DE3823054C1

DE3823054C1 - Method for emergency cooling of heating surfaces of a steam generator, and emergency cooling system for carrying out the method

Info

Publication number: DE3823054C1
Application number: DE19883823054
Authority: DE
Inventors: Manfred 4600 Dortmund De Baller; Michael 5276 Wiehl De Fritz
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1988-07-07
Filing date: 1988-07-07
Publication date: 1990-01-04
Anticipated expiration: 2008-07-08

Abstract

In steam generators having large heat storage masses, the heat has to be dissipated in an emergency. In a steam generator having a water drum there is the risk of the drum boiling off (evaporating, flashing). In order to avoid this, it is provided that in the case of a steam generator having a drum (5) and at least one evaporator (7) fed therefrom the water present in the feed water preheater (3) is conveyed into the drum by means of the emergency pump (14), while at the same time saturated steam flows back from the drum into the feed water preheater. An important field of application is the steam generator which has fluidised-bed combustion, including an at least partially lined vortex combustion chamber and a solids eliminator (separator). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Notkühlung von Heizflächen eines Dampferzeugers mit großen Wärmespeichermassen beim Schwarzabfahren, insbesondere eines Dampferzeugers mit Wirbelschichtfeuerung einschließlich einer zumindest teilweise ausgekleideten Wirbelbrennkammer und eines Feststoffabscheiders, bei dem mittels einer Notpumpe Wasser von einem Wasservorrat her den zu kühlenden Heizflächen zugeführt wird, denen ein Speisewasservorwärmer vorgeschaltet ist.The invention first relates to a method for Emergency cooling of a steam generator with large heating surfaces Heat storage masses when skiing downhill, especially one Steam generator with fluidized bed combustion including an at least partially lined vortex combustion chamber and a solids separator, in which by means of a Emergency pump water from a water supply Cooling heating surfaces is supplied, which a Feed water preheater is connected upstream.

Manche Dampferzeuger, insbesondere Wirbelschichtdampferzeuger, haben aufgrund der zusätzlichen Speichermassen in Form von Zyklon- oder Fangrinnenabscheider (vgl. DE-OS 36 40 377), Bestampfung der Wirbelbrennkammer oder abgelegtes Aschebett eine sehr große gespeicherte Wärmemenge. Um unzulässige Beheizungen und somit zu hohe Wandtemperaturen an den Heizflächenrohren zu verhindern, ist es bekannt (VGB Kraftwerkstechnik 67 Heft 6 (1987) Seiten 558/559) Notspeisepumpen vorzusehen, die aus dem Speisewasserbehälter kühleres Wasser den zu kühlenden Heizflächen zuführen; insbesondere sind die Heizflächen in der Wirbelbrennkammer und dem Fließbettkühler zu kühlen. Bei dem in der Literaturstelle gezeigten Dampferzeuger handelt es sich um einen Dampferzeuger mit Trenngefäß und Umwälzpumpe. Nach einer entsprechenden Druckabsenkung beim Schwarzfahren werden durch Einschalten der Notspeisepumpen die im Umwälzkreislauf befindlichen Heizflächen ausreichend gekühlt.Some steam generators, in particular Fluidized bed steam generators, due to the additional storage masses in the form of cyclone or Gutter separator (see DE-OS 36 40 377), dusting the vortex combustion chamber or deposited ash bed a very large amount of heat stored. To impermissible heating and therefore too high wall temperatures at the It is known to prevent heating surface pipes (VGB Kraftwerkstechnik 67 Issue 6 (1987) pages 558/559) Provide emergency feed pumps, which from the Feed water tank cooler water to be cooled Supply heating surfaces; in particular are the heating surfaces in the fluidized bed combustion chamber and the fluid bed cooler cool. The one in the Literature shown steam generator is a steam generator with separation vessel and circulation pump. To a corresponding reduction in pressure when driving illegally by switching on the emergency feed pumps the Circulation heating surfaces sufficient chilled.

Bei einem Dampferzeuger mit Wassertrommel ist die in den zusätzlichen Speichermassen gespeicherte Wärme im wesentlichen allein durch den Wasservorrat der Trommel abzubauen. Beim Schwarzfahren erfolgt zunächst durch die von den Speichermassen abgegebene und in das Wasser eingebrachte Wärme ein Ausdampfen der Trommel und danach ein Absinken des Trommelwasserstandes. Die nur langsam abklingende Rohreinstrahlung aus dem Zyklonabscheider oder Fangrinnenabscheider ist in Folge des relativ geringen inneren Wärmeübergangskoeffizienten der nun überhitzten Dampfströmung eine sichere Kühlung der normalerweise mit Wasser von der Trommel her beaufschlagten Verdampferrohre nicht mehr gewährleistet, so daß es zu einer Austrocknung der Verdampferrohre kommen kann. Die Trommel selbst an den für ein Schwarzfahren erforderlichen Wasservorhalt anzupassen, ist aus Kostengründen nicht möglich.In the case of a steam generator with a water drum, this is in the additional storage masses stored heat in the essentially solely through the water supply in the drum dismantle. When driving illegally, the released by the storage masses and into the water introduced heat an evaporation of the drum and then a drop in the drum water level. The only slow decaying pipe radiation from the cyclone separator or The gutter separator is due to the relatively low internal heat transfer coefficient of the now overheated Steam flow with a safe cooling normally Evaporator tubes loaded from the drum no longer guaranteed, causing dehydration the evaporator tubes can come. The drum itself to the water reserve required for illegal driving It is not possible to adjust due to cost reasons.

Aus der DE-OS 33 44 027 ist eine Hochdruckdampfkesselanlage mit einem eine Rostfeuerung aufweisenden Kessel bekannt, bei der dem Kessel ein gesonderter Wärmetauscher zugeordnet ist, der im Störungsfall Wärme aus dem Kessel abführend geschaltet ist. Beim Störungsfall wird die auf dem Rost durch die glühende Kohle gespeicherte Restwärme schnell und kontinuierlich nach Abschalten der Beheizung abgeführt, wenn der Wärmetauscher mit aus dem Wassernetz einfach herangeführten Kühlwasser versorgt wird.From DE-OS 33 44 027 is one High pressure steam boiler system with a grate firing having known boiler, in which the boiler separate heat exchanger is assigned, which in In the event of a fault, heat is removed from the boiler is. In the event of a malfunction, the on the grate is replaced by the glowing coal stored residual heat quickly and continuously removed after switching off the heating, if the heat exchanger is easy with from the water network introduced cooling water is supplied.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, bei dem bei einem Dampferzeuger mit Trommel und mindestens einem von dieser gespeisten Verdampfer eine sichere Notkühlung gewährleistet wird.It is therefore an object of the present invention Specify the process in which a steam generator with Drum and at least one of them fed Evaporator a safe emergency cooling is guaranteed.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem solchen Dampferzeuger das im Speisewasservorwärmer vorhandene Wasser mittels der Notpumpe in die Trommel gefördert wird, während gleichzeitig Sattdampf aus der Trommel in den Speisewasservorwärmer nachströmt.This object is achieved in that Steam generator that existing in the feed water preheater Water is pumped into the drum using the emergency pump, while at the same time saturated steam from the drum into the Feed water preheater flows.

Die vorliegende Erfindung geht daher von der Erkenntnis aus, daß nach einem Schwarzfall der Wasserinhalt des Speisewasservorwärmers zur Vergrößerung des Trommelwasservorhaltes benutzt werden kann. Da der Speisewasservorwärmer im allgemeinen tiefer liegt als die Trommel, ist dessen Druckniveau nur um den statischen Druck und um die auftretenden Reibungsdruckverluste anzuheben. Die hierzu benötigte Energie wird durch die Notpumpe bereit gestellt; während beim Stand der Technik die Notpumpe eine Notspeisepumpe ist, die Speisewasser aus dem Speisewasserbehälter abzieht und den Heizflächen zuführt, handelt es sich bei der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Pumpe um eine Notpumpe, deren Förderhöhe um ein vielfaches kleiner ist als bei einer Pumpe, die Speisewasser aus dem Speisewasserbehälter abziehen muß.The present invention is therefore based on the knowledge from that after a black fall the water content of the Feed water preheater to enlarge the Drum water retention can be used. Since the Feed water preheater is generally lower than that Drum, its pressure level is only around the static Pressure and the occurring friction pressure losses to raise. The energy required for this is through the Emergency pump provided; while in the prior art the emergency pump is an emergency feed pump, the feed water is off the feed water tank and the heating surfaces feeds, it is for the implementation of the Pump required process according to the invention by a Emergency pump, the head of which is many times smaller than with a pump, the feed water from the Pull off the feed water tank.

Vorzugsweise wird das Wasser aus dem Speisewasservorwärmer mit einer vorgesehenen zeitlichen Verzögerung bei Eintritt des Schwarzabfahrens in die Trommel eingeführt, so daß für den Betrieb der Notpumpe keine Regeleinrichtung erforderlich ist, sondern eine zeitliche Ansteuerung genügt. Diese zeitliche Ansteuerung kann während der Inbetriebnahme des Dampferzeugers fest eingestellt werden.Preferably, the water from the feed water preheater with a scheduled time delay Entry of the black trail introduced into the drum, see above that no control device for the operation of the emergency pump is required, but a time control enough. This timing can be during the Commissioning of the steam generator can be permanently set.

Eine andere Möglichkeit, eine Überspeisung der Trommel zu vermeiden, liegt in der Zuordnung einer Drossel zur Notpumpe oder in der Wahl einer Notpumpe mit einer Fördercharakteristik, die bei Beginn des Fördervorgangs zunächst relativ wenig Wasser vom Speisewasservorwärmer zur Trommel fördert.Another way to overfeed the drum too avoid, lies in the assignment of a choke to Emergency pump or in the choice of an emergency pump with a Funding characteristics at the start of the funding process initially relatively little water from the feed water preheater to the drum.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Notkühlungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie sie durch den Anspruch 3 gekennzeichnet ist. Der Notpumpe ist vorzugsweise eine Zeitsteuereinrichtung zugeordnet.The invention is also directed to an emergency cooling system to carry out the method according to the invention as they characterized by claim 3. The emergency pump is preferably assigned a timing device.

Die Druckleitung kann in der Trommel oberhalb des Trommelhöchstwasserstandes enden; es ist jedoch auch möglich, daß zur Beruhigung des Trommelwassers die Druckleitung in der Trommel unterhalb des Trommelmindestwasserstandes endet.The pressure line can be in the drum above the End of high drum level; however, it is also possible that to calm the drum water Pressure line in the drum below the Minimum drum water level ends.

Damit nach Einschalten der Notpumpe über den Speisewasservorwärmer kein Trommelwasser angesaugt wird, ist die Anlage vorzugsweise gemäß Anspruch 6 gestaltet. Die vorzugsweise oberhalb des Trommelhöchstwasserstandes anzubringende Öffnung sollte dabei so ausgeführt werden, daß im Normalbetrieb des Dampferzeugers kein herausspritzendes Speisewasser die von Dampf beaufschlagte Trommelinnenwandung berührt, d. h. eine Thermoschockgefahr muß ausgeschlossen werden.So after switching on the emergency pump via the Feed water preheater no drum water is sucked in, the system is preferably designed according to claim 6. The preferably above the drum high water level The opening to be made should be designed so that in normal operation of the steam generator no spurting feed water the steam Touched inner drum wall, d. H. a risk of thermal shock must be excluded.

Es ist aber auch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 möglich, bei der die beiden Rückschlagventile in den Leitungen die entsprechende Durchlaßrichtung aufweisen müssen.But it is also the embodiment according to claim 7 possible, in which the two check valves in the Lines that have the corresponding forward direction have to.

Die Erfindung soll nun anhand der Figur näher erläutert werden.The invention will now be described with reference to the figure are explained.

Die Figur zeigt einen Teil eines Wasser-Dampf-Kreislaufs eines Dampferzeugers mit Wirbelschichtfeuerung, d. h. eines Dampferzeugers mit großen Speichermassen. Das von einer oder mehreren Speisewasserpumpen 1 über eine Speisewasserregelventileinrichtung 2 mit mindestens einem motorisch angetriebenen Ventil 2 a herangeführte Speisewasser durchströmt einen Speisewasservorwärmer 3 und wird von diesem über eine Verbindungsleitung 4 einer Trommel 5 zugeführt. Die Leitung 4 durchsetzt die Wandung der Trommel 5 und endet bei der gezeigten Ausführungsform unterhalb des Mindestwasserstandes MWS in einem Austrittsverteiler 4 a. Es sind auch Konstruktionen denkbar bei denen der Austrittsverteiler 4 a im Bereich des Höchstwasserstandes HWS liegt. (Zwischen diesen beiden Wasserständen liegt der Normalwasserstand NWS.) The figure shows a part of a water-steam circuit of a steam generator with fluidized bed combustion, ie a steam generator with large storage masses. The feed water supplied by one or more feed water pumps 1 via a feed water control valve device 2 with at least one motor-driven valve 2 a flows through a feed water preheater 3 and is fed by this via a connecting line 4 to a drum 5 . The line 4 passes through the wall of the drum 5 and ends in the embodiment shown below the minimum water level MWS in an outlet manifold 4 a . Constructions are also conceivable in which the outlet distributor 4 a is in the area of the maximum water level HWS . (The normal water level NWS lies between these two water levels .)

Aus der Trommel strömt Wasser über Falleitungen 6 in einen Verdampfer 7, und der in dem Verdampfer 7 erzeugte Dampf wird über eine Leitung 8 dem Dampfraum 5 a der Trommel zugeleitet. Aus diesem tritt über eine weitere Leitung 9 Dampf aus und wird einem Überhitzer 10 zugeführt und gelangt von dort zu einer Turbine 11. Der Verbindungsleitung zur Turbine sind in der aus der Figur ersichtlichen Weise ein zu einem nicht dargestellten anfahrendspannerführendes Anfahrventil 12 und ein Sicherheitsventil 13 zugeordnet.Water flows out of the drum via down pipes 6 into an evaporator 7 , and the steam generated in the evaporator 7 is fed via a line 8 to the steam chamber 5 a of the drum. Steam emerges from this via a further line 9 and is fed to a superheater 10 and from there to a turbine 11 . In the manner shown in the figure, the connecting line to the turbine is assigned a starting valve 12 leading to a starting tensioner (not shown) and a safety valve 13 .

Für die Notkühlung liegt parallel zum Speisewasservorwärmer 3 eine Notpumpe 14 mit einer von dem Speisewasservorwärmer herangeführten Saugleitung 15 und einer zur Trommel führenden Druckleitung 16. Der Pumpe 14 sind saug- und/oder druckseitig Ventile 17 zugeordnet, von denen mindestens eines 17 a motorisch verstellbar ist. Der Pumpe 14 ist eine Zeitsteuereinrichtung 18 zugeordnet, das bei Eintritt des Schwarzabfahrens (Speisepumpen und/oder Gebläse-Notaus) aktiviert wird und nach einer vorgegebenen Verzögerung T 1, die während der Inbetriebnahme fest eingestellt wird, die Pumpe 14 anlaufen läßt.For emergency cooling, an emergency pump 14 is located parallel to the feed water preheater 3 with a suction line 15 led from the feed water preheater and a pressure line 16 leading to the drum. The pump 14 is assigned suction 17 and / or pressure side valves 17 , of which at least one 17 a is motor-adjustable. A time control device 18 is assigned to the pump 14 , which is activated when black shutdown occurs (feed pumps and / or fan emergency stop) and, after a predetermined delay T 1 , which is permanently set during commissioning, allows the pump 14 to start.

Bei Anlaufen der Pumpe 14 wird aus dem Speisewasservorwärmer 3 durch die Ansaugleitung 15 Wasser abgezogen und über die Druckleitung 16 in die Trommel geschoben. Dabei strömt aus der Trommel Sattdampf nach. Damit kein Wasser aus dem Wasserraum der Trommel abgezogen wird, sondern tatsächlich Dampf aus dem Dampfraum 5 a nachströmt, ist in dem sich in der Trommel erstreckenden Abschnitt der Leitung 4 mindestens eine Bohrung 4 b vorgesehen, die dafür sorgt, daß Sattdampf in die Leitung einströmen kann. Denselben Effekt erreicht man, wenn an Stelle der Bohrung vor der Leitung 4 eine Zweigleitung 19 abzweigt, die innerhalb der Trommel oberhalb des Höchstwasserstandes HWS endet, und wenn in beiden Leitungen in der aus der Figur ersichtlichen Weise Rückschlagventile 20 und 21 angeordnet sind. When the pump 14 starts up, water is drawn off from the feed water preheater 3 through the suction line 15 and pushed into the drum via the pressure line 16 . Saturated steam flows in from the drum. So that no water is withdrawn from the water chamber of the drum, but actually steam flows in from the steam chamber 5 a , at least one bore 4 b is provided in the section of the line 4 extending in the drum, which ensures that saturated steam flows into the line can. The same effect is achieved if, instead of the bore in front of line 4, a branch line 19 branches off, which ends inside the drum above the maximum water level HWS , and if check valves 20 and 21 are arranged in both lines in the manner shown in the figure.

Um die Gefahr der Überspeisung der Trommel 5 zu vermeiden, erfolgt die Ansteuerung der Pumpe 14 mit der angesprochenen Zeitverzögerung T 1 bezüglich des Eintritts des Schwarzabfahrens. Die Zeitverzögerung ist abhängig von dem Lastfall, bei dem das Schwarzabfahren eintritt, und von der Fördercharakteristik der Notpumpe 14, die im allgemeinen eine sehr flache Kennlinie aufweist. Mit anderen Worten: Der Trommelwasserstand muß vor Anlaufen der Pumpe 14 bereits soweit abgesunken sein, daß durch die Zufuhr von Wasser über die Druckleitung 16 ein Überschreiten des Höchstwasserstandes HWS sicher vermieden wird. Die Einschaltdauer T 2 der Notpumpe 14 über die Last ist ebenfalls während der Inbetriebnahmephase zu ermitteln und mit Hilfe eines in dem Zeitsteuereinrichtung 18 vorgesehenen weiteren Zeitgliedes einzustellen.In order to avoid the risk of overfeeding of the drum 5 , the control of the pump 14 takes place with the mentioned time delay T 1 with respect to the occurrence of the black off. The time delay depends on the load case in which the black shutdown occurs and on the delivery characteristic of the emergency pump 14 , which generally has a very flat characteristic curve. In other words: before the pump 14 starts up, the drum water level must have dropped so far that exceeding the maximum water level HWS is reliably avoided by the supply of water via the pressure line 16 . The duty cycle T 2 of the emergency pump 14 via the load is also to be determined during the commissioning phase and set with the aid of a further timer provided in the timing control device 18 .

Wie bereits erwähnt, öffnet sich die Druckleitung 16 in der Trommel 5 vorzugsweise oberhalb des Trommelhöchswasserstandes HWS, um bei Abstellen der Notpumpe 14 ein Rücklaufen von Trommelwasser zu vermeiden.As already mentioned, the pressure line 16 in the drum 5 preferably opens above the drum high water level HWS, in order to prevent drum water from running back when the emergency pump 14 is switched off .

Der Druck im Trommelinneren wird über das Anfahrventil 12, das an einem sicheren und nicht vom Schwarzfabfahren betroffenen Netz (Notstrom) hängt, auf Betriebsdruck gehalten. Dabei muß der Durchsatz des Anfahrventils 12 so gewählt werden, daß ein mehrmaliges Öffnen des oder der Sicherheitsventile 13 verhindert wird.The pressure inside the drum is kept at operating pressure via the starting valve 12 , which is connected to a safe network (emergency power) that is not affected by the Schwarzfab driving. The throughput of the start-up valve 12 must be selected such that repeated opening of the safety valve or valves 13 is prevented.

Damit die Notpumpe 14 im Normalbetrieb nicht durchströmt wird, ist das ebenfalls an einem sicheren Netz hängende Ventil 17 a vorgesehen, das nicht unbedingt in der Druckleitung 16 liegen muß, sondern auch in der Saugleitung 15 angeordnet sein kann. Die anderen dargestellten Ventile 17 sind für den Fall eines Austausches der Notpumpe 14 oder sind entsprechend den gesetzlichen Vorschriften vorgesehen.So that the emergency pump 14 is not flowed through in normal operation, the valve 17 a is also attached to a secure network, which does not necessarily have to be in the pressure line 16 , but can also be arranged in the suction line 15 . The other valves 17 shown are for the case of an exchange of the emergency pump 14 or are provided in accordance with the legal regulations.

Claims

1.Procedure for emergency cooling of a steam generator with large heat storage masses during black shutdown, in particular a steam generator with fluidized bed combustion, including an at least partially lined fluidized bed combustion chamber and a solids separator, in which water is fed from a water supply to the heating surfaces to be cooled, to which a feedwater preheater is connected, by means of an emergency pump , characterized in that in the case of a steam generator with a drum ( 5 ) and at least one evaporator ( 7 ) fed by the latter, the water present in the feed water preheater ( 3 ) is conveyed into the drum by means of the emergency pump ( 14 ), while at the same time saturated steam from the drum flows after the feed water preheater.

2. The method according to claim 1, characterized in that the water from the feed water preheater ( 3 ) is guided with a predetermined time delay when black traversing occurs in the drum ( 5 ).

3. Emergency cooling system for a steam generator for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that in the case of a steam generator with a drum ( 3 ) and at least one of these evaporators ( 7 ), the feed water preheater connected to the drum via a connecting line ( 4 ) (3) lower than the drum (5) and the emergency pump (14) to the drum to the feedwater preheater (3) is connected in parallel relation, wherein the suction side (15) of the emergency pump with the feedwater preheater (3) and the pressure side of the emergency pump is connected to the drum ( 5 ) via the pressure line ( 16 ).

4. Emergency cooling system according to claim 3, characterized in that the emergency pump ( 14 ) is assigned a timing device.

5. Emergency cooling system according to claim 3 or 4, characterized in that the pressure line ( 16 ) in the drum ( 5 ) above the drum high water level (HWS) or below the drum minimum water level (MWS ) ends in the water space of the drum ( 5 ).

6. Emergency cooling system according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that the connecting line ( 4 ) between the feed water preheater ( 3 ) and drum ( 5 ) ends in the drum below the water level area (HWS-MWS) and above the water level area at least one opening ( 4 b ) for the sole entry of saturated steam into the connecting line ( 4 ).

7. Emergency cooling system according to claim 3 to 6, characterized in that from the connecting line ( 4 ) branches off outside the drum also into the drum and ends above the water level region branch line ( 19 ), and in the connecting line and the branch line check valves ( 21 ; 20 ) are provided.