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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Anordnung für
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die Speisewasservorwärmung bei einem Kraftwerk, -mit Kraftwerkskesselanlage
und Dampfturbinenanlage, wobei die Dampfturbinenanlage mit einer Mehrzahl n von
Entnahmestellen für Anzapfdampf mit dem Dampfdruck pn sowie der Sättigungsdampftemperatur
Tn versehen ist (Pn < pn+1; Tn < Tn+1) und die Kraftwerkskesselanlage für
jede Entnahmestelle einen Speisewasservorwärmer aufweist, der eine Anzapfdampfzuführung
für den Anzapfdampf pn, Tn der zugeordneten n-ten Entnahmestelle aufweist, wobei
fernerhin zwischen einem n-ten sowie einem (n+1)-ten Speisewasservorwärmer ein Ergänzungsspeisewas
servorwärmer angeordnet ist, dem über eine von der zum n-ten Speisewasservorwärmer
führenden Anzapfdampfzuführung abgezw<'igte Teilstromleitung mit Pumpe Anzapfdampf
der n-ten Anzapfstelle mit einem gegenüber pn erhöhtem Dampfdruck pm und gegenüber
Tn erhöhter Temperatur Tm (bei pm < pn+1; Tm < Tn+1) zuführbar ist.
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Dampfturbinenanlagen, bei denen eine Mehrzahl von Entnahmestellen
für Anzapfdampf mit dem Dampfdruck Pn sowie der Sättigungsdampftemperatur T vorgesehen
ist und bei denen die Kraftwerkskesseln anlage für jede Entnahmestelle einen Speisewasservorwärmer
aufweist, der in der beschriebenen Weise eine Anzapfdampfzuführung besitzt, sind
typisch für die sog. Regenerativvorwärmung des Speisewassers bei Kraftwerken. Es
ist bekannt, daß die Regenerativvorwärmung bei Dampfkraftwerken eine Verbesserung
des Wirkungsgrades bewirkt. Es ist auch bekannt, daß der Wirkungsgrad mit
steigender
Anzahl der Speisewasservorwärmer steigt und daß theoretisch ein Maximalwert mit
unendlichstufiger Speisewasservorwärmung erreicht wird. Zur Erreichnung dieser thermodynamischen
Wirkung ist jedoch eine entsprechende Anzahl der Entnahme stellen für den Anzapfdampf
erforderlich. Aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen ist die Anzahl der
Speisewasservorwärmer in der Praxis auf vier bis elf begrenzt. Aus technologischen
Gründen ist es darüber hinaus sehr aufwendig und häufig sogar unmöglich, nachtrago
lich die Anzahl der Entnahmestellen bei einer installierten Anlage zu verbessern.
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Bei der bekannten gattungsgemäßen Anlage (US-PS 32 38 729) ist nur
ein Ergänzungsspeisewasservorwärmer mit einer Pumpe vorgesehen Die Pumpe ist eine
Strahlpumpe in Form eines Ejektors, welche Strahlpumpe mit Dampf der <n+1)-ten
Anzapfstelle getrieben wird Die konkrete Lehre der bekannten gattungsgemäßen Ausführungsform
geht dahin, die Speisewasservorwärmung in den einzelnen Speisewasservorwärmern in
zwei Sektionen durchzuführen In der jeweils ersten Sektion darf ein hoher Druckverlust
auftreten, während die jeweils zweite Sektion einen geringen Druckverlust aufweist.
Beide Sektionen werden mit Dampf derselben Anzapfstelle versorgt. Die zweite Sektion
bringt gleichsam die Verluste der ersten Sektion zurück. Bedingung dafür ist, daß
die übertragene Wärmemenge in der jeweils ersten Sektion sehr groß gegenüber der
der zweiten Sektion ist. Ein zusätzlicher Druckverlust in der ersten Sektion kann
in Kauf genommen werden, weil die zweite Sektion diesen Druckverlust wieder zurtekgewinnt.
Der zusätzliche Druckverlust kann beispielsweise verwendet werden, um Dampf einer
niedriger liegenden Anzapfung zu verdichten und anschließend zu kondensieren, -
was mit Hilfe des Ejektors geschieht. Die Aufheizspanne
in der
druckverlustbehafteten, am Ausgang des Ejektors liegenden Sektion ist groß und beträgt
etwa 75 bis 85 % der gesamten Aufheizspanne zwischen den beiden, d. h. der n-ten
und der (n+1)-ten Anzapfstelle. Die restliche geringe Aufheizung in der zweiten
Sektion, die also 25 bis 15 % der gesamten Aufheizsoanne ausmacht, erlaubt folglich
eine wirtschaftliche Auslegung des Speisewasservorwärmers, der diese zweite Sektion
hildet. Da diese Sektion die Druckverluste der ersten Sektion zurückgewinnt, kann
diese Sektion überdimensioniert werden1 was wirtschaftliche Vorteile sowohl für
den Vorwärmer der zweiten Sektion als auch den der ersten Sektion bringt. Im Ergebnis
liegt bei der bekannten gattungsgemäßen Ausführungsform die Temperatur (Tm - Tn)
bei (Tn+1 - Tn) . 0,75 bis (Tn+1 - Tn) 0,85. Die zugehörigen Drücke liegen entsprechend.
Die Wirkung, die nach den einleitenden Ausführungen durch eine Erhöhung der Anzahl
der Anzapfstellen mit zugeordneten Speisewasservort;rmern erreicht wird, nämlich
eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades, kann so auch nicht annähernd erreicht
werden.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Anordnung so weiter auszubilden, daß die thermodynamische Wirkung einer Erhöhung
der Anzahl der Anzapfstellen und damit der Speisewasservorwärmer und Vorwärmstufen
erreicht wird, ohne daß die Anzahl der Anzapfstellen erhöht werden muß.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß zwischen einem
n-ten und einem (n+1)-ten SpeisewasservorwHrmer eine Mehrzahl von j, j E 1, Ergänzungsspeisewasservorwärmern
angeordnet ist, die in bezug auf die Speisewasservorwärmung in Reihe geschaltet
sind, daß diese ; Ergänzungsspeisewasservorwärmer über als mechanische Verdichter
ausgeführte Pumpen sämtlich mit Anzapfdampf der n-ten Anzapfstelle
versorgbar
sind, und daß die mechanischen Verdichter für eine Verdichtung der ihnen jeweils
zugeführten Teilströme auf eine Temperatur größer als Tn mit Temperaturstufen von
maximal (Tn+1 Tn)/(j + ), bei entsprechenden Drücken, ausgelegt sind Nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung sind j mechanische Verdichter vorgesehen und diese
in Reihe geschaltet Das kann so geschehen, daß nach jedem Kompressor ein Teilstrom
zur Versorgung des nachgeschalteten Ergänzungsspeisewasservorwärmers entnommen wird
Um die mechanischen Verdichter zu schonen, empfiehlt es sich, die Anordnung so zu
treffen, daß den Speisewasservorwarmern sowie den Ergänzungsspeisewasservorwärmern
ein Enthitzer nachgeschaltet ist, über den der Anzapfdampf mit dem Dampfdruck pn
sowie der Sättigungstemperatur Tn geführt ist.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der erfindungsgemäßen
Anordnung mit einem mechanischen Verdichter oder Kompressor überraschenderweise
ein thermodynamischer Gewinn zu erzielen ist, der ein Mehrfaches des im Rahmen der
bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen erzielbaren Gewinns beträgt, wobei dieser Gewinn
mit , d. h. mit der Anzahl der Ergänzungsspeisewasservorwärmer zwischen einer Anzapfstelle
n und einer Anzapfstelle n+1, wächst. Ist j z. B. 2, so lehrt die Erfindung, daß
die einzelnen Aufheizspannen etwa 1/3 der gesamten Temperaturdifferenz betragen.
Dementsprechend verringert sich die Anzapfmenge der Temperatur Tn+1 um 2/3. Die
nun eingesparten 2/3 der ursprünglichen Dampfmenge Tn, können in der Turbine von
Tn+1 auf T expandieren und somit zusätzliche Arbeit leisten. Das entn spricht einer
Verbesserung von mehr als dem Dreifachen gegenüber dem bei der bekannten gattungsgemäßen
Ausführungsform erreichbaren Gewinn, - wie exakte Untersuchungen gezeigt haben.
Eine Verbesserung auf das Doppelte erreicht man selbst dann,
wenn
man bei der bekannten Ausführungsform den Ejektor oder die Strahlpumpe durch einen
mechanischen Verdichter in Form eines Kompressors ersetzen würde, der übrigens gegenüber
der erfidungsgemäßen Anordnung erheblich größer sein und für höhere Leistung ausgelegt
werden müßte.
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Grundsätzlich ist es bekannt (CH-PS 547 944), in einen Vorwärmerstrang
mechanische Verdichter einzusetzen, und zwar zur Verdichtung von niedergespanntem
Dampf und anschließenden Versorgung eines Hochdruckvorwärmers. Das hat zur Lösung
der Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, bisher nichts beigetragen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die in der Figur dargestellte Anordnung dient zur Speisewasservorwärmung
bei einem Kraftwerk mit Kraftwerkskesselanlage und Dampfturbinenanlage. Die Kraftwerkskesselanlage
sowie die Dampfturbinenanlage entsprechen grundsätzlich dem üblichen Aufbau und
wurden daher nicht gezeichnet. Die Dampfturbinenanlage besitzt eine Mehrzahl von
Entnahme stellen für Anzapfdampf mit Dampfdruck sowie Sättigungs-Dampf temperatur
T . Dem entsprechen die gezeichneten Anzapfdampfzuführungen 1. Die Kraftwerkskesselanlage
besitzt für jede Entnahmestelle einen Speisewasservorwärmer 2, der für den Anzapfdampf
Pn, Tn der zugeordneten Entnahmestelle ausgelegt ist. Ein weiterer (n+1)-ter Speisewasservorwärmer
2 schließt sich an. Im übrigen sind zwischen dem n-ten sowie dem
(n+1)-ten
Speisewasservorwärmer 2 im Ausführungsbeispiel zwei Ergänzungsspeisewasservorwärmer
3 angeordnet. Von der zum n-ten Speisewasservorwärmer geführten Anzapfdampfzuführung
1 ist eine mit zumindest einem mechanischen Verdichter 4 ausgerüstete Teilstromleitung
5 abgezweigt, mit deren Verdichter 4 dieser Anzapfdampfteilstrom auf den Dampfdruck
pm sowie die Sättigungsdampf temperatur T verdichtbar ist. Im übrigen ist die Anordnung
so m getroffen, daß die Teilstromleitung 5 ihrerseits eine Abzweigleitung 6 mit
einem weiteren Verdichter 7 aufweist, die entsprechend zu dem zweiten Ergänzungsspeisewasservorwärmer
3 geführt ist. Die Verdichter 5, 6 sind für eine Verdichtung des ihnen zugeführten
Teilstromes auf jeweils etwa 1/3 der bestehenden Temperaturspanne eingerichtet.
Ein Erhitzer 8 ist nachgeschaltet, über den der Anzapfdampf mit dem Dampfdruck Pn
sowie der Sättigungsdampftemperatur Tn geführt ist. - Die Speisewasservorwärmer
2, 3 mögen als Oberflächenapparate oder als Mischvorwärmer ausgeführt sein. Die
zur Mischvorwärmung notwendigen Pumpen wurden nicht gezeichnet. - Wie beschrieben
kann mehrfach an verschiedenen Stufen n, n+1 verfahren werden.
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Im Rahmen der Lehre der Erfindung entspricht die Angabe (Tn+1 - Tn)/(j+1)
für die Temperaturstufen dem theoretischen Idealfall. Er ist wegen der unvermeidbaren
Irreversibilitäten nicht erreichbar. Definiert man im Zusammenhang damit eine dimensionsiose,
gleichsam als Wirkungsgrad aufzufassende Größe @, die in der Praxis im Bereich von
0,5 bis 0,9 liegt, so ergibt sich für die Temperaturstufen der Ausdruck @(Tn+1 -
Tn)/(j+1) - und die mechanischen Verdichter arbeiten defacto auf diesen Wert
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