DE4414709A1 - Wasserdampfkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Wasserdampfkreislauf einer Kraft­ werksanlage mit einem Speisewasserbehälter, mit einer Speisewas­ ser-Vorpumpe und einer Speisewasser-Hauptpumpe, mit Nieder- und Hochdruckvorwärmern, mit einem Dampferzeuger und mit einer Dampfturbine, aus welcher Anzapfdampf zur Beheizung der Vorwär­ mer entnehmbar ist, sowie mit Rohrleitungen und Armaturen.

Kraftwerksanlagen, in denen als Wärmeträger Dampf zum Einsatz kommt, sind bekannt. Bei bekannten derartigen Kraftwerksanlagen wird im allgemeinen das zur Verdampfung benötigte Wasser aus dem Speisewasserbehälter mittels der Speisewasserpumpen Vorwärmern zugeführt, von welchen das vorgewärmte Speisewasser in den Kes­ sel oder Dampferzeuger strömt. Die Speisewasserpumpen sind übli­ cherweise in eine Vorpumpe und in eine Hauptpumpe aufgeteilt, wobei die Vorpumpe aufgrund des Speisedrucks aus dem Speisewas­ serbehälter ein relativ niedriges Druckniveau aufweist, während die Hauptpumpe ein bis zum Faktor 10 höheres Druckniveau als die Vorpumpe besitzt.

Häufig wird zum Antrieb der Speisewasser-Vorpumpe und der -Hauptpumpe ein einziger Antriebsmotor vorgesehen, wobei der An­ trieb der Vorpumpe direkt erfolgt, während die Hauptpumpe über ein Getriebe und eine einstellbare Kupplung beziehungsweise über eine zwischen dem Elektroantrieb und der Pumpe aufgestellten Ge­ trieberegelkupplung beaufschlagt wird. In dieser Getriebe­ regelkupplung erfolgt gleichzeitig mit der Kraftübertragung eine Drehzahlanhebung. Derartige Getrieberegelkupplungen sind im all­ gemeinen als Strömungskupplungen ausgebildet, bei welchen die Regelung der Drehzahl durch Änderung der jeweiligen Ölfüllung möglich ist.

Bekanntermaßen sind Schlupfverluste in Strömungskupplungen nicht zu vermeiden. Diese Schlupfverluste können bei maximal übertrag­ barer Drehzahl bis zu circa 2% betragen, während im Teillastbe­ trieb entsprechend der geringeren Ölfüllung die Verluste in der Strömungskupplung erheblich ansteigen, wodurch der Wirkungsgrad der Strömungskupplung abnimmt. Der Teillastbetrieb resultiert daraus, daß abhängig von der Lastanforderung am Dampferzeuger beziehungsweise durch die Dampfturbine die zugeführte Speisewas­ sermenge angepaßt sein muß. Dementsprechend sind betriebsabhän­ gig größere Drehzahlschwankungen nicht zu vermeiden, wodurch, wie erläutert, Schlupfverluste und damit schlechte Wirkungsgrade einhergehen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfin­ dung eine technische Lösung anzugeben, bei welcher die Schlupf­ verluste auf ein Mindestmaß begrenzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen, daß die Speisewasser-Hauptpumpe zwei Stufen, nämlich eine erste und eine zweite Stufe, umfaßt, daß die erste Stufe der Speise­ wasser-Hauptpumpe mit einer ersten Druckstufe zur Beschickung des Hochdruck-Vorwärmers vorgesehen ist und daß die zweite Stufe mit einer zweiten Druckstufe zur Beschickung des Dampferzeugers vorgesehen ist. Entsprechend dieser Aufteilung der Hauptpumpe in zwei Pumpen ist vorgesehen, daß jede Stufe der Hauptpumpe je­ weils eine für sich separate Pumpe darstellt. Die erste Pumpe, die vorzugsweise über ein Übersetzungsgetriebe von dem Antriebs­ motor der Speisewasser-Vorpumpe beaufschlagt ist, läuft hierbei mit gleichbleibender hoher Drehzahl (circa 5500 min^-1) konstant auch in jedem Teillastfall, während die zweite Pumpe, welche zur Einspeisung in den Dampferzeuger vorgesehen ist, über eine Strö­ mungskupplung am gleichen Antriebsstrang wie die erste Stufe an­ schließt und mit einer geringeren Drehzahl (n < 5500 min^1-) ent­ sprechend dem Mindestschlupf der Strömungskupplung drehzahlgere­ gelt angetrieben wird.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Speisedruck der ersten Druckstufe größer ist als der Druck des dem Hochdruckvorwärmer zur Beheizung zugeführ­ ten Anzapfdampfes und niedriger als der Druck der zweiten Druck­ stufe.

Vorteilhafterweise beträgt der Speisedruck der ersten Druckstufe etwa 1/3 bis 1/2 des Speisedrucks der zweiten Druckstufe, welche entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung den gleichen Speisewasserdruck erzeugt wie eine herkömmliche einstu­ fige Speisewasser-Hauptpumpe.

Aufgrund der aufgezeigten erfindungsgemäßen Aufteilung der Spei­ sewasserpumpe in zwei hinsichtlich ihrer Förderströme und -drücke aufeinander abgestimmte Pumpen, von denen eine starr mit dem Antrieb gekoppelt ist, ist zwangsläufig die gegebenenfalls noch vorhandene Schlupfleistung wesentlich geringer als bei her­ kömmlichen Ausführungen.

In Folge der Einbindung der beiden Pumpenstufen an unterschied­ lichen Stellen des Wasserdampfkreislaufes, ist eine weitere Ver­ minderung der Schlupfverluste gegeben, da nur noch die Strö­ mungskupplung zum Antrieb der zweiten Pumpenstufe vorhanden ist, welche nicht mehr die gesamte Antriebsleistung für die Speise­ wasser-Hauptpumpe übertragen muß.

Ein weiterer Vorteil, der sich unmittelbar auf die konstruktive Auslegung des Wasserdampfkreislaufes auswirkt, besteht darin, daß sämtliche Komponenten zwischen der ersten und der zweiten Pumpenstufe der Speisewasser-Hauptpumpe nicht auf den bei her­ kömmlichen Anlagen erforderlichen Null-Förderdruck beziehungs­ weise Ansprechdruck des Kesselsicherheitsventils ausgelegt sein müssen, sondern es genügt eine Auslegung auf den Null-Förder­ druck der ersten Pumpenstufe, der etwa 1/3 bis 2/5 des herkömm­ lichen Auslegungsdruckes beträgt. Diese Verminderung des Ausle­ gungsdruckes ist insbesondere entscheidend für die Gestaltung des Hochdruckvorwärmers, bei welchem aufgrund der verminderten Beanspruchungen geringere Wandstärken und damit einfachere Ver­ arbeitungsbedingungen ergeben.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Schaltschemas sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und besondere Vor­ teile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

In der einzigen Figur ist ausschnittweise der Wasserdampfkreis­ lauf 10 einer nicht weiter dargestellten Kraftwerksanlage ge­ zeigt, welcher einen Speisewasserbehälter 12 aufweist, der über eine Rohrleitung 14 mit einer redundant ausgeführten Speisewas­ serpumpenstation 16 in Verbindung steht.

Jede der beiden Speisewasserpumpen-Stationen 16 besitzt eine von einem elektrischen Antriebsmotor 18 beaufschlagte Vorpumpe 20 sowie eine vom gleichen Antriebsmotor 18 über ein Übersetzungs­ getriebe 22 beaufschlagte Hauptpumpe 24.

Die Hauptpumpe 24 ist ihrerseits aus zwei Stufen, nämlich einer ersten Stufe 26 und einer zweiten Stufe 28 gebildet, deren Spei­ sedruck größer ist als der der ersten Stufe 26 und dem Speise­ druck einer herkömmlichen Speisewasser-Hauptpumpe entspricht.

Während die erste Stufe 26 starr mit dem Übersetzungsgetriebe 22 verbunden schlupffrei angetrieben wird, wird die zweite Stufe 28 unter Zwischenschaltung einer Regelkupplung 30 von demselben An­ triebsstrang beaufschlagt wie die erste Stufe 26.

Der Ausgang der ersten Stufe 26 der Speisewasser-Hauptpumpe 24 ist strömungsmäßig auf den Eingang eines Hochdruckvorwärmers 32 geschaltet, der mittels über eine hier nicht näher gezeigte Tur­ binenleitung zugeführten Anzapfdampf beheizt wird. Hierbei ist wesentlich, entsprechend der vorliegenden Erfindung, daß der Speisewasserdruck der ersten Stufe 26 der Speisewasser-Haupt­ pumpe 24 in ausreichendem Maße über dem Druck des Anzapfdampfes liegt, um eine Ausdampfung im Hochdruckvorwärmer 32 zu vermei­ den. Ausgangsseitig ist der Hochdruckvorwärmer 32 mit dem Ein­ gang der zweiten Stufe 28 der Speisewasser-Hauptpumpe 24 ge­ schaltet, welche das im Hochdruckvorwärmer 32 vorgewärmte Spei­ sewasser in einen hier nicht näher dargestellten Dampferzeuger fördert, wobei der diesbezügliche Leitungsstrang mit "Kessel" bezeichnet ist. Entsprechend dem Stand der Technik sind die er­ ste und die zweite Stufe 26, 28 der Speisewasser-Hauptpumpe 24 ausgangsseitig jeweils an ein Mindestmengensystem angeschlossen.

Anhand des zuvor beschriebenen Schaltschemas ist ersichtlich, in welcher Form die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Speisewas­ ser-Hauptpumpe 24 im Wasserdampfkreislauf 10 von der bereits er­ wähnten Verminderung der Antriebsverluste beim Antrieb der Spei­ sewasser-Hauptpumpe ist ein weiterer Vorteil darin zu sehen, daß die Hochdruckvorwärmer 32 nicht mehr hinter der Speisewasser- Hauptpumpe 24 eingebunden sind, sondern mit niedrigerem Ausle­ gungsdruck zwischen der ersten und der zweiten Pumpenstufe 26, 28 angeordnet sind. Hierbei wird die Förderhöhe entsprechend dem Auslegungsdruck der ersten Pumpe 26 so gewählt, daß der Speisewasserdruck in jedem Lastfall über dem Dampfdruck bezie­ hungsweise Sättigungsdruck des Dampfes in den Hochdruckvorwär­ mern 32 liegt und Ausdampfungen im Speisewasser auf diese Weise vermieden werden, wobei gleichzeitig der Auslegungsdruck des Hochdruckvorwärmers 32 auch entsprechend abgesenkt werden kann. Hieraus resultiert eine Absenkung der erforderlichen Mindest­ wandstärke der Behälterwand des Vorwärmers 32, was sich wiederum günstig auf die Verarbeitungs- und auch Betriebssicherheit aus­ wirkt, da größere Wandquerschnitte mit komplexen Beanspruchungen hierdurch vermieden werden.

Claims (6)

1. Wasserdampfkreislauf (10) einer Kraftwerksanlage mit ei­ nem Speisewasserbehälter (12), mit einer Speisewasser-Vorpumpe (20) und einer Speisewasser-Hauptpumpe (24) mit Nieder- und Hochdruckvorwärmern (32), mit einem Dampferzeuger und mit einer Dampfturbine, aus welcher Anzapfdampf zur Beheizung der Vorwär­ mer (32) entnehmbar ist, sowie mit Rohrleitungen (14) und Arma­ turen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisewasser-Hauptpumpe (24) aufgeteilt ist in eine erste Stufe (26) und in eine zweite Stufe (28), daß die erste Stufe (26) der Speisewasser-Hauptpumpe (24) mit einer ersten Druckstufe zur Beschickung des Hochdruck­ vorwärmers (32) vorgesehen ist und daß die zweite Stufe (28) mit einer zweiten Druckstufe zur Beschickung des Dampferzeugers vor­ gesehen ist.

2. Wasserdampfkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Speisedruck der ersten Druckstufe (26) größer ist als der Druck des Anzapfdampfes im Hochdruckvorwärmer (32) und niedriger als der Druck der zweiten Druckstufe (28).

3. Wasserdampfkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisedruck der zweiten Druck­ stufe (28) einer herkömmlichen einstufigen Speisewasser-Haupt­ pumpe entspricht.

4. Wasserdampfkreislauf nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckvorwärmer (32) hinsichtlich seiner Wandstärken auf die Beanspruchungen aus dem Null-Förderdruck der ersten Druckstufe (26) ausgelegt ist.

5. Wasserdampfkreislauf nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckstufe unter Zwi­ schenschaltung eines Übersetzungsgetriebes starr mit einem An­ triebsmotor (18) gekoppelt ist.

6. Wasserdampfkreislauf nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe (28) unter Zwischenschaltung einer Strömungskupplung drehzahlveränderlich mit dem Antriebsstrang der ersten Druckstufe (26) verbunden ist.