DE4139140A1

DE4139140A1 - Verfahren zur energiegewinnung aus der in waermekraftwerken anfallenden kessellauge

Info

Publication number: DE4139140A1
Application number: DE19914139140
Authority: DE
Inventors: Adolf Eckert
Original assignee: K A B KRAFTWERKS und ANLAGENBA
Current assignee: K A B KRAFTWERKS und ANLAGENBA
Priority date: 1991-11-28
Filing date: 1991-11-28
Publication date: 1993-06-03

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung aus der in Wärmekraftwerken mit Kondensationsturbinen anfallenden Kessellauge.

Um den zulässigen Salzgehalt im Inhaltswasser der Dampferzeuger nicht zu überschreiten, ist die Abführung von Kessellauge aus Dampferzeugern in Wärmekraftwerken erforderlich. Die Abführung der Kessellauge erfolgt über einen oder über zwei in Reihe geschaltete Kessellaugeentspanner, aus denen der anfallende Entspannungsdampf in Dampfnetze des Kraftwerkes abgeführt und genutzt wird. In der Regel ist der Kessellaugeentspanner bzw. bei zweistufiger Entspannung der letzte Kessellaugeentspanner an das Heizdampfnetz des Speisewasserentgasers dampfseitig angeschlossen. Sofern keine anderen Aufnahmemöglichkeiten wie z. B. als Zusatzwasser für Heiznetze zur Vefügung stehen, wird die Kessellauge nach der Entspannung zur Nutzung ihrer noch verbleibenden Wärme über Kessellaugekühler geleitet und danach als Abwasser abgeführt oder über eine Kondensataufbereitung dem Wasserdampfkreislauf zugeführt. In Kondensationskraftwerken, in denen Turbinenkondensat mit relativ niedriger Temperatur anfällt, wird dieses Kondensat als Kühlmedium für die Abkühlung der Kessellauge im Kessellaugekühler verwendet. Dabei wird der Kessellaugekühler in der Turbinenkondensatleitung vor der ersten Stufe der Niederdruckvorwärmer angeordnet. Die im Kessellaugekühler an das Turbinenkondensat abgegebene Wärme erhöht die Eintrittstemperatur des Turbinenkondensats in der ersten Stufe der Niederdruckvorwärmer und hat nur geringen Einfluß auf die Eintrittstemperatur der folgenden Stufe der Niederdruckvorwärmer. Dies führt fast aus schließlich nur zu einer Verringerung des von der ersten Stufe der Niederdruckvorwärmer aus der letzten Anzapfung der Turbine entnommenen Dampfes. Der aus der Turbine nicht entnommene Dampf strömt durch die hinteren Turbinenstufen zum Kondensator. Dabei wird ein Teil des Wärmeinhaltes des Dampfes in der Turbine in mechanische und danach im Generator in elek trische Energie umgesetzt. Da der Dampf in der Turbine an der letzten Anzapfung bis zum Kondensator nur ein kleines Druck- und Wärmegefälle besitzt, ist das Arbeitsvermögen des durch die Wärmezuführung aus der Kessellauge an das Turbinenkonden sat in der Turbine verbleibenden Dampfes gering. Damit wird ein sehr hoher Anteil der zurückgewonnenen Kessellaugenwärme über den Abdampf an das Kühlwasser im Kondensator und damit an die Atomsphäre ungenutzt abgegeben. Dieser unzureichende Energiegewinn bei der Nutzung der Laugenwärme ist ein Mangel der bekannten technischen Lösung.

Ein anderes Verfahren zur Führung der Kessellauge sieht eine Abkühlung der Kessellauge in mehreren Kessellaugekühlern vor, die turbinenkondensatseitig und auch speisewasserseitig zwischen den Vorwärmstufen der regenerativen Vorwärmsäule angeordnet sind. Mit dieser Variante werden die Nachteile herkömmlicher Varianten vermieden, aber mit anderen Nachteilen erkauft. Diese bestehen neben der größeren Zahl der Kessel laugekühler, in erhöhtem Platzbedarf und dem vermehrten Aufwand an Rohrleitungen und Absperrarmaturen. Nachteilig ist auch die Notwendigkeit des Einbaus von Drosselelementen in die Turbinenkondensatleitung, um für den über die Kessellauge kühler geführten Teilstrom des Turbinenkondensates, der vor und nach dem Drosselelement aus bzw. eingebunden wird, die erforderliche Druckdifferenz zu erzeugen. Diese zusätzliche Druckdifferenz erhöht die durch die Turbinenkondensatpumpen aufzubringende Förderhöhe.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Arbeitsfähigkeit des von der Kessellauge an den Wasserdampf-Kreisprozeß des Wärmekraftwerkes übertragenen Wärmestrom optimal auszu schöpfen.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß der Wärmestrom der Kessellauge mit geringem Temperaturverlust an den Wasserdampfkreisprozeß des Wärmekraftwerkes übertragen wird, indem die Kessellauge aus dem Kessellaugeentspanner, der dampfseitig an das Heizdampfnetz des den Niederdruckvorwärmern als Vorwärmstufe folgenden Entgasers angeschlossen ist, durch den Kessellaugkühler geführt wird, indem das durch die Kessellauge aufzuwärmende Turbinenkondensat vor dem ersten Niederdruckvorwärmer der Niederdruckvorwärmsäule aus der Turbinenkondensatleitung entnommen wird, in einem Nebenstrom durch den Kessellaugenkühler geführt und vor oder nach dem letzten Niederdruckvorwärmer der Niederdruckvorwärmsäule dem Hauptstrom des Turbinenkondensates wieder zugeleitet wird. Dabei erfährt der durch den Kessellaugekühler geführte Turbinenkondensatstrom eine annähernd gleiche, eine gleiche oder höhere Aufwärmung als der durch die mehrstufige Niederdruckvorwärmsäule geführte Turbinenkondensathauptstrom. Der durch die Niederdruckvorwärmsäule geführte Hauptstrom des Turbinenkondensates, der um den Betrag des Nebenstromes des Turbinenkondensates gemindert ist, weist eine Reduzierung des von den Niederdruckvorwärmern aus der Turbine durch die Anzapfungen entnommenen Heizdampfes auf.

Erfindungsgemäß ist es, daß der durch die Niederdruckvorwärm säule geführte und um den Betrag des Nebenstromes geminderte Hauptstrom des Turbinenkondensates nach dem letzten Nieder druckvorwärmer der Niederdruckvorwärmsäule eine höhere Aus trittstemperatur aufweist und mit einer geringeren Dampfent nahme des Entgasers aus der Anzapfung der Turbine verbunden ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß mit dem Mengenverhältnis der zwei Medienströme von annähernd 1:1 für beide Medienströme annähernd optimale Geschwindigkeiten an der Wärmeübertragungsfläche des Kessel laugenkühlers erreicht und damit hohe Wärmeübertragungszahlen erzielt werden, die eine geringe Wärmeübertragungsfläche ergeben.

Erfindungsgemäß ist es, daß bei Kraftwerksblöcken, die über wiegend im Grundlastbetrieb gefahren werden, die Einstellung des über den Kessellaugekühler geführten Turbinenkondensat nebenstromes mit einer Festdrossel oder einem von Hand betätigten Stellventil in Abhängigkeit der Austrittstemperatur der beiden Medienströme vorgenommen wird.

Erfindungsgemäß ist es, daß bei überwiegend mit unterschied licher Leistung betriebenen Kraftwerksblöcken der über den Kessellaugekühler geführte Nebenstrom des Turbinenkondensates in Abhängigkeit von den Austrittstemperaturen der beiden Medien mittels eines in der Nebenstromleitung angeordneten Stellventils durch einen Regler optimal eingestellt wird.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt das Wärmeschaltbild eines Kraftwerksblockes mit den wesentlichen Kompenenten des Wärmekreislaufes. Dargestellt ist in der Reihenfolge des Medienflusses der Dampferzeuger 1, die Frischdampfleitung 2, die Turbine 3 mit Generator 4, der Kondensator 5, die Kondensataufbereitung 6, die aus dem ersten Niederdruckvorwärmer 7 mit der sechsten Anzapfung 8, dem zweiten Niederdruckvorwärmer 9 mit der fünften Anzapfung 10, dem dritten Niederdruckvorwärmer 11 mit der vierten Anzapfung 12 und dem letzten Niederdruckvorwärmer 13 mit der dritten Anzapfung 14 bestehende Niederdruckvorwärm säule.

Es folgen der Entgaser mit Speisewasserbehälter 15 mit der zweiten Anzapfung 16, die Speisewasserpumpe 17, der Hochdruck vorwärmer 18 mit der ersten Anzapfung 19, die Speisewasser druckleitung 20.

Aus dem Dampferzeuger 1 wird Kessellauge mit einer Temperatur von 340°C über den Kessellaugeentspanner 21 abgeführt, auf einen Druck von 3,0 MPa entspannt und nach Abgabe des Entspannungsdampfes in die Anzapfung 19 dem Kessel laugeentspanner 22 zugeführt und auf einen Druck von 0,8 MPa entspannt. Nach Abgabe des Entspannungsdampfes in die zweite Anzapfung 16 strömen 9,2 t/h Restlauge über den Kessellauge kühler 23 wasserstandsgeregelt in den Kondensator 5. Im Kessellaugekühler 23 kühlt die Lauge durch Wärmeabgabe an den Nebenstrom des Turbinenkondensates von 170°C auf 50°C ab. Dabei erwärmt sich der durch die Nebenkondensatleitung 27, durch das Stellventil 28 und den Kessellaugenkühler 23 geführte Nebenstrom des Turbinenkondensates von 40°C auf 150,6°C. Der Nebenstrom des Turbinenkondensates von 10 t/h wird aus dem Gesamtstrom des Turbinenkondensates von 800 t/h aus der Turbinenkondensatleitung 26 entnommen und mit dem Hauptstrom des Turbinenkondensates, der durch die Hauptstromleitung 29 und die Niederdruckvorwärmer 7, 9, 11, 13 geleitet wird, wieder zusammengeführt. Dabei erwärmt sich der Hauptstrom des Turbinenkondensates in den Niederdruckvorwärmern 7, 9, 11, 13 durch Kondensation des Heizdampfes aus den Anzapfungen.

Die Austrittstemperaturen und Wärmeinhalte erreichen höhere Werte als bei einer Durchströmung der Niederdruckvorwärmer mit dem Gesamtstrom des Turbinenkondensates und betragen:

Niederdruckvorwärmer 7: t_ah1= 61,46°C; h_ah1=257,85 kJ/kg
Niederdruckvorwärmer 9: t_ah2= 99,16°C; h_ah2=415,67 kJ/kg
Niederdruckvorwärmer 11: t_ah3=132,15°C; h_ah3=555,63 kJ/kg
Niederdruckvorwärmer 13: t_ah4=150,7°C; h_ah4=635,92 kJ/kg

Bei der Durchströmung der Niederdruckvorwärmer 7, 9, 11, 13 mit dem Gesamtstrom des Turbinenkondensates ergeben sich folgende Austrittstemperaturen und Wärmeinhalte bei gleicher Eintrittstemperatur in den Niederdruckvorwärmer 7 von t_eg1=t_eh1=40°C mit dem Wärmeinhalt von h_eg1=h_eh1=165,7 kJ/kg:

Niederdruckvorwärmer 7: t_ag1= 61,4°C; h_ag1=257,6 kJ/kg
Niederdruckvorwärmer 9: t_ag2= 99,0°C; h_ag2=415,0 kJ/kg
Niederdruckvorwärmer 11: t_ag3=132°C; h_ag3=555,0 kJ/kg
Niederdruckvorwärmer 13: t_ag4=150,6°C; h_ag4=635,5 kJ/kg

Die in Fig. 2 im Mollier -h,s-Diagramm dargestellten Zustandsgrößen des Heizdampfes in den Anzapfungen der Turbine und im Abdampf zum Kondensator betragen:

Anzapfung 16: Druck p₂=1,3 MPa, Wärmeinhalt h₂=3244 kJ/kg
Anzapfung 14: Druck p₃=0,53 MPa, Wärmeinhalt h₃=3037 kJ/kg
Anzapfung 12: Druck p₄=0,33 MPa, Wärmeinhalt h₄=2944 kJ/kg
Anzapfung 10: Druck p₅=0,12 MPa, Wärmeinhalt h₅=2775 kJ/kg
Anzapfung 8: Druck p₆=0,024 MPa, Wärmeinhalt h₆=2540 kJ/kg
Abdampf zum Kondensator 5: Druck p_K=0,0062 MPa, Wärmeinhalt h_K=2392 kJ/kg

Mit den Temperaturerhöhungen des Turbinenkondensates und den Werten für den Nebenstrom und den Hauptstrom des Turbinen kondensates lassen sich die Beträge des aus den Anzapfungen 16, 14, 12, 10, 8 der Turbine 3 nicht entnommenen Dampfstromes berechnen:

Vom Entgaser 15 aus der Anzapfung 16 betragen diese:
Δ₀₂=0,138 t/h

Vom Niederdruckvorwärmer 13 aus Anzapfung 14:
Δ₀₃=0,40 t/h

Vom Niederdruckvorwärmer 11 aus Anzapfung 12:
Δ₀₄=0,605 t/h

Vom Niederdruckvorwärmer 9 aus Anzapfung 10:
Δ₀₅=0,536 t/h

Vom Niederdruckvorwärmer 7 aus Anzapfung 8:
Δ₀₆=0,303 t/h

Die in der Turbine verbleibenden Beträge des Dampfstromes setzen das in ihnen vorhandene Wärmegefälle zum Kondensator in kinetische Energie um und geben diese an das Laufrad der Turbine ab.

Das in Fig. 2 dargestellte Wärmegefälle von den Anzapfungen der Turbine bis zum Kondensator beträgt:

Anzapfung 2: Δh₂=h₂-h_k=852 kJ/kg
Anzapfung 3: Δh₃=h₃-h_k=645 kJ/kg
Anzapfung 4: Δh₄=h₄-h_k=552 kJ/kg
Anzapfung 5: Δh₅=h₅-h_k=383 kJ/kg
Anzapfung 6: Δh₆=h₆-h_k=148 kJ/kg

Mit den vorliegenden Berechnungsgrößen läßt sich der Energie gewinn N₁ ermitteln, der den mechanischen Wirkungsgrad außer acht lassend N₁ = 259,0 KW beträgt.

Von dem Energiegewinn N₁ ist der bei der herkömmlichen Nutzung der Wärme der Kessellauge erzielte Energiegewinn N₂ zu subtrahieren. Bei der herkömmlichen Nutzung der Wärme der Kessellauge wird der Wärmestrom der Kessellauge an das Turbinenkondensat vor dem ersten Niederdruckvorwärmer 7 übertragen. Dabei kühlt die Kessellauge von 170°C auf 50°C ab und erwärmt das Turbinenkondensat von 40°C auf 41,39°C. Die Erhöhung der Eintrittstemperatur des Turbinenkondensates im ersten Niederdruckvorwärmer 7 ist verbunden mit einer Erhöhung der Austrittstemperatur und damit der Eintrittstemperatur des Turbinenkondensates in dem Nieder durckvorwärmer 9 um 0,1 K. Der dadurch vom Niederdruckvor wärmer 9 aus der Anzapfung 10 sowie vom Niederdruckvorwärmer 7 aus der Anzapfung 8 nicht entnommene Dampfstrom beträgt:
Δ_5u = 0,14 t/h sowie,
Δ_6u = 2,07 t/h.

Den mechanischen Wirkungsgrad außer acht lassend, beträgt der Energiegewinn N₂ = 99 KW.

Damit beträgt die Erhöhung des Energiegewinns ΔN gegenüber der herkömmlichen Nutzung der Wärme der Kessellauge ΔN = N₁-N₂ = 160 KW.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Dieses Aus führungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeig ten in der Zumischung des Nebenstromes des Turbinenkondensates zum Hauptstrom des Turbinenkondensates vor dem letzten Nieder druckvorwärmer 13. Durch den Einsatz eines Kessellaugekühlers 23 mit geringerer Wärmeübertragungsfläche als im Ausführungs beispiel 1 kühlt die Restlauge im Kessellaugekühler 23 von 170°C auf 60°C ab und der Nebenstrom des Turbinenkondensates erwärmt sich dabei im Kessellaugekühler 23 auf 141°C.

Nach der Zumischung des Nebenstromes des Turbinenkondensates zum Hauptstrom des Turbinenkondensates mit der Temperatur und dem Wärmeinhalt von t_ah3 = 132,15°C bzw. h_ah3 = 555,63 kJ/kg erhöht sich die Temperatur und der Wärmeinhalt des Gesamtstromes des Turbinenkondensates vor dem letzten Niederdruckvorwärmer 13 auf t_eg4 = 132,25°C bzw. h_eg4 = 555,95 kJ/kg. Damit steigt die Austrittstemperatur und der Wärmeinhalt des Gesamtstromes des Turbinenkondensates nach dem letzten Niederdruckvorwärmer 13 auf t_ag4 = 150,615°C bzw. h_ag4 = 635,56 kJ/kg. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel 1 ergeben sich geringere Beträge des aus der Turbine 3 nicht entnommenen Dampfstromes für folgende Anzapfungen:

Für die Anzapfung 16 zum Entgaser 15
Δ_D = 0,021 t/h.

Für die Anzapfung 14 zum letzten Niederdruckvorwärmer 13
Δ_D = 0,305 t/h.

Die Beträge der aus den Anzapfungen 12, 10, 8 der Turbine 3 nicht entnommenen Dampfstromes bleiben gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unverändert.

Der sich ergebende Energiegewinn N₁ beträgt damit N₁ = 214 KW.

Ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel ist der bei der herkömmlichen Nutzung der Wärme der Kessellauge erzielte Energiegewinn N₂ zu subtrahieren. Die Erhöhung des Energiegewinns beträgt damit ΔN= N₁-N₂ = 115 KW.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Dampferzeuger
2 Frischdampfleitung
3 Turbine
4 Generator
5 Kondensator
6 Kondensataufbereitung
7 Niederdruckvorwärmer
8 Anzapfung
9 Niederdruckvorwärmer
10 Anzapfung
11 Niederdruckvorwärmer
12 Anzapfung
13 Niederdruckvorwärmer
14 Anzapfung
15 Entgaser mit Speisewasserbehälter
16 Anzapfung
17 Speisewasserpumpe
18 Hochdruckvorwärmer
19 Anzapfung
20 Speisewasserdruckleitung
21 Kessellaugeentspanner
22 Kessellaugeentspanner
23 Kessellaugekühler
27 Nebenkondensatleitung
28 Stellventil
26 Turbinenkondensatleitung
29 Hauptstromleitung

Claims

1. Verfahren zur Energiegewinnung aus der in Wärmekraftwerken anfallenden Kessellauge, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrom der Kessellauge mit geringem Temperaturverlust an den Wasserdampfkreisprozeß des Wärmekraftwerkes über tragen wird, indem die Kessellauge aus dem Kessellaugeeent spanner (22), der dampfseitig an das Heizdampfnetz des den Niederdruckvorwärmern (7, 9, 11, 13) als Vorwärmstufe fol genden Entgasers (15) angeschlossen ist, durch den Kessel laugekühler (23) geführt wird, das durch die Kessellauge aufzuwärmende Turbinenkondensat vor dem ersten Niederdruck vorwärmer (7) der Niederdruckvorwärmsäule aus der Turbinen kondensatleitung (26) entnommen, in einem Nebenstrom durch den Kessellaugekühler (23) geleitet und vor oder nach dem letzten Niederdruckvorwärmer (13) der Niederdruckvor wärmsäule dem Hauptstrom des Turbinenkondensates wieder zugeführt wird, wobei der durch den Kessellaugekühler (23) geleitete Nebenstrom des Turbinenkondensates eine annähernd gleiche, gleiche oder höhere Aufwärmung erfährt als der durch die Niederdruckvorwärmsäule und die Haupt stromleitung (29) geführte Hauptstrom des Turbinen kondensates, der um den Betrag des Nebenstromes des Turbinenkondensates gemindert ist und somit eine Reduzie rung des aus den Anzapfungen (8, 10, 12, 14) der Turbine (3) entnommenen Heizdampfes aufweist.

2. Verfahren nach Ausspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Niederdruckvorwärmsäule geführte und um den Betrag des Nebenstromes geminderte Hauptstrom des Turbinen kondensates nach dem letzten Niederdruckvorwärmer (13) eine höhere Austrittstemperatur aufweist und mit einer geringe ren Dampfentnahme des Entgasers (15) aus der Anzapfung (16) der Turbine (3) verbunden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis der beiden Medienströme annähernd 1:1 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei überwiegend im Grundlastbereich betriebenen Kraft werksblöcken der über den Kessellaugekühler (23) geführte Nebenstrom des Turbinenkondensates in Abhängigkeit von den Austrittstemperaturen der beiden Medien mittels eines in der Nebenstromleitung (27) des Nebenstromes des Turbinen kondensates angeordneten von Hand betätigten Stellventiles (28) oder einer Festdrossel eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mit wechselnder Leistung betriebenen Kraftwerksblöcken der über den Kessellaugekühler (23) geführte Nebenstrom des Turbinenkondensates in Abhängigkeit von den Austritts temperaturen der beiden Medien mittels eines in der Neben stromleitung (27) angeordneten Stellventils (28) automa tisch auf eine optimale Größe eingestellt wird.