DE3616797A1 - Steam turbine system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a steam turbine system in the Preamble of claim 1 mentioned type.
Durch das Buch "Kraftwerke" von R. Laufen, Springer- Verlag, Berlin 1984, S. 61-64, ist eine Dampfturbinenanlage der betreffenden Art bekannt. Bei einer solchen mit Speise wasservorwärmung arbeitenden Dampfturbinenanlage wird das Speisewasser, indem es von der Kondensat- und Speisewasser pumpe im allgemeinen in zwei Stufen auf den Druck des Dampf erzeugers gefördert wird, vor seinem Eintritt in den Dampf erzeuger in mehreren Stufen mittels Entnahmedampfes aus der Turbine isobar erwärmt. Hierdurch werden Teile der sonst im Kondensator nutzlos abzuführenden Kondensationswärme des Turbinenabdampfes auf geeigneten höheren Temperaturniveaus entsprechend dafür zu wählenden Entnahmedrücken dem Kreis prozeß durch Verwendung zur Vorwärmung des Speisewassers erhalten. Zwar durcheilen die Entnahmedampfmengen nicht mehr ihr gesamtes, sonst verfügbares Enthalpiegefälle in der Turbine, wodurch die Nutzleistung bei gleicher Frischdampf menge etwas abnimmt, insgesamt ergibt sich aber ein besserer Wirkungsgrad durch Annäherung an den Cornot′schen Idealprozeß, wobei die Annäherung um so besser und der thermische Wir kungsgrad des Prozesses um so höher ist, je größer die Zahl der Entnahme- und Vorwärmstufen ist.Through the book "Kraftwerke" by R. Laufen, Springer- Verlag, Berlin 1984, pp. 61-64, is a steam turbine system of the species in question. In such a case with food water preheating steam turbine plant will Feed water by removing it from the condensate and feed water generally pump in two stages to the pressure of the steam producer is promoted before entering the steam generator in several stages using extraction steam from the Turbine isobarically heated. As a result, parts of the otherwise in Condenser heat to be dissipated uselessly Turbine evaporation at suitable higher temperature levels according to the extraction pressures to be selected for the circle process by using to preheat the feed water receive. The extraction steam quantities no longer hurry their entire otherwise available enthalpy gradient in the Turbine, whereby the useful output with the same live steam quantity decreases somewhat, but overall there is a better one Efficiency by approximation to Cornot's ideal process, the approximation the better and the thermal we The higher the number, the higher the degree of efficiency of the process the removal and preheating levels.
Durch das Buch "Empfehlung für Auslegung und Betrieb von Vakuumpumpen bei Dampfturbinen-Kondensatoren", herausgegeben von der "VGB TECHNISCHEN VEREINIGUNG DER GROSSKRAFTWERKS BETREIBER E.V.", zweite Ausgabe 1986, zu beziehen bei der Firma VGB-KRAFTWERKSTECHNIK GMBH- Verlag technisch wissenschaftlicher Schriften - Klinkestr. 27-31, D-4300 Essen, ist es bekannt, zur Evakuierung und Entlüftung eines Dampf turbinenkondensators und damit zur Erhöhrung des thermischen Wirkungsgrades (Erhöhung des Druckgefälles gegen Vakuum) einer Dampfturbinenanlage an deren Kondensator eine Dampf strahlpumpe oder andere Vakuumpumpen anzuschließen. Alle Evakuierungseinrichtungen haben einen Leistungsbedarf. Nur bei der Dampfstrahlpumpe mit Kondensation ergibt sich ein gewisser Wärmerückgewinn, der um so größer ist, je größer der aus dem Kondensator abgesaugte Dampfmassenstrom ist (s. Aufsatz von A. Junior "Die Dampfstrahl-Vakuumpumpe als Wärmepumpe bei der Evakuierung eines Dampfturbinen- Kondensators" in der Zeitschrift "VGB KRAFTWERKTECHNIK", September 1985, S. 829-835.Through the book "Recommendation for the design and operation of vacuum pumps for steam turbine condensers", published by the "VGB TECHNICAL ASSOCIATION OF THE GROSSKRAFTWERKS OPERATORS EV", second edition 1986, to be obtained from VGB-KRAFTWERKSTECHNIK GMBH - publisher of technical and scientific documents - Klinkestr . 27-31, D-4300 Essen, it is known to evacuate and vent a steam turbine condenser and thus to increase the thermal efficiency (increasing the pressure gradient against vacuum) of a steam turbine system to connect a steam jet pump or other vacuum pumps to the condenser. All evacuation facilities have a power requirement. Only with the steam jet pump with condensation does a certain heat recovery result, the greater the greater the vapor mass flow sucked out of the condenser (see article by A. Junior "The steam jet vacuum pump as a heat pump when evacuating a steam turbine condenser" in the magazine "VGB KRAFTWERKTECHNIK", September 1985, pp. 829-835.
Nach diesen beiden bekannten technischen Lehren wird zwar der thermische Wirkungsgrad verbessert, jedoch findet die Verbesserung ihre natürliche Grenze in dem technischen Aufwand. So wird bei der zuerst genannten bekannten Dampfturbinen anlage in der Regel eine Speisewasservorwärmung in höchstens fünf bis zehn Stufen für sinnvoll angesehen. Bei der als zweites genannten bekannten technischen Lehre werden zwar auch mehrstufige Dampfstrahlvakuumpumpen verwendet, jedoch ist auch dabei der technische Aufwand nur in Grenzen zweckmäßig, und die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades hat seine natürlichen Grenzen.According to these two known technical teachings the thermal efficiency improves, but finds the Improve their natural limit in technical effort. This is the case with the first-known steam turbines usually a feed water preheating in at most five to ten levels considered sensible. At the as second known technical teaching mentioned multi-stage steam jet vacuum pumps are also used, however the technical effort is only useful within limits, and has the improvement in thermal efficiency its natural limits.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dampf turbinenanlage der betreffenden Art zu schaffen, bei der der thermische Wirkungsgrad bei vertretbarem Aufwand noch weiter verbessert ist.The invention has for its object a steam to create turbine plant of the type in question, in which the thermal efficiency with reasonable effort even further is improved.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.The object underlying the invention is achieved by solved the teaching specified in the characterizing part of claim 1.
Der Grundgedanke dieser Lehre gemäß der Erfindung besteht darin, durch den Einsatz eines oder mehrerer Dampfstrahl kompressoren Dampfteilströme niedriger Enthalpiezustände auf einen jeweils höheren Enthalpiezustand anzuheben und zur Kondensatvorwärmung auf diesem Niveau zu nutzen. Die ent sprechenden, nicht mehr erforderlichen Entnahmeteilströme verbleiben in der Dampfturbine und erzeugen zusätzliche Leistung. Dementsprechend verbessert sich der thermische Wirkungsgrad des thermodynamischen Prozesses und damit der Dampfturbinenanlage.The basic idea of this teaching according to the invention is in it, through the use of one or more steam jets compressors steam partial flows of low enthalpy states to raise a higher enthalpy state and to Use condensate preheating at this level. The ent speaking, no longer required part streams remain in the steam turbine and generate additional ones Power. The thermal improves accordingly Efficiency of the thermodynamic process and thus the Steam turbine plant.
Ein Zusatzwärmetauscher mit zugehörigem Dampfstrahlkom pressor kann zwischen jedem Wärmetauscher für das Speise wasser angeordnet werden, wobei der Treibdampf für den Dampf strahlkompressor entweder von der Entnahmestelle abgeleitet ist, die mit dem Wärmetauscher verbunden ist, der mit dem mit dem Dampfstrahlkompressor verbundenen Zusatzwärmetauscher nachfolgenden Wärmetauscher verbunden ist, oder mit einer Entnahmestelle höheren oder gar des höchsten Druckes. Hier durch kann sich unter Umständen ein noch höherer Leistungs gewinn ergeben. Bei allen diesen Ausführungsformen gilt, daß ein Teil des Entnahmedampfes zur Verdichtung von Dampf nie drigeren Druckes verwendet und zusammen mit diesem zur Teil vorwärmung des Kondensats ausgenutzt wird. Dabei wird nicht nur die Wärme des Entnahmedampfes (Treibdampf), sondern auch sein Arbeitsvermögen genutzt. Hieraus ergibt sich eine Ver besserung des Gesamtwirkungsgrades.An additional heat exchanger with associated steam jet comm pressor can be placed between any heat exchanger for the food Water are arranged, the motive steam for the steam jet compressor either derived from the extraction point which is connected to the heat exchanger which is connected to the the additional heat exchanger connected to the steam jet compressor subsequent heat exchanger is connected, or with a Tapping point higher or even the highest pressure. Here This may result in an even higher performance result in profit. In all of these embodiments applies that part of the extraction steam to compress steam never used pressure and together with this in part preheating the condensate is used. It won't only the heat of the extraction steam (motive steam), but also used his work ability. This results in a ver improvement in overall efficiency.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Zusatz wärmetauscher zwischen Kondensator und dem nachfolgenden ersten Wärmetauscher der Reihe von Wärmetauschern für das Speisewasser angeordnet, wobei die Entnahmestelle niederen Druckes die Abdampfseite der Dampfturbine ist. Nach dieser Lehre wird also ein Teilstrom des Abdampfes vor dem Eintritt in den Kondensator entnommen und zur Vorwärmung des Kondensats genutzt, seine Wärme also dem Kondensat stromabwärts hinter der Kondensatpumpe zugeführt. Dies erfolgt mittels des Dampf strahlkompressors. Sein Saugdampf ist ein Teil des dem Kon densator zugeführten Abdampfes, der ohnehin kein Arbeits vermögen mehr hat. Dabei ist der Kondensationsdruck in dem Zusatzwärmetauscher zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Menge des Saugdampfes von dem Abdampf ein Maximum ist.According to a development of the invention is an addition heat exchanger between the condenser and the downstream one first heat exchanger of the series of heat exchangers for the Feed water arranged, the tapping point lower Pressure is the exhaust steam side of the steam turbine. After this Teaching thus becomes a partial flow of the exhaust steam before entering removed into the condenser and for preheating the condensate used, so its heat downstream of the condensate fed to the condensate pump. This is done using the steam jet compressor. Its suction steam is part of the Kon evaporator supplied vapor, which is no work anyway has more assets. The condensation pressure is in the Additional heat exchanger expediently chosen so that the Amount of suction steam from the exhaust steam is a maximum.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawing explained in more detail.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Dampfturbinenanlage gemäß der Erfindung, Fig. 1 shows schematically an embodiment of a steam turbine plant according to the invention,
Fig. 2 zeigt den unteren Teil der Fig. 1 mit einer Weiterbildung der Erfindung. Fig. 2 shows the lower part of Fig. 1 with a development of the invention.
In Fig. 1 ist ein Dampferzeuger 1 über eine Leitung 2 mit einer Hochdruckstufe 3 einer Dampfturbine 4 verbunden, deren Ausgang als Entnahmestelle 5 über eine Leitung 6 mit einer Mitteldruckstufe 7 verbunden ist, die zwei Entnahmestellen 8 und 9 aufweist, von denen die letztere über eine Leitung 10 mit einer Niederdruckstufe 11 verbunden ist, die Entnahme stellen 12 bis 15 aufweist. Eine Welle 16 der Dampfturbine 4 ist mit einem elektrischen Generator 17 verbunden.In Fig. 1, a steam generator 1 is connected via a line 2 to a high-pressure stage 3 of a steam turbine 4 , the outlet of which is connected as a tapping point 5 via a line 6 to a medium-pressure stage 7 , which has two tapping points 8 and 9 , the latter of which are via a line 10 is connected to a low-pressure stage 11 which has removal points 12 to 15 . A shaft 16 of the steam turbine 4 is connected to an electrical generator 17 .
Die Entnahmestelle 15 ist die Abdampfseite der Dampf turbine 4 und über eine Leitung 18 mit einem Kondensator 19 verbunden, in dem der Abdampf in bekannter Weise kondensiert wird.The removal point 15 is the exhaust steam side of the steam turbine 4 and is connected via a line 18 to a condenser 19 , in which the exhaust steam is condensed in a known manner.
Das Kondensat des Kondensators 19 gelangt über eine Leitung 20, eine Kondensatpumpe 21 sowie über Wärmetauscher 22 bis 27 und Speisewasserpumpe 34 zurück in den Dampferzeuger 1, wobei den genannten Wärmetauschern 22 bis 27 jeweils Zusatz wärmetauscher 28 bis 33 vorgeschaltet sind.The condensate of the condenser 19 passes through a line 20 , a condensate pump 21 and via heat exchangers 22 to 27 and feed water pump 34 back into the steam generator 1 , the heat exchangers 22 to 27 being connected upstream of the additional heat exchangers 28 to 33 .
Die Entnahmestelle 5 ist über eine Leitung 35 mit dem Wärmetauscher 27 verbunden, die Entnahmestelle 8 ist über eine Leitung 36 mit dem Wärmetauscher 26 verbunden, die Entnahme stelle 9 ist über eine Leitung 37 mit dem Wärmetauscher 25 verbunden, und die Entnahmestellen 12 bis 14 sind mit den Wärmetauschern 24, 23 und 22 über Leitungen 38, 39 und 40 verbunden.The tapping point 5 is connected via a line 35 to the heat exchanger 27 , the tapping point 8 is connected via a line 36 to the heat exchanger 26 , the tapping point 9 is connected via a line 37 to the heat exchanger 25 , and the tapping points 12 to 14 connected to the heat exchangers 24 , 23 and 22 via lines 38 , 39 and 40 .
Die Zusatzwärmetauscher 28 bis 33 sind jeweils über Lei tungen 41 bis 46 mit der Kompressionsseite von Dampfstrahl kompressoren 47 bis 52 verbunden, wobei die Saugseite des Dampfstrahlkompressors 47 über eine Leitung 53 mit der Leitung 18 von der Entnahmestelle 15 der Dampfturbine (Abdampfseite) verbunden, während diejenige des Dampfstrahlkompressors 48 mit der Leitung 40 von der Entnahmestelle 14, diejenige des Dampfstrahlkompressors 49 mit der Leitung 39 von der Entnahme stelle 13, des Dampfstrahlkompressors 50 mit der Leitung 38 von der Entnahmestelle 12, des Dampfstrahlkompressors 51 mit der Leitung 37 von der Entnahmestelle 9 und diejenige des Dampfstrahlkompressors 52 mit der Leitung 36 von der Entnahme stelle 8 verbunden ist.The auxiliary heat exchanger 28 to 33 are each obligations over Lei 41 to 46 with the compression end of the steam jet compressor 47 is connected to 52, wherein the suction side of a steam jet compressor 47 via a line 53 to the line 18 from the sampling point 15 of the steam turbine (waste-steam) while that of the steam jet compressor 48 with the line 40 from the removal point 14 , that of the steam jet compressor 49 with the line 39 from the removal point 13 , the steam jet compressor 50 with the line 38 from the removal point 12 , the steam jet compressor 51 with the line 37 from the removal point 9 and that of the steam jet compressor 52 is connected to the line 36 from the extraction point 8 .
Die beschriebene Dampfturbinenanlage arbeitet wie folgt: Der Turbinenabdampfstrom in der Leitung 18 gibt bei be kannten Dampfturbinenanlagen der betreffenden Art seine ge samte Wärme im Kondensator 19 an die Umgebung (Flußwasser, Seewasser, Luft) ab. Die gesamte abgeführte Wärme geht daher für den Kreislauf verloren.The steam turbine system described works as follows: The turbine exhaust stream in line 18 gives his entire heat in the condenser 19 to the environment (river water, sea water, air) in known steam turbine systems of the type in question. All of the heat dissipated is therefore lost to the circuit.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des Abdampfstromes vor Eintritt in den Kondensator 19 über die Leitung 53 der Saug seite eines Dampfstrahlkompressors 47 zugeführt, dessen Treib seite mit der Leitung 40 und damit mit der Entnahmestelle 14 und dessen Kompressionsseite über Leitung 41 mit dem Zusatz wärmetauscher 28 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Wärme des Teilabdampfstromes in der Leitung 53 dem Kondensat stromabwärts hinter der Kondensatpumpe 21 zugeführt, ohne daß zusätzliche Energie eingesetzt wird. Die Treibseite des Dampfstrahlkompressors 47 kann auch mit einer Entnahmestelle höheren Druckes verbunden sein, was in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie von dem Dampfstrahlkompressor 47 zu der Leitung 38 von der Entnahmestelle 12 angedeutet ist.According to the invention, part of the exhaust steam flow is fed into the condenser 19 via line 53 of the suction side of a steam jet compressor 47 , the drive side of which is connected to line 40 and thus to the extraction point 14 and its compression side is connected via line 41 to the additional heat exchanger 28 . In this way, the heat of the partial evaporation stream in line 53 is supplied to the condensate downstream of the condensate pump 21 without the use of additional energy. The drive side of the steam jet compressor 47 can also be connected to an extraction point of higher pressure, which is indicated in the drawing by a dashed line from the steam jet compressor 47 to the line 38 from the extraction point 12 .
Der Kondensationsdruck in dem Zusatzwärmetauscher 28 ist so gewählt, daß mit dem vorhandenen Druck des Treibdampfes für den Dampfstrahlkompressor 47 ein Maximum an Saugstrom über die Leitung 53 und Leitung 18 von der Entnahmestelle 15 abge saugt und damit in dem Zusatzwärmetauscher 28 kondensiert wird.The condensation pressure in the additional heat exchanger 28 is selected so that with the existing pressure of the motive steam for the steam jet compressor 47 a maximum of suction flow is sucked off via the line 53 and line 18 from the tapping point 15 and is thus condensed in the additional heat exchanger 28 .
Die Aufwärmung, die der Kondensatstrom in dem Zusatz wärmetauscher 28 durch den zusätzlichen Saugstrom über Leitung 53 erhält, verringert die erforderliche Aufwärmspanne in dem nachfolgenden Wärmetauscher 22. Dementsprechend verringert sich der Entnahmedampfstrom in der Leitung 40, der zur Errei chung der vorgesehenen Endtemperatur in dem Zusatzwärme tauscher 22 erforderlich ist, um einen entsprechenden Teil strom. Dieser Teilstrom verbleibt in der Turbine, kann also weiter expandieren und erzeugt somit eine zusätzliche mechanische bzw. elektrische Leistung.The warming-up which the condensate flow in the additional heat exchanger 28 receives through the additional suction flow via line 53 reduces the required warm-up period in the subsequent heat exchanger 22 . Accordingly, the extraction steam flow in line 40 , which is required to achieve the intended end temperature in the additional heat exchanger 22 , is reduced by a corresponding partial flow. This partial flow remains in the turbine, so it can expand further and thus generates additional mechanical or electrical power.
Fig. 2 zeigt den unteren Teil der Fig. 1 zur Erläuterung einer Weiterbildung der Dampfturbinenanlage gemäß Fig. 1. Die Weiterbildung besteht darin, daß mit dem Dampfstrahl kompressor 47 mehrere Dampfstrahlkompressoren 54 und 55 über Leitungen 58, 59, 60 und 61 parallelgeschaltet sind, die mit dampfseitig getrennten, mit dem dem Dampfstrahlkompressor 47 zugeordneten Zusatzwärmetauscher 28 wasserseitig in Reihe geschalteten Zusatzwärmetauscher 56 und 57 zusammenarbeiten, in denen die Drücke stromabwärts entsprechend den steigenden Temperaturen in den Zusatzwärmetauschern 57, 56 und 28 an steigen. Durch die Aufteilung des Dampfstrahlkompressors in mehrere parallele Stufen erhöht sich der Saugstrom aus der Leitung 18 und damit zusätzlich der Leistungsgewinn. Fig. 2 shows the lower part of FIG. 1 to explain a further development of the steam turbine system according to FIG. 1. The further development consists in that several steam jet compressors 54 and 55 are connected in parallel via lines 58 , 59 , 60 and 61 with the steam jet compressor 47 , with steam side separate, with the cooperating the steam jet compressor 47 associated auxiliary heat exchanger 28 on the water side in series additional heat exchangers 56 and 57, in which the pressures downstream according to the increasing temperatures in the additional heat exchangers 57, rise 56 and 28 at. By dividing the steam jet compressor into several parallel stages, the suction flow from line 18 and thus additionally the performance gain increases.
Für die Arbeitsweise der Zusatzwärmetauscher 29 bis 33 und der zugehörigen Dampfstrahlkompressoren 48 bis 52 gilt das Entsprechende.The same applies to the mode of operation of the additional heat exchangers 29 to 33 and the associated steam jet compressors 48 to 52 .
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