DE3808006A1 - Direktdurchsatzkessel mit superkritischem druck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Direktdurchsatzkessel mit superkritischem Druck der Art, bei dem Kesselwasser, das in Kesselfeuerung-Wandrohren in Dampf umgewandelt wird, in einem Überhitzer weiter erwärmt und dann einer Haupt­ turbine zugeführt wird.

Vorhandene Konstantdruck-Direktdurchsatz- oder -durchlauf­ einheiten mit superkritischem Druck sind für Grundkraft­ werkbetrieb ausgelegt. Aufgrund des zunehmenden Anteils von Kernkraftwerksstrom und der Vergrößerung der Strom­ bedarfsdifferenz zwischen Jahreszeiten oder zwischen Tag und Nacht werden für die Zukunft im Hinblick auf eine wirtschaftliche Nutzung einer Kraftanlage erweiterte Lastregelfähigkeiten mit sehr häufigem Abschalten und An­ fahren während der Nacht gefordert.

Derzeitige Kessel (boilers) für Grundlast(betrieb) (base load) sind nahezu ausschließlich mit Konstantdruck ar­ beitende Anlagen, bei denen der Dampfdruck für eine Last konstant ist. Andererseits besteht eine Turbine aus einer Kombination von Leit- und Laufschaufeln, die als ge­ schlossener, von Strömungsmittel durchströmter Strömungs­ durchgang angesehen werden kann; wenn dabei die Last auf eine Teillast reduziert wird und damit die Dampfdurch­ satzmenge abnimmt, ist es bei einer entsprechenden Ab­ nahme des Drucks am Turbineneinlauf im Hinblick auf die Abstimmung der Charakteristika auf den Kessel nötig, den Druck am Turbineneinlauf zu verringern. Wenn der Dampf­ druck am Turbineneinlauf niedrig gehalten werden kann, ist es aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig, auch den Kesseldruck herabzusetzen (Betrieb mit variablem Druck).

Fig. 11 ist ein Dampfdurchlaufdiagramm eines herkömmlichen Direktdurchsatzkessels.

Dabei wird das von einem nicht dargestellten Kondensator kommende Wasser durch eine Kessel-Speisewasserpumpe 1 im Druck erhöht und dann in einem Hochdruck-Speisewasserer­ hitzer 2 und einem Vorwärmer 3 erwärmt. Dieses erwärmte Speisewasser durchströmt sodann ein Kesselfeuerung-Wand­ rohr (wall tube) 4, ein Kessel-Drosselventil 5 sowie Über­ hitzer 6 und 8, um dadurch weiter erwärmt zu werden. Wäh­ rend dieses Durchlaufs wird die Temperatur des erwärmten Speisewassers durch einen Temperaturminderer 7 auf eine für eine Hauptturbine (Hochdruckturbine) 9 nötige Tempera­ tur eingestellt, während sein Druck durch das Drosselven­ til 5 (grundsätzlich nur für Teillast) geregelt wird.

Beim beschriebenen grundsätzlichen Dampfsystem fur einen Direktdurchsatz- oder -durchlaufkessel kann das aus dem Wandrohr 4 ausströmende Wasser auf einen Druck eingestellt werden, der für die Hauptturbine 9 bei einer geringeren Last als einer bestimmten Teillast erforderlich ist. Die Druckminderung durch eine solche Drosselung durch das Drosselventil 5 ist jedoch mit den folgenden Problemen verbunden.

Da das Drosselventil 5 ständig unter schwierigen Betriebs­ bedingungen mit großer Druckdifferenz arbeitet, ist seine Standzeit kurz, so daß das Drosselventil periodisch aus­ gewechselt werden muß und damit seine Wartung aufwendig ist.

Da weiterhin der Dampf einer Äquienthalpieänderung im Drosselventil 5 unterworfen ist und keine Arbeit leistet, bedeutet die Druckminderung in diesem Abschnitt einen An­ lagenverlust.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Direkt­ durchsatzkessels mit superkritischem Druck, bei dem die kurze Standzeit und der Wartungskostenaufwand für das Kessel-Drosselventil vermieden werden und auch der An­ lagenverlust (plant loss) infolge der Druckminderung am Drosselventil ausgeschaltet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Direktdurchsatzkessel mit superkritischem Druck, bei dem Kesselwasser, das in Kessel­ feuerung-Wandrohren in Dampf überführt wird, in einem Überhitzer weiter erwärmt und dann einer Hauptturbine zu­ geführt oder eingespeist wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Kesselfeuerung-Wandrohren Kessel-Drossel­ ventile und eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung nachge­ schaltet sind.

Dabei besteht ein besonderes Merkmal der Erfindung darin, daß die Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine Kessel-Drossel­ turbine ist.

Diese Ausführungsform kennzeichnet sich weiterhin dadurch, daß die Wärmerückgewinnungsvorrichtung zwischen einem primären Überhitzer und einem Endstufen- oder End-Über­ hitzer angeordnet ist.

Gemäß einem anderen Merkmal kennzeichnet sich die Er­ findung dadurch, daß die Wärmerückgewinnungsvorrichtung zwischen den Kesselfeuerung-Wandrohren und einem primären Überhitzer angeordnet ist.

Bei der vorstehend umrissenen Konstruktion kann die Druck­ minderung oder -senkung des Dampfes mittels der Wärme­ rückgewinnungsvorrichtung anstelle der Kessel-Drossel­ ventile erfolgen.

Da erfindungsgemäß eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung, wie eine Turbine o.dgl., den Kesselfeuerung-Wandrohren nachgeschaltet ist und eine Dampfdruckminderung durch diese Vorrichtung anstelle von Drosselventilen erfolgen kann, kann das Auswechselintervall des Drosselventils ver­ längert sein, so daß der Wartungsaufwand für das Drossel­ ventil herabgesetzt ist.

Da weiterhin die Druckenergie durch die Wärmerückgewin­ nungsvorrichtung rückgewonnen und in eine andere Energie­ art umgewandelt wird, ist der Anlagenwirkungsgrad im Ver­ gleich zu dem Fall verbessert, in welchem diese Vorrich­ tung nicht vorgesehen ist. (In bevorzugter Ausführungs­ form der Erfindung, bei welcher auf noch zu beschreibende Weise eine Kessel-Drosselturbine und ein elektrischer Ge­ nerator vorgesehen sind, kann beispielsweise der Anlagen­ wirkungsgrad um 0,6-5,0% verbessert sein.)

Bei Verwendung einer Kessel-Drosselturbine (boiler throttle turbine) als Wärmerückgewinnungsvorrichtung ist darüber hinaus der (Wieder-)Aufbauaufwand geringer als bei einer Regeldruck-Feuerungskonstruktion, bei welcher die gesamte Feuerung umgebaut (reconstructed) ist; mit der Erfindung werden somit bessere Ergebnisse erzielt als mit der Regel­ druckfeuerung.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen zweier ver­ schiedener Ausführungsformen von Direktdurch­ satzkesseln mit superkritischem Druck gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer mit variablem Druck (oder Regeldruck) arbeitenden Anlage ge­ mäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Generator durch eine Kessel- Drosselturbine angetrieben wird,

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Beispiels für die Beziehung zwischen einer Hauptturbinenaus­ gangsleistung und einem Hauptdampfdruck,

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines Beispiels für eine Änderung der Dampftemperatur am Auslaß oder an der Ausgangsseite einer Hauptturbinen- Drehzahlregelstufe,

Fig. 6 eine graphische Darstellung des spezifischen Wärmeverbrauchs einer Hauptturbine,

Fig. 7 und 8 ein i-S-Diagramm bzw. ein T-S-Diagramm einer Anlage im Teillastbetrieb (during partial loading),

Fig. 9 eine graphische Darstellung einer Druckdifferenz über ein Kessel-Drosselventil und eines ent­ sprechenden adiabatischen Wärmeabfalls im Be­ trieb mit variablem Druck bzw. im Regeldruckbe­ trieb,

Fig. 10 eine graphische Darstellung des Wirkungsgrad- Verbesserungsgrads einer Regeldruckbetriebsan­ lage mit einer Kessel-Drosselturbine und

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Hauptdampf­ systems bei einem herkömmlichen Direktdurch­ satzkessel.

Fig. 11 ist eingangs bereits erläutert worden.

In den Fig. 1 bis 10 sind den Teilen von Fig. 11 ent­ sprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert.

In Fig. 11 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher Kessel-Drosselventile 5 Kessel­ feuerung-Wandrohren nachgeschaltet und einem primären Überhitzer 6 vorgeschaltet sind und als Wärmerückgewin­ nungsvorrichtung eine kleine Kessel-Drosselturbine 12 zwischen dem primären Überhitzer 6 und einem End-Über­ hitzer 8 angeordnet ist, so daß der diese Turbine 12 durchströmende Dampf dem End(stufen)-Überhitzer 8 zuge­ führt werden kann.

Der aus den (Kesselfeuerung-)Wandrohren ausströmende Dampf wird dabei insbesondere zunächst in einem Feuerungs­ auslaß-Sammler 10 gesammelt, sodann durch Kessel-Drossel­ ventile 5 oder -Drosselumleitventile 11 geleitet und im primären Überhitzer 6 erwärmt. Sodann durchströmt dieser überhitzte Dampf Drosselturbinen-Umleit- oder -Über­ brückungsventile 14 nach Betreiben (upon tripping) einer Kessel-Drosselturbine 12 oder im Lastbereich, in welchem die Drosselturbine 12 nicht benutzt wird, beispielsweise unter Nennlast (100% Last) oder unter einer leichten Last (etwa 25% Last oder weniger). Im Lastbereich, in welchem die Drosselturbine 12 benutzt wird, z.B. bei einer Last von 25-90% (im Fall des 90%-Regeldrucks), durchströmt dagegen der Dampf die Drosselturbine 12, wodurch der Dampfdruck auf den für die Haupt(hochdruck)turbine 9 (Fig. 11) erforderlichen Wert verringert wird, um einen Generator 13 (oder einen Verdichter) anzutreiben und elektrischen Strom zu erzeugen (bzw. den wiedererhitzten Druck vorzuspannen). Dieser durch die Drosselturbine 12 druckgeminderte Dampf wird dann einer Temperaturregelung oder -einstellung mittels eines Temperaturminderers 7 un­ terworfen und anschließend über einen End-Überhitzer 8 zu einer Hauptturbine geleitet.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Kessel-Drosselturbine 12 in einer Strecke angeordnet ist, welche die den Kesselfeuerung- Wandrohren nachgeschalteten Drosselventile 5 umgeht.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, bei wel­ cher eine Drosselturbine in eine Strecke zu den Über­ hitzern eingeschaltet ist, wird der aus den Kesselfeuerung- Wandrohren ausströmende Dampf zunächst in einem Feuerungs­ auslaß-Sammler 10 gesammelt. Dieser gesammelte (gathered) Dampf wird dann durch die Drosselturbine 12 auf einen Druck gesenkt, der für eine Haupt(hochdruck)turbine er­ forderlich ist, um einen Generator 13 (oder einen Ver­ dichter) anzutreiben und damit elektrischen Strom zu er­ zeugen (bzw. den Druck des wiedererhitzten Dampfes zu er­ höhen). In dem Fall, in welchem die Drosselturbine 12 in Betrieb gesetzt (tripped) worden ist, oder in einem Last­ bereich außerhalb des Betriebsbereichs für die Drossel­ turbine 12 (bei einer Last von 100% bzw. einer Last von etwa 25% oder weniger) durchströmt andererseits der Dampf die Drosselventile 5 oder die Drosselumleitventile 11, und er wird zu den Überhitzern 6 und 8 geleitet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung ist die Kessel-Drosselturbine 12 zwischen einem primären Überhitzer 6 und einem Hilfsüberhitzer 20 angeordnet, der seinerseits einem endstufenseitigen (se­ kundären) Überhitzer 8 vorgeschaltet ist. Wenn dabei die Drosselventile 5 und der Generator 13 benutzt (betrieben) werden sollen, werden die Drosselventile 5 geschlossen, während Unterbrechungs- oder Absperrventile 15 und 16 ge­ öffnet werden.

Gemäß Fig. 3 wird der Dampf, der beim Durchgang durch einen Vorwärmer (economizer) 3, die Feuerung-Wandrohre 4 und den primären Überhitzer 6 im Kessel überhitzt wird, zur Drosselturbine 12 geleitet. Ein Dampfeinstell- oder -regelventil 21 der Drosselturbine 12 wird durch einen Druckregler 22 so angesteuert, daß der Dampfdruck am Ein­ lauf der Drosselturbine einen konstanten Wert besitzen kann. Damit kann der Druck in den Wandrohren 4 und im primären Überhitzer 6 konstantgehalten werden.

Die Drosselturbine 12 treibt den Generator 13 an. Damit wird der Überhitzungsgrad des Abgases bzw. Abdampfes von dieser Drosselturbine 12 weiter erhöht, während der Ab­ dampf den Hilfsüberhitzer 20 und den End-Überhitzer 8 durch­ strömt und dann zu einer Hochdruckturbine 9 a einer Haupt­ turbine geleitet wird. Der Hilfsüberhitzer 20 ist vorge­ sehen zum Kompensieren des Temperaturabfalls des Dampfes, weil die Temperatur des aus dem primären Überhitzer 6 aus­ strömenden Dampfes infolge der in der Drosselturbine 12 geleisteten Arbeit absinkt. In bestimmten Fällen kann je­ doch im Hinblick auf die Leistung des Kessels auf die An­ ordnung dieses Hilfsüberhitzers 20 verzichtet werden.

Für die Regelung der Ausgangsleistung (output) der Hoch­ druckturbine 9 a ist ein Hauptturbinen-Dampfregelventil 23 vorgesehen. Für die Ansteuerung des Dampfregelventils 23 im Regeldruckbetrieb kann eine beliebige der nachstehend angegebenen Methoden angewandt werden.

• 1. Methode mit konstant geöffnetem Dampfregelventil:
  Dabei wird der Kessel mit fest eingestelltem Öffnungs­ grad eines Dampfeinstell- oder -regelventils betrieben, so daß die Hauptturbinen-Ausgangsleistung ausschließ­ lich (uniquely) durch die Hauptdampfleistung bestimmt wird. Mit dieser Methode ist es jedoch schwierig, die Hauptturbinenausgangsleistung genau zu regeln, weil während einer Einschwing- oder Übergangsperiode, in welcher die Last schwankt, der Hauptdampfdruck kaum genau geregelt werden kann.
• 2. Feineinstellmethode für Dampfregelventil-Öffnungsgrad:
  Nach dieser Methode wird der Öffnungsgrad (opening) des Dampfregelventils im Gegensatz zur obigen Methode nicht perfekt festgelegt, vielmehr wird er so feinein­ gestellt, daß die Hauptturbinenausgangsleistung eine gewünschte Größe annehmen kann. Nach dieser Methode kann die Hauptturbinenausgangsleistung auch in einer Übergangsperiode mit Lastschwankung genau geregelt wer­ den. Bei dieser Methode ändert sich auch eine Dampf­ temperatur an einem Auslaß der Drehzahlregelstufe ent­ sprechend der Änderung des Öffnungsgrads des Dampf­ regelventils, so daß diese Methode, obgleich sie kaum als vollkommene Regeldruckbetriebsmethode bezeichnet werden kann, eine in der Praxis zweckmäßige Methode darstellt.
• 3. Konstantregelmethode für das Verhältnis von Haupt­ dampfdruck zu Drehzahlregelstufen-Auslaßdruck:
  Nach dieser Methode wird das Dampfregelventil so ange­ steuert, daß das Verhältnis von Hauptdampfdruck zu Drehzahlregelstufen-Auslaßdruck konstant bleibt. Diese Methode besteht aus der oben unter 1. beschriebenen Methode in Kombination mit einer Vorausdruckregelbar­ keit während einer Teilübergangsperiode. Bei dieser Methode ist eine Einschwing- oder Übergangsänderung des Hauptdampfdrucks kleiner als bei der oben unter 1. beschriebenen Methode, während dabei eine Übergangs­ ausgangsänderung groß wird.

Gemäß Fig. 3 ist am Einlauf der Hochdruckturbine 9 a ein durch einen Druckregler 24 angesteuertes Hochdruck-Über­ brückungs- oder -Umleitventil 25 vorgesehen, welches den Hauptdampf zu einem Hochdruckablaß umleitet, wenn der Einlaufdruck der Hochdruckturbine eine vorbestimmte Größe übersteigt. Der aus der Hochdruckturbine 9 a ausströmende Dampf durchströmt ein Rückschlagventil 26 für wiederer­ hitzten Niedertemperaturdampf, und er wird zu einem Wie­ dererhitzer 27 geleitet. Der durch letzteren wiederer­ hitzte Dampf durchströmt ein Abfangventil (intercept valve) 28 der Hauptturbine und wird einer Mitteldruckturbine 9 b eingespeist.

Am Einlauf der Mitteldruckturbine 9 b ist ein durch einen Druckregler 29 angesteuertes Niederdruck-Umleitventil 30 vorgesehen, welches den wiedererhitzten Hochtemperatur­ dampf zu einem Kondensator 31 umleitet, wenn der Einlauf­ druck der Mitteldruckturbine eine vorbestimmte Größe über­ steigt. Der aus der Mitteldruckturbine 9 b ausströmende Dampf durchströmt eine Niederdruckturbine 9 c und wird zu einem Kondensator 31 geleitet, in welchem der Dampf zu Wasser kondensiert wird. Die aus der Hochdruckturbine 9 a, der Mitteldruckturbine 9 b und der Niederdruckturbine 9 c bestehende Hauptturbine treibt einen Generator 32 an.

Das aus dem Kondensator 31 ausströmende kondensierte Wasser oder Kondensat durchströmt eine Kondensatpumpe 33, einen Niedertemperatur-Speisewassererhitzer 34 und einen Entlüfter 35, um dann durch die Speisewasserpumpe 1 zu einem Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 gefördert zu wer­ den.

Obgleich Hochdruck- und Niederdruck-Speisewassererhitzer 2 bzw. 34 jeweils mehrfach vorhanden sind, ist zur Ver­ einfachung der Darstellung in Fig. 3 jeweils nur ein der­ artiger Erhitzer dargestellt. Aus dem gleichen Grund sind eine Abzweig-Dampfleitung, ein Hauptturbinen-Hauptdampf­ abschaltventil, ein Abschaltventil (stop valve) für wie­ dererhitzten Dampf und dgl. nicht veranschaulicht. Je nach der Leistung der Anlage werden zudem in manchen Fällen das Hochdruckumleitventil 25, das Niederdruckumleitven­ til 30 und das Leitungs-Rückschlagventil 26 für wieder­ erhitzten Niedertemperaturdampf nicht benötigt.

Im folgenden sind die mit dem Regeldruckbetrieb bei einer mit superkritischem Druck arbeitenden Anlage (supercritical pressure plant) erzielten Vorteile erläutert.

Fig. 4 veranschaulicht beispielhaft eine Beziehung zwi­ schen der Hauptturbinenausgangsleistung und dem Haupt­ dampfdruck.

Eine ausgezogene Linie in dieser graphischen Darstellung steht dabei für den sog. "Hybrid-Regeldruckbetrieb" ("Ver­ bund-Regeldruckbetrieb"), wobei für den Fall, daß von acht Dampfregelventilen einer Hauptturbine die Ventile Nr. 1-6 gleichzeitig und das Ventil Nr. 7 sowie das folgende Ventil sequentiell geöffnet werden, und für den Fall von Konstantdruckbetrieb für Belastung oder Last (loading) zu Beginn der Öffnung des Ventils Nr. 7 und bei höherer Last sowie Regeldruckbetrieb, bei dem die Ven­ tile Nr. 1-6 voll offen gehalten werden, die Last durch Anderung des Hauptdampfdrucks variiert wird.

unter leichter Last geht jedoch der Betrieb auf einen Dampfregelventil-Drosselbetrieb über, bei dem der Haupt­ dampfdruck auf etwa 100 kg/cm²g gehalten wird und die Ven­ tile Nr. 1-6 gleichzeitig geöffnet werden oder sind.

In Fig. 4 steht eine gestrichelte Linie für eine Beziehung zwischen einer Hauptturbinenausgangsleistung und einer Hauptdampfausgangsleistung für den Fall eines Konstant­ druckbetriebs, während eine strichpunktierte Linie dieselbe Beziehung für den Gesamtbereich-Regeldruckbetrieb mit voll geöffneten Ventilen Nr. 1-8 angibt. Weiterhin stehen eine Hauptturbinenausgangsleistung A für eine Ausgangs­ leistung (output) bei einem Nenn-Hauptdampfdruck, wobei die Ventile Nr. 1-6 voll offen und das Ventil Nr. 7 voll geschlossen sind, und eine Hauptturbinenausgangsleistung B für eine Ausgangsleistung bei einem Hauptdampfdruck von 100 kg/cm²g, wobei die Ventile Nr. 1-6 voll offen sind und das Ventil Nr. 7 voll geschlossen ist; dabei ist eine Beziehung von B ≅ A × 100/246 erfüllt. Weiterhin steht dabei MCR für "maximale Dauernennleistung".

Fig. 5 veranschaulicht eine Beziehung zwischen einer Hauptturbinenausgangsleistung und einer Dampftemperatur an einem Auslaß einer Geschwindigkeits- oder Drehzahl­ regelstufe.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß aufgrund des Regeldruckbe­ triebs (variable-pressure operation) die Änderungsgröße der Temperatur am Auslaß der Drehzahlregelstufe bei Last­ änderung herabgesetzt ist, wodurch die in einem Turbinen­ rotor erzeugte Wärmebelastung verringert ist.

Fig. 6 veranschaulicht einen spezifischen Wärmeverbrauch oder -bedarf einer Hauptturbine bei Regeldruckbetrieb.

Im Vergleich zu einem spezifischen Wärmeverbrauch einer Turbine im Fall eines Leitschaufeldrehzahlregeltyp-Konstant­ druckbetriebs und eines Konstantdruckbetriebs durch Drosse­ lung eines Dampfeinstell- oder -regelventils sind dabei Verbesserungen des spezifischen Wärmeverbrauchs in einem Teillastbereich (insbesondere einem Niedriglastbereich) aufgrund des Regeldruckbetriebs zu erkennen. Da der Ge­ nerator 13 bei Teillast durch die Kessel-Drosselturbine 12 gemäß Fig. 4 angetrieben wird, kann die Ausgangsleistung der gesamten Anlage, einschließlich der Hauptturbine, er­ höht sein; demzufolge kann der Wirkungsgrad der Anlage über den in Fig. 6 dargestellten hinaus weiter erhöht sein.

Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen ein i-S-Diagramm bzw. ein T-S-Diagramm für eine Anlage bei Teillast.

Aus diesen Diagrammen geht hervor, daß eine die Kessel- Drosselturbine verwendende Regeldruckbetriebsanlage eine Art einer zweistufigen Wiedererhitzungsanlage ist, so daß theoretisch auch ein Perioden- oder Zykluswirkungsgrad verbessert werden oder sein kann.

In diesen Diagrammen stehen A für den Zustand (state) am Auslaß der Speisewasserpumpe, B für den Zustand am Aus­ laß des primären Überhitzers, C für den Zustand am Ein­ lauf der Hochdruckturbine (bei Konstantdruckbetrieb), D für den Zustand an der Ausblasseite der Hochdruckturbine (bei Konstantdruckbetrieb), E für den Zustand am Einlauf der Mitteldruckturbine, F für den Zustand an der Ausblas­ seite der Niederdruckturbine, G für den Zustand am Ein­ laß der Kondensatpumpe, H für den Zustand an der Aus­ blasseite der Kessel-Drosselturbine, I für den Zustand am Auslaß des Kessel-Drosselventils, J für den Zustand am Einlauf einer Hochdruckturbine (im Regeldruckbetrieb bzw. Betrieb mit variablem Druck) und K für den Zustand an der Ausblasseite der Hochdruckturbine (im Regeldruckbetrieb). Zudem geben CD die in der Hochdruckturbine geleistete Ar­ beit, EF die in der Mittel/Niederdruckturbine geleistete Arbeit, BI die Drosselung durch das Drosselventil und BH die in der Drosselturbine geleistete Arbeit an.

Fig. 9 veranschaulicht eine Kessel-Drosselventil-Druck­ differenz und den entsprechenden adiabatischen Wärmeab­ fall im Regeldruckbetrieb einer mit superkritischem Druck arbeitenden 1000 MW-Anlage.

Weiterhin sind in Fig. 10 eine theoretische Ausgangslei­ stung unter der Voraussetzung, daß dieser adiabatische Wärmeabfall zu 100% in Arbeit (Leistung) umgesetzt wird, und ein Beispiel für eine versuchsweise (trial) Berechnung einer effektiven Ausgangsleistung für den Fall der Ver­ wendung einer bereits versuchsweise entworfenen oder ein­ gesetzten Kessel-Drosselturbine veranschaulicht.

In Fig. 10 steht eine gestrichelte Kurve für den Fall, in welchem die Zahl der Dampfregelventile (oder -klappen) für die Kessel-Drosselturbine unendlich ist, während eine ausgezogene Linie für den Fall steht, daß die Zahl der Dampfregelventile praktisch zu drei vorausgesetzt ist.

Aufgrund des Drosselungsverlusts des Dampfregelventils für das Kessel-Drosselventil liegt die ausgezogene Kurve tiefer als die gestrichelte Kurve, mit Ausnahme von Schaltpunkten (d.h. den Punkten, an denen sich ein Dampf­ regelventil in einem nahezu voll offenen Zustand befindet, unmittelbar bevor das nächste Dampfregelventil zu öffnen beginnt). Durch Antreiben eines Generators mittels (un­ ter Verwendung) des Kessel-Drosselventils kann jedoch der Anlagenwirkungsgrad bei Teillast deutlich verbessert wer­ den, wie dies aus Fig. 10 hervorgeht.

In diesem Zusammenhang ist in Fig. 10 eine theoretische Ausgangsleistung einer Kessel-Drosselturbine durch

[adiabatischer Wärmeabfall entsprechend
Kesseldrosselventil-Druckdifferenz]
×[Hauptdampfströmungsmenge]×[Koeffizient]

angegeben, während eine effektive Ausgangsleistung einer Kessel-Drosselturbine durch

[theoretische Ausgangsleistung der Kessel-
Drosselturbine]×[Wirkungsgrad]

dargestellt ist. Weiterhin stehen in den Fig. 9 und 10 die Buchstaben A und B jeweils für Hauptturbinenausgangsleistungen, ähnlich wie diese in den Fig. 4 bis 6 mit A und B bezeichnet sind.

Claims (6)

1. Direktdurchsatzkessel mit superkritischem Druck, bei dem Kesselwasser, das in Kesselfeuerung-Wandrohren in Dampf überführt wird, in einem Überhitzer weiter er­ wärmt und dann einer Hauptturbine zugeführt oder ein­ gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß den Kessel­ feuerung-Wandrohren Kessel-Drosselventile und eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung nachgeschaltet sind.

2. Direktdurchsatzkessel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine Kessel-Drosselturbine ist.

3. Direktdurchsatzkessel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmerückgewinnungsvorrichtung zwi­ schen einem primären Überhitzer und einem Endstufen- oder End-Überhitzer angeordnet ist.

4. Direktdurchsatzkessel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmerückgewinnungsvorrichtung zwi­ schen den Kesselfeuerung-Wandrohren und einem primären Überhitzer angeordnet ist.

5. Direktdurchsatzkessel nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der primäre Überhitzer mit dem End-Über­ hitzer mittels einer Dampfleitung verbunden ist, in die Dampfleitung ein Kessel-Drosselventil eingeschal­ tet ist, eine Zweigleitung von der Dampfleitung an der dem Drosselventil vorgeschalteten Seite mit dem Einlauf der Kessel-Drosselturbine verbunden ist, in die Zweigleitung ein Druckeinstell- oder -regelventil eingeschaltet ist, dessen Öffnungsgrad durch einen Regler gesteuert wird, welcher den Druck in der Zweig­ leitung abgreift und ein Signal zum Einstellen des Drucks in der Zweigleitung auf eine vorbestimmte Größe liefert, und der Auslaß der Drosselturbine über eine andere Dampfleitung an der Stromabseite des Kessel- Drosselventils an die (erstgenannte) Dampfleitung an­ geschlossen ist.

6. Direktdurchsatzkessel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Stromabseite der Anschlußstelle zwischen der anderen Dampfleitung und der (erstge­ nannten) Dampfleitung und an der Stromaufseite des End-Überhitzers ein Hilfsüberhitzer vorgesehen ist.