DE4336237C2 - Verfahren zur Zu- und Ableitung von Kondensat und Wasser-Dampf-Kreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zu- und Ableitung von Kondensat im Wasser-Dampf-Kreislauf eines Wärmekraftwerkes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Wasser-Dampf-Kreislauf gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 3.

Aus dem DE-Fachbuch "Dampferzeugerpraxis, Grundlagen und Betrieb" von Heinz Lehmann, Resch-Verlag München (1990) sind für die Speisewasserrege­ lung verschiedene Varianten bekannt, wobei hier jeweils ein Minimum-Sollwert für die Speisewasserregelung zugrundegelegt wird.

Es ist allgemeiner Stand der Technik, daß in Wärmekraftwer­ ken ein Kondensatspeicher vorgesehen ist, in welchem Kon­ densat zum Ausgleich von Volumenänderungen bezüglich des Fluidinventars des Wasser-Dampf-Kreislaufs vorgehalten wird. Derartige Volumenänderungen können unterschiedliche Ursachen haben, z. B. durch Änderung der Fluidtemperatur in Folge von Laständerungen (Frequenzstützung, Blocklastände­ rung) oder Leckageverluste. Ferner ergeben sich Volumen­ schwankungen beim Abschlämmen von Trommelkesseln durch die hierfür benötigte Abschlämmwassermenge sowie durch die Ver­ sorgung der Kondensatreinigungsanlage mit Spül- und Regene­ rierwasser.

Bei ausgeführten Anlagen ist der Kaltkondensatbehälter über zwei Leitungsstränge mit dem übrigen Wasser-Dampf-Kreislauf verbunden. Der erste Strang geht von der Druckleitung der Kondensatpumpen ab und wird benutzt, um das aktuelle Inven­ tar des Wasser-Dampf-Kreislaufs, z. B. lastabhängig, zu verringern und die Überschußmenge in den Kaltkondensator einzuspeisen. Für diese Einspeisung ist im entsprechenden Leitungsstrang eine erste Regelstation angeordnet.

Der zweite Leitungsstrang verbindet unter Zwischenschaltung einer zweiten Regelstation den Kaltkondensatbehälter mit dem Kondensator und dient dazu, das Inventar des Wasser- Dampf-Kreislaufs im Bedarfsfalle zu erhöhen. Hierbei kommt das Druckgefälle vom Kondensatbehälter zum Kondensator zum Tragen, während im zuerst beschriebenen Fall ein Druckge­ fälle zwischen der Druckleitung der Kondensatpumpen und dem Kaltkondensatbehälter besteht, welches ebenfalls genutzt wird.

Entsprechend den bekannten Schaltungsanordnungen für den Wasser-Dampf-Kreislauf von Wärmekraftwerken erfolgt die Einbindung des Kondensatspeichers in den Wasser-Dampf- Kreislauf üblicherweise durch eine einfache Pumpe oder durch Reentrypumpen bzw. mittels Vor- und Hauptpumpe, die ggf. auch redundant ausgeführt sein können.

Wird nur eine Pumpe vorgesehen zur Einbindung des Konden­ satspeichers, so sind zwei Regelkreise erforderlich, welche jeweils das Fluidniveau im Speisewasserbehälter bzw. das Inventar von Speisewasserbehälter und sogenanntem Hotwell regeln. Wird der obere Sollwert überschritten, so wird die Ausspeiseregelung aktiviert und speist über eine Regelarmatur Kondensat in den allgemein als Kaltkondensatbehälter bezeichneten Kondensatspeicher.

Bei Unterschreiten des unteren Sollwertes wird die Einspeiseregelung aktiviert, welche dafür sorgt, daß Kondensat aus dem Kondensatspeicher in den Kreis­ lauf eingespeist wird. Die Sollwerte beider Regelungen liegen um einen gewis­ sen Betrag auseinander und erzeugen so ein Totband für die Regelungen.

Von diesem Prinzip der Funktionstrennung wird seither in sämtlichen verwirk­ lichten Anlagen Gebrauch gemacht, auch wenn jeweils immer nur eine der bei­ den Regelstationen benötigt wird, um den zugeordneten Sollbereich zu regeln.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die bekannte Verfahrensweise sowie einen Wasser-Dampf-Kreislauf der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit vermindertem verfahrenstechnischem und apparativem Aufwand die Zu- und Ausspeiseregelung sicher gewährleistet ist, wobei nach Möglichkeit auch auf eine kostengünstige Ausgestaltung ge­ achtet werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 3 gelöst. Dementsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß die Istwerte für das jeweilige Volumen des Kreislaufinventars, d. h. des im Wasser-Dampf-Kreislauf befindlichen Fluidvolumens, in einem gemeinsamen Regelkreis ausgewertet werden, und daß mit dem resultierenden Steuerbefehl eine Stellanordnung mit 3-Wege- Regelung im Kreislauf beaufschlagt wird, welche entsprechend der Vorgabe dafür sorgt, daß Kondensat zu- oder ausgespeist wird.

Während also seither die Sollwerte für Minimal- und Maximalstand des Fluid­ inventars des Wasser-Dampf-Kreislaufs eines jeglichen Wärmekraftwerkes getrennt geregelt wurden, ist erfindungsgemäß nunmehr vorgesehen, daß die Regelung dadurch vereinfacht wird, daß ein gemeinsamer Regelkreis vorgese­ hen ist, in welchem die ermittelten Istwerte mit den jeweiligen Sollwerten vergli­ chen werden und zur entsprechenden Beaufschlagung der zugehörigen ma­ schinentechnischen Komponenten zur Regelung herangezogen werden. Diese erfindungsgemäße Lösung führt zu einer beträchtlichen Vereinfachung des regelungstechnischen wie auch des maschinentechnischen Aufwandes, was überdies auch demgemäß eine geringere Störanfälligkeit mit sich bringt.

Ein erfindungsgemäßer Wasser-Dampf-Kreislauf, der im Anspruch 3 gekenn­ zeichnet ist, sieht einen einzigen Regelkreis mit den entsprechenden Bauele­ menten für die Auswertung der Istwerte für den Volumenstand des Wasser- Dampf-Kreislauffluids vor.

Dieser Regelkreis beaufschlagt eine herkömmliche Regelstation, welcher eine 3-Wege Absperrarmatur, z. B. ein 3-Wege-Absperrschieber, zugeordnet ist, und sorgt durch entsprechende Betätigung der zugeordneten Stellorgane für die Verbindung des Kaltkondensatbehälters mit dem Kondensator bzw. mit der Pumpendruckleitung (= Kondensatleitung) der Kondensatpumpen. Als her­ kömmliche Regelstation wird hier eine Regelarmatur einschließlich zugehöriger Regelung mit vor- und nachgeschalteter Handabsperrarmatur verstanden so­ wie mit einer Bypassleitung, in welcher eine handbetätigte Drosselarmatur an­ geordnet ist.

Unter bestimmten Umständen, z. B. aus absperrtechnischen Gründen oder aus Kostengründen, kann es vorteilhaft sein, daß in der Regelstation anstelle einer 3-Wege-Armatur zwei in Reihe geschaltete Absperrarmaturen mit zwischen sich befindlichem Abgang vorgesehen sind, die ebenfalls Stellan­ triebe besitzen, welche vom Regelkreis entsprechend beauf­ schlagt werden.

Ergibt die Auswertung im Regelkreis einen zu hohen Volumen­ stand, so wird vom Regelkreis die Regelstation angesteuert derart, daß die Verbindung zwischen dem Kaltkondensatbehäl­ ter und der Pumpendruckleitung (= Kondensatleitung) der Kondensatpumpen geöffnet wird, so daß allein schon aufgrund des Druckgefälles Kreislauffluid in den Kaltkondensatbehäl­ ter abströmt. Sobald der Normalstand erreicht ist, wird diese Verbindung durch Beaufschlagung der Regelstation unterbrochen. Im anderen Fall, wenn die Auswertung ergibt, daß der Wasser-Dampf-Kreislauf ein Fluidvolumendefizit aufweist, wird die Verbindung zwischen Kaltkondensatbehäl­ ter und Kondensator hergestellt, so daß ebenfalls aufgrund des bestehenden, von den Kondensatpumpen erzeugten Druckge­ fälles Kaltkondensat in den Kondensator zuströmt, bis der Normalpegel erreicht ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Regelsta­ tion als 3-Wege-Regelarmatur mit fernbetätigbarem Stellan­ trieb ausgebildet. Hierbei kann die herkömmliche Regelsta­ tion mit dem zugeordneten 3-Wege-Schieber entfallen (Fig. 3).

Anhand einer in der Zeichnung beispielhaft dargestellten Schaltungsanordnung sollen die Erfindung, vorteilhafte Aus­ gestaltungen und Verbesserungen sowie besondere Voreile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausschnittdarstellung eines maschinentechni­ schen Schaltschemas für den Wasser-Dampf-Kreis­ lauf

Fig. 2 eine Prinzipskizze für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit eingezeichnetem Regel­ kreis gemäß erster Alternative

Fig. 3 eine Prinzipskizze für eine Schaltungsanordnung mit eingezeichnetem Regelkreis gemäß zweiter Al­ ternative

Fig. 1 zeigt eine ausschnittweise Wiedergabe eines Schalt­ schemas für den Wasser-Dampf-Kreislauf eines Wärmekraftwer­ kes mit einem Kondensator 10, der über eine Kondensatlei­ tung 12 mit einer Vorwärmstrecke 14 verbunden ist. In die Kondensatleitung 12 sind in paralleler Anordnung zueinander Kondensatpumpen 13 eingebunden, welche das vom Kondensator zuströmende Kondensat in die Vorwärmstrecke 14 fördern.

Die Vorwärmstrecke 14 weist einen Niederdruckvorwärmer 16 sowie einen Speisewasserbehälter 18 mit Entgaser 19 auf so­ wie hier nicht näher dargestellte Hochdruckvorwärmer, wel­ che mit einem ebenfalls nicht dargestellten Dampferzeuger verbunden sind.

Wie eingangs bereits ausgeführt, besteht in Abhängigkeit der jeweiligen Betriebszustände bzw. bei auftretenden Leckagen das Problem, daß das Inventar des Wasser-Dampf- Kreislaufs, nämlich das aus Kondensat, Speisewasser und Dampf gebildete Fluidvolumen unterschiedlich groß sein kann. Im Hinblick auf die vorgegebenen Verfahrensparameter für den bestimmungsgemäßen Betrieb ist es daher erforder­ lich, Vorsorge zu treffen, um derartige Volumenschwankungen jederzeit in geeigneter Weise ausgleichen zu können. Zu diesem Zweck ist üblicherweise ein Kaltkondensatbehälter 20 vorgesehen, in welchem Kondensat gespeichert wird und bei Bedarf über eine Rohrleitung 22 dem Kondensator 10 eine dem Bedarf entsprechende Menge zuzuführen.

Andererseits besteht die Möglichkeit, über eine Rohrleitung 24, die mit der Vorwärmstrecke 14, welche hier identisch ist mit der Druckleitung der Kondensatpumpen 13, die Ver­ bindung zum Kaltkondensatbehälter 20 bildet, Überschuß an Kreislauffluid aus dem Kreislauf abzuleiten und im Kalt­ kondensatbehälter 20 zu speichern.

Zu diesem Zweck sind üblicherweise im Speisewasserbehälter 18 entsprechende Meßfühler angeordnet, welche den jeweili­ gen Füllstand erfassen und über eine in Fig. 2 schematisch dargestellte Meßleitung 26 an einen Regelkreis 28 übermit­ teln.

Der Regelkreis 28 erhält die Information über den jeweili­ gen Füllstand im Speisewasserbehälter 18 bzw. über das Ge­ samtinventar des Wasser-Dampf-Kreislaufs. Aus diesen über­ mittelten Meßwerten bildet der Regelkreis 28 nach Aus­ wertung der Meßwerte das erforderliche Steuersignal für die Zu- oder Ableitung von Kreislauffluid.

Zu diesem Zweck sind die Rohrleitungen 22, 24 im gezeigten Beispiel über eine Regelungsanordnung 33, die in den Fig. 2 und 3 näher gezeigt und beschrieben ist, mit dem Kaltkondensatbehälter 20 verbindbar.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Regelungsanord­ nung 33 kann die Strömungsrichtung in den Kaltkondensatbe­ hälter 20 bzw. in den Kondensator 10 eindeutig vorgegeben werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Kaltkondensatbehälter 20 über eine Rohrleitung 21 mit einer Regelstation 30, wel­ che, genauer gesagt, aus einem von zwei handbetätigten Ab­ sperrarmaturen eingefaßten Regelventil sowie einer Bypaß­ leitung hierzu mit handeinstellbarer Drosselarmatur gebil­ det ist. Dabei ist in der Rohrleitung 21 eine zusätzliche Armaturenanordnung 32 vorgesehen, mittels welcher der Zu- und Abfluß von Kondensat besonders einstellbar ist.

Nun soll anhand dieser Schaltungsanordnung, die aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Erfindung näher erläutert und be­ schrieben werden.

Bei positiver Sollwertabweichung, d. h., wenn zuviel Kreis­ lauffluid sich im Wasser-Dampf-Kreislauf befindet, erfolgt die Betätigung der Regelungsanordnung 33, d. h. des Stell­ antriebs 31 an dem Absperrschieber 32 in der Weise, daß aus der Vorwärmstrecke 14 Fluid zum Kaltkondensatbehälter 20 geleitet wird. Hierbei ist der Anschluß zum Kondensator 10 geschlossen. Die Regelstation 30 ist hierbei auf den ge­ wünschten Durchströmquerschnitt eingestellt.

Bei negativer Sollwertabweichung, d. h., wenn zuwenig In­ ventar im Kreislauf ist, erfolgt die Betätigung des Stell­ antriebs 31 durch den Regelkreis 28 derart, daß die Rege­ lungsanordnung 33 die Verbindung zwischen dem Kondensator 10 und dem Kaltkondensatbehälter 20 freigibt.

Die Prinzipschaltung dieser Regelung, wie sie im Regelkreis 28 vorgesehen ist, ist in Fig. 2 wie auch in Fig. 3 sche­ matisch gezeigt. Ein darin vorgesehenes Totbandglied er­ zeugt hierbei eine Wirkung, welche der der unterschiedli­ chen Sollwerte der ursprünglichen Regelungen, wie sie seit­ her bei konventionellen Kraftwerksanlagen vorgesehen sind, entspricht.

Ein Absolutwertbildner erzeugt bei allen Sollwertabweichun­ gen einen positiven Eingang in den Regler, d. h. ein Öffnen der zugeordneten Regelungsanordnung 33 in der entsprechen­ den Richtung, wie zuvor ausgeführt.

Um ferner die Regelung an unterschiedliche Druckverhält­ nisse beim Ein- bzw. Ausspeisen anpassen zu können, ist darüberhinaus eine Variationsmöglichkeit der Regelparameter vorgesehen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, ist eine Betriebsweise möglich, bei welcher eine komplette Re­ gelstrecke einschließlich der erforderlichen Hilfsarmaturen und Rohrleitungen entfallen kann.

Eine alternative maschinentechnische Ausgestaltung ent­ sprechend der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Hierbei ist anstelle der in Fig. 2 vorgesehenen Kombination von Regel­ station 30 und 3-Wege-Absperrarmatur 32 eine einzige Arma­ tur 30' vorgesehen, welche als 3-Wege-Regelarmatur ausge­ bildet ist. Eine Schaltungsanordnung mit einer solchen Ar­ matur bietet betrieblich insoweit Vorteile gegenüber der ersten Variante, als weniger Stellglieder, nämlich die er­ forderlichen Armaturen mit deren Antrieben erforderlich sind, so daß auch eine geringere Anfälligkeit gegen Störun­ gen resultiert.

Die weiteren Einzelheiten in Fig. 3 entsprechen prinzipi­ ell den in Fig. 2 gezeigten Merkmalen, auf deren Erläute­ rung hier Bezug genommen wird. Gleiche Merkmale tragen da­ her die gleichen Bezugsziffern.

Claims (7)

1. Verfahren zur Zu- und Ableitung von Kondensat im Wasser-Dampf-Kreislauf eines Wärmekraftwerkes, für den Ausgleich von Volumenänderungen des Kreislaufinventars, z. B. infolge von laständerungsbedingten Temperaturänderun­ gen oder von Leckagen, bei welchem die Unterschreitung eines Minimum-Sollwertes von einem Regelkreis erfaßt und ausgewertet wird, und bei welchem die Überschreitung eines Maximum-Sollwertes von einem weiteren Regelkreis erfaßt und ausgewertet wird, woraufhin Kondensat zu- oder abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwerte für das jeweilige Volumen des Kreislaufinventars in einem gemeinsamem Regelkreis ausgewertet werden und daß entsprechend der Auswertung des gemeinsamen Regelkreises eine einzige Regelanordnung mit 3-Wege-Regelung so angesteuert wird, daß entsprechend dem ermittelten Bedarf Kondensat zu- oder abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelanordnung mit 3-Wege-Regelung eine einfache Regelstation mit 3-Wege-Absperrarmatur angesteuert wird, wobei mittels der einfachen Regelstation die jeweilige Menge geregelt wird und mit der Absperrarmatur die je­ weilige Flußrichtung vorgegeben wird.

3. Wasser-Dampf-Kreislauf eines Wärmekraftwerkes mit einer Vorwärmstrecke (14), welche ggf. Vorwärmer (16), Speisewasserpumpen und gegebenenfalls einen Speisewasserbe­ hälter (18) mit Entgaser (19) umfaßt, mit einem Dampferzeu­ ger, mit einer Turbine und mit einem Kondensator (10) mit nachgeschalteten Kondensatpumpen (13) und einem zuschaltba­ ren, als Kondensatspeicher dienenden Kaltkondensatbehälter (20) sowie mit wenigstens einem Regelkreis (28) für die Zu- und Abregelung von Kondensat (10) im Wasser-Dampf- Kreislauf, wobei der Regelkreis (28) entsprechend der ausgewerteten Istwerte im Vergleich mit einer Sollvorgabe für den Volumenstand des Wasser-Dampf-Kreislauffluids Stellorgane (31) beaufschlagt, welche den Kaltkondensatbehälter (20) entweder mit der Vorwärmstrecke (14) zwecks Abregelung oder mit dem Kondensator (10) zwecks Zuregelung verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Regelkreis (28) vorgesehen ist, welcher die Istwerte für den Volumenstand des Wasser-Dampf- Kreislauffluids auswertet, daß eine Regelungsanordnung (33) mit 3-Wege-Regelung zur Verbindung des Kaltkondensatbehäl­ ters (20) mit dem Kondensator (10) oder mit der Vorwärm­ strecke (14) vorgesehen ist, welche von dem Regelkreis (28) angesteuert ist.

4. Wasser-Dampf-Kreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelanordnung (33) eine einfache Regelstation (30) und eine 3-Wege-Absperrarmatur (32), auf­ weist.

5. Wasser-Dampf-Kreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelanordnung (33) zwei gekoppelte Absperrarmaturen (32.1, 32.2) vorgesehen sind, zwischen denen ein gemeinsamer Abgang (21) angeordnet ist, an welchem eine einfache Regelstation (30) anschließt.

6. Wasser-Dampf-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsanordnung (33) wenigstens einen Stellantrieb (31) aufweist, der von dem Regelkreis (28) beaufschlagbar ist.

7. Wasser-Dampf-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsanordnung (33) hinter den Kondensatpumpen (13) anschließt.