DE3335113A1

DE3335113A1 - Dampfkraftwerk mit einem waermeaustauscher zur auskopplung von fernwaerme

Info

Publication number: DE3335113A1
Application number: DE19833335113
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. Dipl.-Phys. Dr. 6078 Neu-Isenburg Kilian; Miroslav Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Lovincic
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-28
Filing date: 1983-09-28
Publication date: 1985-04-11

Description

Dampfkraftwerk mit einem Wärmeaustauscher zur
Auskopplung von Fernwärme Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk, insbesondere Kernkraftwerk, mit einem Dampferzeuger, einer mehrstufigen Dampfturbine, einem Turbinenkondensator, einem Vorwärmungsstrang für das Speisewasser und mit einem Wärmeaustauscher zur Auskopplung von Fernwärme.
In dem Aufsatz Fernwärmeversorgung durch einen Siedewasserreaktor", Brennst.-Wärme-Kraft 28 (1976), Nr. 11, Nov. Seiten 415 bis 421 sind in Tabelle 5 die Möglichkeiten der Wärmeauskopplung dargelegt. Sie umfassen alle die Dampfentnahme durch Anzapfungen der Turbine. Dies ist dann günstig, wenn der Bedarf an Elektrizität und auszukoppelnder Wärme (bzw. Dampf) schon in der Planungsphase berücksichtigt werden kann, weil dann die physikalisch-technischen Parameter und Leistungsgrößen angepaßt werden können.
Gewisse Probleme ergeben sich jedoch, wenn ausgebaute oder im Bau befindliche Dampfkraftwerke nachträglich an der Wärmeabgabe, d.h. einer Wärmekraftkopplung,beteiligt werden sollen. Die Parameter und Leistungsgrößen sind dann durch Umbauten im Wärmekreislauf des Kraftwerkes nachträglich anzupassen. Bei Großkraftwerken ist der Wärmeabnehmer in der Rgel am Anfang leistungsgemäß relativ unterdimensioniert. Bei Umbau sind technisch ökonomische Maßstäbe (Einfachheit und thermischer Wirkungsgrad) zu berücksichtigen, thermische und dynamische Verhältnisse im Wärmekreislauf (Dampf-Wasser-Kreislauf) sind betriebssicher zu halten und die Sicherheit der ganzen Anlage ist zu gewährleisten. Dafür sucht die Erfindung nach einer günstigen Möglichkeit, damit die Auskopplung von Fernwärme dennoch mit geringerem apparativen Aufwand gelingt.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe liegt bei einem Dampfkraftwerk der eingangs genannten Art der Wärmeaustauscher für die Wärmeauskopplung im Speisewasservorwärmungsstrang eingeschaltet. Bei dieser Lage hinter dem Turbinenkondensator wird durch den Wärmeaustauscher der thermische Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung nicht verschlechtert, weil der Dampfteil nicht bee trächtigt wird. Die Fernwärmeleistung kann dabei bis zu 20% der thermischen Nennleistung des Dampfkraftwerkes betragen. Weiter ist es grundsätzlich möglich, die Wärmeleistung der Dampferzeuger zusätzlich zu erhöhen und damit die elektrische Nennleistung der Kraftanlage beim so zurückgewonnenen Dampf-Nenndurchsatz zu halten, ohne sonstige Umbauten am Dampf-Wasser-Hauptkreislauf vornehmen zu müssen. Dazu wird bei einem Siedewasserreaktor und bei einem Druckwasserreaktor die sich ergebende niedrigere Einspeisetemperatur durch entsprechende Anderung der Brennelemente ausgeglichen.
Bei fossilbefeuerten Dampfkesseln erfordern die sich ergebenden niedrigen Einspeisetemperaturen weder problematische noch teuere Änderungen der Komponenten der Dampfkesselanlage.
Die Erfindung kann vorteilhaft so verwirklicht werden, daß der Wärmeaustauscher im Nebenschluß zu der den Vorwärmungsstrang bildenden Rohrleitung angeordnet ist und vor- und nachgeschaltete Absperrarmaturen aufweist. Damit wird vermieden, daß Störungen am Wärmeaustauscher den Betrieb des Dampfkraftwerkes insgesamt beeinträchtigen.
Dem Wärmeaustauscher kann vorteilhaft eine Pumpe vorgeschaltet sein, weil so die Wärmeauskopplung durch die Förderleistung der Pumpe geregelt werden kann.
Eine besonders für Kernkraftwerke aus Sicherheitsgründen gut geeignete Ausführungsform besteht darin, daß dem Wärmeaustauscher über einen Zwischenkreis ein weiterer Wärmeaustauscher zugeordnet ist, wobei der Druck im Zwischenkreis höher als der Primärdruck des Wärmeaustauschers ist. Damit wird nämlich vermieden, daß Leckagen des Wärmeaustauschers zu einem Austritt von Radioaktivität führen können.
Zur näheren Erläuterung werden anhand der Zeichnung drei Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 in einem vereinfachten Wärmeschaltplan die Anwendung der Erfindung bei einem Siedewasserreaktor, während die Fig. 2 die Anwendung der Erfindung bei einem Druckwasserreaktor darstellt. Die Fig. 3 stellt vereinfacht entsprechend der Fig. 1 den Ersatz des Siedewasserreaktors durch den Kessel eines fossilbefeuerten Kraftwerkes dar.
Der Siedewasserreaktor 1 speist über eine Frischdampfleitung 2 eine Turbine 3, die einen Generator 4 antreibt. Zum Beispiel beträgt die Reaktorleistung 3700 MWthw die Generatorleistung 1300 MWe.
Die Turbine 3 ist mehrstufig ausgebildet. Daraus ergeben sich verschiedene Anzapfmöglichkeiten, wie die Fig.1 zeigt. Neben der Leitung 6, die zum Turbinenkondensator 7 führt, gibt es eine Niederdruckanzapfung 8 zur Beheizung eines ersten Vorwärmers 9, der einer Speisewasserpumpe 10 nachgeschaltet ist. Das im Vorwär- mer 9 vorgewärmte Speisewasser gelangt in einen Sammelbehälter 12, der über eine weitere Anzapfung 13 beheizt wird. Aus dem Sammelbehälter 12 wird das Speisewasser über Speisewasserpumpen 14 in einen weiteren Vorwärmer 15 gefördert, der über eine dritte Anzapfung 16 beheizt wird. In diesem erreicht das Speisewasser seinen Endzustand von zum Beispiel 2150C.
Die Vorwärmer 9 und 15 und der Sammelbehälter 12 bilden zusammen einen Vorwärmungsstrang 17, der über die Speiseleitung 18 zum Siedewasserreaktor 1 führt.
Aus diesem Strang 17 kann mit den strichpunktiert g zeichneten Teilen Fernwärme von einer Leistung bis zu 600 MWth ausgekoppelt werden, die einem Wärmebedarf für ca. 300 000 Anwohner entspricht. Wenn man im Reaktor 1 die thermische Leistung um 600 MWth, d.h. auf 4300 MWth,wie vorher beschrieben, erhöht, dann bleibt auch die elektrische Nennleistung von 1300 MWel erhalten. Für die Wärmeauskopplung ist, vereinfacht beschrieben, ein Umleitungskreislauf mit einem Wärmeaustauscher 21, Absperrventilen 22 und 23 und einer Regel- und Rückschlagarmatur 20 vorgesehen. Dem Wärmeaustauscher 21 ist die Pumpe 24 mit einem regelbaren Antrieb zugeordnet.
Die Sekundärseite des Wärmeaustauschers 21 ist an einen Zwischenkreis 25 angeschlossen. Er umfaXt eine Pumpe 26 und einen Druckhalter 27, mit dem für einen Druck von zum Beispiel 110 bar gesorgt wird. Dieser Druck liegt um 30 bar höher als der Druck im Vorwärmungsstrang 17, so daß Leckagen nicht zu einem Austritt in Richtung des Fernwärmekreises führen können.
In dem Zwischenkreis ist ein zweiter Wärmeaustauscher 30 eingeschaltet. Seine Sekundärseite liegt in einem Fernheizkreis 31 mit einer Pumpe 32, mit dem die Fernwärme zu den nicht weiter dargestellten Verbrauchern übertragen wird. Zur Regelung der Wärmeabgabe ist eine Umleitstation 33 mit einem Bypass 34 vorgesehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Wärme in einem Druckwasserreaktor 35 erzeugt, dessen Primärkreis 36 einen Dampferzeuger 37 und eine Hauptkühlmittelpumpe 38 umfaßt. Der Dampferzeuger speist mit seiner Sekundärseite 40 wiederum eine Turbine 3 zum Antrieb eines Generators 4. Auch der Vorwärmungsstrang 17 ist in gleicher Weise ausgebildet. Er führt mit der Leitung 18 zur Sekundärseite des Dampferzeugers 37 zurück.
Der Vorwärmungsstrang 17 ist wiederum mit einer Armatur 20 versehen. Der parallel zu dieser liegende Fernwärmeaustauscher 21, der durch die Absperrventile 22 und 23 abgetrennt werden kann und mit einer Pumpe 24 beaufschlagt wird, speist hier jedoch unmittelbar die Fernwärmeleitung 31 mit der Pumpe 32. Ein Zwischenkreis erübrigt sich, weil der Dampferzeuger 37 bereits für die Aktivitätsfreiheit im Dampf- und Speisewasserbereich des Dampf-Kraftwerkes sorgt.
In der Fig. 3 ist als Wärmequelle ein fossilbeheizter Kessel 40 dargestellt. Er ergibt zwar höhere Dampftemperaturen und -drücke. Die erfindungsgemäße Fernwärmeauskopplung im Vorwärmungsstrang wird davon jedoch nicht betroffen.
3 Figuren

Claims

Patentansprüche Dampfkraftwerk, insbesondere Kernkraftwerk, mit einem Dampferzeuger, einer mehrstufigen Dampfturbine, einem Turbinenkondensator, einem Vorwärmungsstrang für das Speisewasser und mit einem Wärmeaustauscher zur Auskopplung von Fernwärme, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Wärmeaustauscher (21) für die Wärmeauskopplung im Speisewasservorwärmungsstrang (17) eingeschaltet liegt.
2. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Wärmetaustauscher (21) im Nebenschluß zu der den Speisewasservorwärmungsstrang (17) bildenden Rohrleitung angeordnet ist und vor-und nachgeschaltete Absperrarmaturen (22, 23) aufweist.
3. Dampfkraftwerk nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß dem Wärmeaustauscher (21) eine Pumpe (24) vorgeschaltet ist.
4. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem Wärmeaustauscher (21) über einen Zwischenkreis (25) ein weiterer Wärmeaustauscher (30) zugeordnet ist, wobei der Druck im Zwischenkreis (25) höher als der Primärdruck des Wärmeaustauschers (21) ist.