DE4424870A1 - Verfahren zur Wirkungsgradverbesserung in Wärmekraftwerken mit kühlwasserseitig in Reihe geschalteten Kondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wirkungsgradver­ besserung in Wärmekraftwerken mit kühlwasserseitig in Reihe geschalteten Kondensatoren.

Bei Wärmekraftwerken, insbesondere solchen mit Rückkühlung des Kühlwassers über den Kühlturm, wird die Möglichkeit ge­ nutzt, zur Wirkungsgradsteigerung die den ND-Turbinen bzw. ND-Teilturbinen nachgeschalteten Kondensatoren kühlwasser­ seitig in Reihe zu schalten, wobei alle Kondensatoren nach­ einander vom gesamten Kühlwasserstrom durchflossen werden. Das durch den Kühlprozeß im Kühlturm heruntergekühlte Kühl­ wasser durchströmt dabei nacheinander die Kondensatoren, nimmt Wärme auf und wird anschließend aus diesem Anlagen­ teil abgeführt und dem Kühlturm als Warmwasser zur erneuten Rückkühlung wieder zugeleitet. In den in Reihe geschalteten Kondensatoren kondensiert der Abdampf dabei bei einem Druck, der insbesondere von der jeweiligen Kühlwasseraus­ trittstemperatur des betreffenden Kondensators abhängt. In Flußrichtung des Kühlwasserstromes steigen die Kühlwasser­ austrittstemperaturen an den einzelnen Kondensatoren zwangsläufig an. Das dem Abdampf zur Verfügung stehende Druckgefälle, das als Enthalpiedifferenz zur Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit in Geschwindigkeitsenergie umge­ setzt wird, wird - wegen der erhöhten Wärmeabfuhr infolge des größeren Kühlwasserstromes - bei den zuerst durchström­ ten Kondensatoren größer, als es bei kühlwasserseitiger Parallelschaltung der Kondensatoren der Fall wäre. Dies be­ wirkt einen besseren Gesamtwirkungsgrad, da die auf der wärmeren Seite des Kühlwassers gelegenen Kondensatoren den­ noch mit Druckgefällen arbeiten, die in etwa denen der Pa­ rallelschaltung entsprechen.

Nachteilig erweist sich jedoch bei der Reihenschaltung, daß sich bei tiefen Kühlwassereintrittstemperaturen, bedingt durch die damit auch verringerten Kühlwasseraustrittstempe­ raturen, in den einzelnen Kondensatoren weiter verminderte Abdampfdrücke einstellen. Sie führen zu höheren abbaubaren Druckgefällen, dementsprechend zu höheren Strömungsge­ schwindigkeiten des Dampfes und damit zu ansteigenden Aus­ laßverlusten, die den Wirkungsgradzuwachs verringern.

Nähern sich bei abnehmender Kühlwassereintrittstemperatur die Druckverhältnisse dem kritischen Druckverhältnis, so erreicht die Strömungsgeschwindigkeit in etwa Schallge­ schwindigkeit und es tritt das sogenannte Sperren des Strö­ mungsprofiles ein. Jede weitere Vergrößerung des Druckge­ fälles über das kritische Druckgefälle hinaus, hervorgeru­ fen durch eine weitere Absenkung der Kühlwassereintritts­ temperatur, wirkt sich nicht mehr als Geschwindigkeitsstei­ gerung beim Dampf aus.

Eine Wirkungsgradsteigerung, zurückzuführen auf den Abbau vergrößerter Enthalpiedifferenzen, kommt so nicht mehr zu­ stande und aufgrund der niedrigen Kondensattemperaturen wird sogar eine intensivere Beheizung der Speisewasservor­ wärmung mit Anzapfdampf erforderlich. Die Folge ist eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades ursächlich einge­ leitet durch zu tiefe - d. h. unterkritische Verhältnisse schaffende - Kühlwassereintrittstemperaturen.

Da bei Reihenschaltung der Kondensatoren und gleichem Gesamt-Kühlwasserstrom das Sperren des Strömungsprofiles wegen des bezogen auf den einzelnen Kondensator erhöhten Kühlwasserdurchflusses, bereits bei höheren Kühlwasserein­ trittstemperaturen eintritt als bei Parallelschaltung der Kondensatoren, kann bei zu tiefen Kühlwassereintrittstempe­ raturen der Vorteil der Reihenschaltung nicht mehr voll er­ halten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage der eingangs beschriebenen Art den bei zu tiefen Kühlwas­ sereintrittstemperaturen sich einstellenden Nachteil der Wirkungsgradeinbuße zu verhindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Unterschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur des Kühl­ wassers der Kühlwasserstrom vor Eintritt in den ersten Kon­ densator geteilt wird, so daß nur ein Teil des Kühlwasser­ stromes den Kondensator durchströmt während der verbleiben­ de Teilstrom über einen Bypass den Kondensator umfährt, und daß beide Teilströme unmittelbar hinter dem Kondensator, vor Eintritt in den folgenden Kondensator, wieder zusammen­ geführt werden.

Der über den Bypass umgeleitete Teilstrom wird dabei z. B. besonders wirtschaftlich mit Hilfe einer Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Kühlwasseraustrittstemperatur des um­ fahrenen Kondensators eingestellt bzw. geregelt.

Der Vorteil des Verfahrens beruht insbesondere darauf, daß durch die Bypass-Schaltung das Sperren des Strömungsprofi­ les in der dem umfahrenen Kondensator zugeordneten Turbine bzw. Teilturbine verhindert wird, und zwar ohne nennens­ werten Einfluß zu nehmen auf die Kühlwasseraustrittstempe­ raturen der Kondensatoren, die nachfolgend von den wieder zu einem Gesamt-Kühlwasserstrom zusammengeführten Teilströ­ men durchströmt werden. Die Expansionsverhältnisse in jedem nicht von einem Bypass-Teilstrom umfahrenen Kondensator und damit in den ihnen zugeordneten Turbinen bzw. Teilturbinen werden dabei erfindungsgemäß nicht verschlechtert.

Eine generelle Verringerung des Kühlwasserstromes für alle in Reihe geschalteten Kondensatoren oder eine Aufwärmung des Kühlwassers vor Eintritt in den ersten Kondensator hät­ te eine Erhöhung des Abdampfdruckes im ersten Kondensator, aber auch in allen folgenden Kondensatoren zur Folge. Die Sperrwirkung in der dem ersten Kondensator zugeordneten Turbine bzw. Teilturbine wäre zwar verhindert, gleichzeitig hätten sich aber auch die Verhältnisse in allen nachfolgen­ den Kondensatoren verschlechtert.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ gibt sich durch die vorübergehende Erweiterung des Strö­ mungsquerschnittes bei Bypass-Fahrweise, die zu einer merk­ lichen Verringerung der Drosselverluste führt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei einer Reihenschaltung von mehr als zwei Kondensatoren die Möglichkeit vorgesehen, auch den zweiten und gegebenenfalls weitere Kondensatoren mit einem Bypass-Teil­ strom zu umfahren, wobei der Bypass-Teilstrom jeweils unmittelbar vor dem zu umfahrenden Kondensator vom Gesamt-Kühlwasserstrom abgezweigt wird und die Teilströme hinter dem Kondensator wieder zusammengeführt werden. Dadurch wird erreicht, daß bei sehr niedriger Temperatur des vom Kühl­ turm zugeführten Kühlwassers und einer möglicherweise nicht ausreichenden Temperaturerhöhung durch die Wärmeaufnahme im ersten Kondensator, es nicht zu einem Sperren des Strö­ mungsprofiles in der dem nachfolgenden Kondensator zugeord­ neten Turbine bzw. Teilturbine kommt.

Ein über mehrere Kondensatoren sich erstreckende Bypass-Folge, wobei für jeden umfahrenen Kondensator das Verhält­ nis von Bypass-Teilstrom zu Kühlwasser-Teilstrom in Abhän­ gigkeit der Kühlwasseraustrittstemperatur des jeweiligen Kondensators bestimmt ist, stellt für jeden einzelnen um­ fahrenen Kondensator sicher, daß ein Sperren des Strömungs­ profiles in der ihm zugeordneten Turbine bzw. Teilturbine unterbleibt, ohne die Expansionsverhältnisse in den noch zu durchströmenden Kondensatoren zu verschlechtern.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

Gemäß der bekannten Schaltung nach Fig. 1 sind zur Wir­ kungsgradsteigerung die beiden Teilkondensatoren 1a und 1b, die den beiden ND-Teilturbinen 2a und 2b zugeordnet sind, kühlwasserseitig in Reihe geschaltet. Das Kühlwasser wird dabei aus der Kühlturmtasse über die Kühlwasserpumpe 3 und die Kühlwasserleitung 4 in den ersten Teilkondensator 1a gefördert. Über die Überströmleitung 5 gelangt das bereits teilweise aufgewärmte Kühlwasser in den zweiten Teilkonden­ sator 1b und wird über die Leitung 6 als Warmwasser zum Kühlturm zurückgeführt. Der Abdampf, der über die Leitung 7 aus der ND-Teilturbine 2b in den Teilkondensator 1b ein­ gleitet wird, kondensiert bei einem Druck, der insbesondere von der Wassertemperatur in Leitung 6 abhängig ist. Der Ab­ dampf, der über die Leitung 8 aus der ND-Teilturbine 2a in den Teilkondensator 1a eingeleitet wird, kondensiert bei einem Druck, der insbesondere von der Wassertemperatur in Leitung 5 abhängig ist. Da die Temperatur in Leitung 5 niedriger ist als in Leitung 6, hat der Abdampfdruck in Leitung 8 ein niedrigeres Niveau als in Leitung 7. Die Teilturbine 2a hat also ein größeres Druckgefälle zur Ver­ fügung, als es bei kühlwasserseitiger Parallelschaltung der Teilkondensatoren 1a und 1b der Fall wäre. Daraus resul­ tiert eine Wirkungsgradverbesserung. Das aus dem Abdampf entstandene Kondensat gelangt über die Leitung 9 vom Teil­ kondensator 1b in die Leitung 10 und über die Kondensatpum­ pe 11 zu den ND-Vorwärmern und damit in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes.

Eine Absenkung der Kühlwassereintrittstemperatur hat eine Reduzierung des Abdampfdruckes zur Folge, wodurch die Strö­ mungsgeschwindigkeit des Dampfes und damit auch die Auslaß­ verluste ansteigen. Dennoch verbleibt ein Wirkungsgradvor­ teil, solange kein Sperren des Strömungsprofiles eintritt.

Erst bei einem Absinken der Kühlwassereintrittstemperatur auf ein Niveau, das kritische bzw. unterkritische Verhält­ nisse bewirkt tritt zunächst bei der Teilturbine 2a der Ef­ fekt des Sperrens des Strömungsprofiles ein. Wegen der sich einstellenden niedrigen Kondensattemperatur wird sogar zu­ sätzlicher Anzapfdampf für die Speisewasservorwärmung benö­ tigt, der den Gesamtwirkungsgrad reduziert.

Eine Reduktion des Kühlwasserstromes z. B. durch Laufschau­ felverstellung an der Kühlwasserpumpe 3 hätte zwar eine Er­ höhung des Abdampfdruckes im Teilkondensator 1a und damit das Verhindern der Sperrwirkung zur Folge, gleichzeitig würden dadurch aber auch die Verhältnisse am Teilkondensa­ tor 1b verschlechtert.

Nach dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Verfah­ ren wird das Sperren des Strömungsprofiles infolge zu tie­ fer Eintrittstemperatur des Kühlwassers verhindert, in dem durch eine Bypass-Leitung 12 ein Teilstrom des Kühlwasser­ stromes an dem ersten Teilkondensator 1a vorbeigeleitet wird, wobei der Bypass-Teilstrom durch eine Regelarmatur 13 eingestellt bzw. geregelt werden kann.

Durch den über Leitung 13 abgezweigten Bypass-Teilstrom er­ höht sich die Kühlwasseraustrittstemperatur in Leitung 5a hinter dem Teilkondensator 1a. Dadurch kann erfindungsgemäß auch bei zu tiefen Kühlwassereintrittstemperaturen in Lei­ tung 4 das Sperren des Strömungsprofiles in Teilturbine 2a verhindert werden. Die vorteilhafte Wirkung einer Wirkungs­ gradverbesserung bedingt durch die kühlwasserseitige Rei­ henschaltung der Kondensatoren 1a und 1b bleibt jedoch er­ halten, da der Wirkungsgradabfall infolge zu tiefer Kühl­ wassertemperatur verhindert wird, der Wirkungsgradbeitrag des Teilkondensators 1b jedoch durch die fast unbeeinflußte Expansion in der Teilturbine 2b nicht verschlechtert wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann es bei einer Reihenschal­ tung von mehr als zwei Kondensatoren 1a, 1b, 1i erforder­ lich sein, auch vor dem zweiten Teilkondensator 1b und ggf. weiteren nachgeschalteten Teilkondensatoren, von dem Gesamt-Kühlwasserstrom einen - eingestellt bzw. geregelt wieder in Abhängigkeit der Kühlwasseraustrittstemperatur des jeweiligen Kondensators - Bypass-Teilstrom abzuzweigen und hinter dem Kondensator wieder dem austretenden Kühlwasser-Teilstrom zuzumischen. Das kann erforderlich sein, wenn die Temperaturerhöhung im Gesamt-Kühlwasserstrom nach dem Durchströmen des ersten Kondensators nicht aus­ reicht, um ein Sperren des Strömungsprofiles in der dem nachfolgenden Kondensator zugeordneten Teilturbine sicher zu verhindern.

Claims (3)

1. Verfahren zur Wirkungsgradverbesserung in Wärmekraft­ werken mit kühlwasserseitig in Reihe geschalteten Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten einer vorgegebenen Grenztempe­ ratur des Kühlwassers der Kühlwasserstrom vor Eintritt in den ersten Kondensator geteilt wird, so daß nur ein Teil des Kühlwasserstromes den Kondensator durchströmt während der verbleibende Teilstrom über einen Bypass den Kondensator umfährt, und daß beide Teilströme un­ mittelbar hinter dem Kondensator, vor Eintritt in den folgenden Kondensator, wieder zusammengeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei kühlwasserseitig in Reihe ge­ schalteten Kondensatoren weitere nachgeschaltete Kon­ densatoren von einem Bypass-Teilstrom umfahren werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Bypass-Teilstrom zu Kühlwasser-Teil­ strom für jeden umfahrenen Kondensator in Abhän­ gigkeit von dessen Kühlwasseraustrittstemperatur ein­ gestellt oder geregelt wird.