampfes, d.h. im Bereich der Dampfturbine wenigstens ein kekuperator angeordnet ist, der im Betrieb die Überhitzung des teilentspannten Arbeitsdampfes vor dessen Restexpansion reduziert und vom Speisewasser als wärmeaufnehmenden @edium durchströmt ist. (Teilweise Enthitzung des Arbeitsdampfes).
Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Speisewasservorwärmtemperatur beachtlich über die derzeit üblichen maximalen Werte zu steigern (die bisher angewendete höchste Speisewasser-@orwärmtemperatur beträgt 3100C) und in weiterer Folge die primären Wärmemengen des Dampfprozesses bei höheren (mitt@eren) Temperaturen zuzuführen, was - nach dem 2. iiauptsatz der Wämelehre - den thermischen Wirkungsgrad verbessert.
Dabei beträgt während des Nennlastbetriebes der Dampfdruck im bzw. in den Rekuperator(en) zwischen 3 und 20 br, vorzugsweise aber etwa 5 - 10 bar.
Der bzw. die Rekuperator(en) ist bzw. sind dampfseitig zwischen dem (letzten) Mitteldruckgehäuse der Dampfturbine und deren Niederdruckgehäuse(n) angeordnet, wobei die Dampfturbinenanlage gegebenenfalls auch als Zweiwellensatz ausgebildet ist.
Um bei Turbinenschnellschluß eine unzulässig hohe Über-@rehzahl zu vermeiden, ist dampfseitig hinter dem bzw. den Rekuperator(en) wenigstens ein Schnellschlußorgan angeordnet.
Zur Erreichung einer möglichst hohen Speisewasservorwärmtemperatur ist bzw. sind der bzw. die F.ekuperator(en) speisewasserseitig parallel zu wenigstens einem, vorzugsweise aber zu allen entnahmeseitigen Damptenthitzern geschaltet.
Dabei beträgt im Betrieb bei Nennlast die Speisewasservorwärmendtemperatur (= Speisewassereintrittstemperatur in den Dampferzeuger) wenigstens 330°C, vorzugsweise liegt sie aber nahe unter oder über der kritischen Temperatur des Wassers von 374°C.
Die Dampftemperatur am Austritt des Rekuperators bzw.
der Rekuperatoren beträgt bei Nennlast 250 - 50000.
Wird durch die rekuperative Speisewasservorwärmung die kritische Temperatur des Wassers von 37400 erreicht bzw.
äberschritten (d.h. das Speisewasser wird auf rekuperativem ege zur Verdampfung gebracht), dann wirkt bzw. wirken nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Dampferzeuger bzw.
die Dampferzeuger bei Nennlast nur noch als Hochdrucküberhitzer.
Dies bedingt, daß die Vorwärmtemperatur der Verbrennungsluft des Dampferzeugers bzw. der Dampferzeuger wenigstens 350°C, vorzugsweise aber ca. 4000C betragen muß.
Anstelle von Wasser kann für die vorgeschlagene rieuc Dampfkraftanlage in an sich bekannter Weise auch ein (chmisch) anderer Stoff als Arbeitsmedium verwendet werden.
Zur Erreichung einer hohen Speisewasservorwärmendtemperatu ist weiters der Rekuperatur bzw. sind die Rekuperatoren spelsewasserseitig den Hochdruckvorwärmern - wenigstens teilweise -nachgeschaltet.
In den Zeichnungen sind eine Ausführungsform der neuen Immpfkraftanlage als Schaltung und zwei Temperatur-Entropie-Diagramme für Wasser dargestellt.
Es zeigt: Fig. 1 das Schaltschema der neuen Dampfkraftanlage mit teilweiser Enthitzung des Arbeitsdampfes und mit einfacher Zwiscnenüberhitzung.
Fig. 2 das Temperatur-Entropie-Diagramm der in Fig. 1 schaltungsmäßig dargestellten Dampfkraftanlage.
Fig. 3 das Temperatur-Entropie-Diagramu. der neuen Dampfkraftanlage mit teilweiser Enthitzung des Arbeitsdampfes und zweifacher Zwischenüberhitzung.
Bei der in Fig. 1 schaltungsmäßig dargestellten neuen Dampfkraitanlage strömt der Hochdruckdampf vom Dampferzeuger 1 über den Hochdrucküberhitzer 2 und die Frischdampfleitung 3 zum Hochdruckgehäuse 4a der Dampfturbine 4.
Nach teilweiser Entspannung des Dampfes im Hochdruckturbinengehäuse 4a strömt der Dampf über die "kalte" Zwischenüberhitzerleitung 5 zum Zwischenüberhitzer 6 und von diesem über die "heiße" Zwischenüberhitzerleitung 7 zum Mitteldruckgehäuse 4b der Dampfturbine 4, wo - bei ennlast - eine weitere Entspannung bis auf ca. 7 bar erfolgt.
In der dampfseitigen Verbindungsleitung 8 zwischen Mitteldruckgehäuse 4b und Niederdruckgehäuse 4c der Dampfturbine 4 ist ein Rekuperator 9 angeordnet, in dem die Überhitzung des Arbeitsdampfes teilweise reduziert und diese @berhitzungsw@@@@e an das Speisewasser abgegeben wird. (Teilweise Enthitzung des Arbeitsdampfes.) Hinter dem Rekuperator 9 befindet sich dampfseitig Fig Schnellschlußorgan 10, das im Falle des Turbinenschnellwsch@usses schließt.
Aus dem Niederdruckgehäuse 4c der Dampfturbine 4 str£nft deren Abdarnpf über die beiden Abdampfleitungen 11 in den Kondensator 12 wo er niedergeschlagen wird.
Aus dem kondensator 12 wird das kondensat durch die kondensatpumpe 13 und die drei Niederdruck-Entnahmevorwärmer 14, 15, 16 über die Kondensatleitung 17 in den Speisewasserbehälter 18 gefördert.
Die beiden Speisepumpen 19, 20 fördern das Speisewasser vom Speisewasserbehälter 18 zunächst über die Speiseleitung 21 über die vier Hochdruck-Entnahmevorwärmer 22, 23, 24, 25 und darm durch die vier entnahmjeseitigen Dampfenthitzer 2C, 2'7, 29 und den Rekuperator 9 zurück in de, Dampferzeuger 1. Dabei sind die vier entnahmeseitigen Dampfenthitzer 26, 27, 28, 29 und der Rekuperator -9 speisewasserseitig parallel zueinander geschaltet.
Die Entnahmedampfleitungen 30, 31, 1 , 32 und 33 führen Entnahmedampf aus der Dampfturbine 4 zu den Niederdruck-Vorwärmern 14, 15 und 16 sowie zum Speisewasserbehälter 18. Die Entnahmeleitungen 34, 35, 36 und 37 führen Entnahmedampf von der Dampfturbine 4 über die entnahmeseitigen Dampfenthitzer 29, 28, 27 und 26 zu den /Speisewasservorwärmern 22, 23, und 25. Hochdruck- Die Dampfturbine 4 treibt den elektrischen Generator 38.
In Fig. 2 ist das Temperatur-Entropie-Diagramm der in Fig. 1 dargestellten-neuen Dampfkraftanlage gezeichnet.
Der Hochdruck-Dampf expandiert im Hochdruck-Turbinengemäuse 4a von 260 bar und 70000 auf 40 bar und nach Zwischenüberhitzung auf wiederum 7000C expandiert der Arbeitsdampf im Kitteldruck-Turbinengehäuse 4b auf 7 bar und 410°C. Im Rekuperator 9 erfolgt die Reduktion der Dampftemperatur von 4100C uf 3000C. Anschließend erfolgt die Restexpansion im Niederdruck-Turbinengehäuse 4c auf Kondensatordruck (Vakuum). Die regenerative Vorwärmung des Speisewassers beträgt 350°C. (Speisewassereintrittstemperatur in den Dampf,erzeuger 1.) In Fig. 3 ist das Temperatur-Entropie-Diagramm einer neuen Dampfkraftanlage mit teilweiser Enthitzung des Arbeitsdampfes und mit zweifacher Zwischenüberhitzung dargestellt.
Die Dampfturbine eines solchen Dampfprozesses hat außer einem Hochdruck- und einem Niederdruckgehäuse ein Mitteldruckgehause 1 und ein Mitteldruckgehäuse 2.
Der Hochdruck-Dampf expandiert von 260 bar und 7000C auf 80 bar, und nach der ersten Zwischenüberhitzung (ZÜ 1) auf wiederum 700°C expandiert der Arbeitsdampf im Mitteldruck-Turbinengehäuse 1 auf 22 bar. Nach der zweiten Zwischenüberhitzung (ZÜ II) auf nochmals 7000C expandiert der Dampf im Mitteldruck-Turbinengehäuse 2 auf 7 bar und 47000. Im Rekuperator 9 erfolgt die Reduktion der Dampftemperatur von 4700C auf 3000C (teilweise Enthitzung des Arbeitsdampfes). Anschließend erfolgt die Restexpansion des Dampfes im Niederdruck-Turbinengeh@ @e 4e auf Kondensatordruck. Die regenerative Vorwärmung des Speisewassers erfolgt bis über die kritische Temperatur des Wassers von 3740C auf 39000.
Der in Fig. 3 dargestellte Dampfprozeß hat einer nach höheren thermischen Wirkungsgrad als der in Fig. 2 dargestellte.
weil die Zufuhr der primären Wärme bei höheren mittleren T@mperaturen erfolgt.
L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Dampfkraftanlage mit Speisewasserentnahmevorwärmung, @berhitzung des Hochdruckdampfes, Kondensation des Abdampfes und gegebenenfalls einer oder mehreren Zwischenüberbitzungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des expandierenden Arbeitsdampfes, d.h. im Bereich der Dampfturbine (4) wenigstens ein Rekuperator (9) angeordnet ist, der im Betrieb die Überhitzung des teilent-Spannten Arbeitsdampfes vor dessen Restexpansion reduziert und vom Speisewasser als wärmeaufnehmenden lledi.um durchströmt ist.
2. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes im bzw. in den Rekuperator(en) (9) bei Nennlast der Dampfdruck zwischen 3 und 20 bar, vorzugsweise aber etwa 5 - 1C bar beträgt.
3. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Rekuperator(en) (9) dampiseitig zwischen dem (letzten) Ksitteldruckgehäuse (4b) der Dampfturbine (4) und deren Niederdruckgehäuse(n) (4c) angeordnet ist bzw. sind, wobei die Dampfturbinenanlage gegebenenfalls auch als Zweiwellensatz ausgebildet ist.
4. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem bzw. den Rekuperator(en) (9) dampfseitig wenigstens ein Schnellschlußorgan (10) angeordnet ist.
5. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Rekuperator(en) (9) speisewasserseitig parallel zu wenigstens einem, vorzugsweise aber zu allen entaahrueseitigen Dampfenthitzern (26, 27, 28, 29) geschaltet ist bzw. sind.
6. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, aab im Betrieb bei Nennlast die Speisewasservorwärmendtemperatur (Eintrittstemperatur des Speisewassers in den Dampferzeuger 1) wenigstens 33000 beträgt.
7. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb bei Nennlast die (Speisewasser-)Vorwärmendtemperatur über der kritischen Temperatur des Wassers von 37400 liegt.
8. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampftemperatur am Austritt des Rekuperatere (9) bzw.

der Rekuperatoren bei Nennlast 250 - 5000C beträgt.
9. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1 und 7,- dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Dampferzeuger (1) bei Nennlast mlr noch als Hochdrucküberhitzer (2) des Dampfes wirkt bzw. wirken.
10. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1 für die Verbrennung konventioneller Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmtemperatur der Verbrennungsluft des Dampfereugers (1) bzw.

der Dampferzeuger bei Nennlast wenigstens 35000 beträgt.
11. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Wasser in an sich bekannter Weise ein anderes (cshemisches) Arbeitsmedium verwendet ist.
12. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Rekuperator(en) (9) speisewasserseitig wenigstens einem, vorzugsweise aber allen Bochdruck-Speisewasservorwärmern (22, 23, 24, 25) nachgeschaltet ist bzw. sind.