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Verfahren zum Betriebe einer Dampfanlage mit schwankender Belastung
Es ist bekannt, bei Dampfkraftanlagen das Speisewasser durch Anzapfdampf vorzuwärmen.
Im einfachsten Fall erfolgt die Vorwärmung in dem Maße, wie das Speisewasser zur
Speisung der Kessel benötigt wird. Bei steigendem Dampfbedarf der Anlage steigt
die Leistung und der Speisewasserbedarf der Kessel und damit auch der Bedarf an
Anzapfdampf für die Vorwärmung des Speisewassers. Diese Betriebsweise der Vorwärmung
verstärkt also die Schwankungen im Dampfbedarf. Bei einer anderen bekannten Betriebsweise
der Vorwärmung werden auch während einer längeren Schwankungsperiode des Dampfbedarfs
der Anlage die Kessel gleichbleibend befeuert und mit dem vorgewärmten Speisewasser
gleichbleibend gespeist. In den Zeiten eingeschränkten Bedarfs wird aber gleichzeitig
durch den Überschußdampf Speisewasser vorgewärmt, und der Überschuß an vorgewärmtem.
Speisewasser wird gespeichert. Hierbei erfolgt die Vorwärmung ständig in dem Maße,
in dem Dampfüberschuß auftritt. Auf diese Weise wird innerhalb der durch die Leistung
der Vor-,värmanlage gezogenen Grenzen ein völliger Ausgleich der Kesselbelastung
erreicht. Durch das wechselnde, vom jeweiligen Dampfüberschuß abhängige Maß der
Vorwärmung, also wechselnde Anzapfdampfmengen und entsprechend wechselnde vorzuwärmende
Speisewassermengen in der Zeiteinheit, wird jedoch die Ausnutzung des Anzapfdampfes
zur Krafterzeugung außerordentlich verschlechtert. Dieser nachteilige Einfluß auf
den Wirkungsgrad der Gesamtanlage ist wesentlich größer als der Gewinn durch die
gleichbleibende Leistung und Speisung der.Kessel. Außerdem können infolge der beschränkten
Aufnahmefähigkeit der Vorwärmeinrichtung und der angezapften Kraftmaschine sowie
des durch die Fördereinrichtungen begrenzten Speisewasserstromes nur beschränkte
Überschüsse an Dampf aufgenommen und ausgeglichen, auftretende Fehlbeträge an Dampf
überhaupt nicht ausgeglichen werden. Bei größeren Absenkungen oder Spitzen des Verbrauchs
werden daher die Kessel abblasen bzw. der Dampfdruck wird sinken, was beides den
Gesamtwirkungsgrad der Anlage weiterhin verschlechtert.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und ebenso auch
die Nachteile der zuerst erwähnten Betriebsweise. Sie entspricht einem von beiden
Betriebsweisen wesentlich verschiedenen, zwischen ihnen liegenden Mittelweg, der
den besten Wirkungsgrad der Gesamtanlage herbeiführt. Bei der Dampfanlage gemäß
vorliegender Erfindung wird auch während einer Schwankungsperiode der Belastung,
in der die Feuerführung und Leistung der Kessel entsprechend den Belastungschw ankungen
verändert bzw. geregelt
wird, durch einen gleichbleibenden Anzapfdampfstrom
ein gleichbleibender Speise-,vasserstrom vorgewärmt, wobei der Ausgleich zwischen
dem Bedarf und der Erzeugung an vorgewärmtem Wasser durch einen Flüssigkeitsspeicher
herbeigeführt wird.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in den Abb. i bis .4 in einigen
Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
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In Abb. i sind i die Dampferzeuger, die ihren Dampf in die Hauptdampfleitung
2 liefern, aus der beliebige Dampfverbraucher, u. a. eine Anzapfgegendruckturbine
3 mit mehrstufiger Anzapfung, gespeist werden. Die Turbine 3 treibt beispielsweise
einen Stromerzeuger 4., der mit anderen Stromerzeugern parallel arbeitet. 5 ist
ein Behälter für das noch nicht vorgewärmte Speisewasser, aus dem eine Pumpe 6 dieses
Wasser durch einen Oberflächenvorwärmer 7 und eine Verteilungseinrichtung 8 in einen
Speicherbehälter 9 für v orgewärmtes Speisewasser fördert. In dem Oberflächenv orwärmer
7 und imDampfraum des Speichers 9 wird das Speisewasser in bekannter Weise durch
den Anzapf- und Abdampf der Turbine 3, der durch die Leitungen io bis 13 zuströmt,
vorgewärmt. Aus dem Behälter 9 wird das vorgewärmte Speisewasser durch eine Speisepumpe
14 entsprechend dem Speisewasserbedarf der Kessel entnommen und diesen durch die
Rauchgasspeisewasservorwärmer 15 hindurch zugedrückt. Die Dampferzeugung und infolgedessen
auch die Speisung der Kessel i folgt den Belastungsschwankungen des Dampfnetzes
2. Die Pumpe 6 dagegen fördert einen gleichbleibenden mittleren Speise-%vdsserstrom
durch den V orwärmer 7 in den Behälter 9. Dieser Speisewasserstrom bedarf zu seiner
Vorwärmung -einer Dampfmenge, die dem normalen Dampfdurchsatz der Turbine 3 entspricht
und den besten Wirkungsgrad dieser Turbine ergibt. Damit bei einem Versagen der
Pumpe 6 oder einer unbeabsichtigten Verringerung ihrer Fördermenge der Dampfdruck
im Behälter 9 nicht unzulässig steigt, ist die Turbine mit einem an sich bekannten
Gegendruckregelventil 16 versehen, das, wie durch Einflußlinie 17 versinnbildlicht,
auf den Druck in der Entnahmeleitung anspricht und schließt, wenn dieser Druck unzulässig
steigt. Die Unterschiede zwischen der gleichbleibenden Fördermenge der Pumpe 6 und
der entsprechend der Kesselbelastung wechselnden Fördermenge der Speisepumpe 14
werden durch den Speicherbehälter 9 ausgeglichen. Sollte sich gelegentlich der Speicherbehälter
9 zu weit füllen, dann wird die ganze Vorwärmanlage 3, 6, 7 oder, wenn sie aus mehreren
parallel arbeitenden Einheiten besteht, ein Teil von ihr stillgesetzt. Auf diese
'\.#Teise wird erreicht, daß der Vorwärmdampf stets mit bestem Wirkungsgrade zur
Krafterzeugung ausgenutzt wird.
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In Abb. 2 ist eine ähnliche Anlage dargestellt. An Stelle eines einfachen
Speicherbehälters 9, der einen Gegenspeicher 5 für noch nicht vorgewärmtes Wasser
erfordert, ist ein an sich bekannter Verdrängungsspeicher vorgesehen. Die Förderleistung
der Pumpe 6 wird, wie durch den Schwimmer 18 und Einflußlinie i9 sinnbildlich dargestellt,
so geregelt, daß ein gleichbleibender Flüssigkeitsstand im Speicher 9 erhalten bleibt.
Da infolgedessen die Förderleistung der Pumpe 6 derjenigen der Speisepumpe 14 und
der Kesselbelastung entspricht, kann der Rauchgasspeisewasservorwärmer 15 vor den
Oberflächenvorwärmer 7 geschaltet werden. Das im Vorwärmer 15 schwach vorgewärmte
Wasser strömt durch Leitung 2o in den unteren Teil des Speichers 9 oder wird durch
die Pumpe 21 aus der Leitung 2o und dem unteren Teil des Speichers 9 entnommen und
in gleichbleibendem Strom durch den Oberflächenvorwärmer 7 und die Verteilungseinrichtung
8 in den oberen Teil des Speichers 9 gefördert. Die Wirkungsweise ist im übrigen
die gleiche wie bei der Anlage nach Abb. i.
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In Abb. 3 ist eine der Anlage nach Abb. 2 ähnliche Anlage dargestellt,
die sich nur dadurch unterscheidet, daß der Verdrängungsspeicher 9 vollständig mit
Wasser gefüllt ist, das auf einem Druck gehalten wird, der über dem thermodynamischen
Druck des durch Dampf vorgewärmten Wassers liegt. Die Einflußlinie 22 stellt sinnbildlich
dar, daß die Förderleistung der Pumpe 6 auf Einhaltung dieses gleichbleibenden Druckes
geregelt wird. Hierdurch wird die Dampfbildung und damit das Auftreten von Wasserschlägen
im Verdrängungsspeicher 9 und in der Speisepumpe 14 verhindert. Infolge des Wegfalls
des Dampfraums im Speicher 9, der als letzte Vorwärmstufe diente, ist der Vorwärmer
7 vierstufig ausgebildet. Die Wirkungsweise ist im übrigen dieselbe wie bei den
Anlagen nach Abb. i und 2.
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In Abb. 4 ist eine Anlage dargestellt, die in ihren Grundzügen der
Anlage nach Abb.3 entspricht. Auch hier wird die Förderleistung der Pumpe 6 durch
ein ihr nachgeschaltetes Regelventil so geregelt, daß in der Leitung 2o und dem
Verdrängungsspeicher 9 ein gleichbleibender, über den thermodynamischen Druck des
vorgewärmten@Wassers hinausgehender Druck aufrechterhalten wird, was durch Einflußlinie
22 sinnbildlich dargestellt ist. Um jede Drosselung des die Turbine 3 durchströmenden
Dampfes in den Regelorganen dieser Turbine zu vermeiden,
wird diese
Turbine beim Betrieb der Vorwärmanlage stets voll beaufschlagt. Der mittels der
Pumpe 2i durch den Oberflächenvorwärmer 7 geförderte gleichbleibende Speisewasserstrom
wird so bemessen, daß das Wasser durch den vollen Dampfdurchsatz der Turbine 3 auf
die gewünschte Endtemperatur vorgewärmt wird. Da schon durch geringe Änderungen
der Drehzahl der Pumpe 21 oder des Druckes und der Temperatur des Frischdampfes
das richtige Verhältnis des Speisewasserstroms zum Dampfstrom im Vorwäriner 7 gestört
werden kann, dient ein Regelventil :4 zur zusätzlichen Feineinstellung dieses Verhältnisses,
das durch die Förderleistung der Pumpe2i nur grob eingestellt werden kann. Das Regelventil
24 spricht, wie durch Einflußlinie 23 sinnbildlich dargestellt, auf die Wassertemperatur
hinter der letzten Vorwärmstufe (oder auf den Dampfdruck in dieser Stufe) an und
beginnt bei fallender Wassertemperatur zu schließen. LTm beim Stillsetzen der Vorwärmanlage
den Dampfdurchsatz der Turbine 3 selbsttätig zu unterbinden, ist vor die Turbine
3 ein Regelventil 26 geschaltet, das wie ein Nachströmventil in Abhängigkeit vom
Druck in der ersten Vorwärmstufe io oder einer der ersten Vorwärmstufen gesteuert
wird. Dies ist durch Einflußlinie 27 sinnbildlich dargestellt. Das Regelventil 26
beginnt jedoch erst bei einem Druck in der steuernden Vorwärmstufe zu schließen,
der oberhalb des beim Betrieb der Vorwärmanlage für diese Stufe vorgesehenen Druckes
liegt. Beim Betrieb der Vorwärmanlage ist das Ventil26 also vollständig offen. Nach
Stillsetzung der Pumpe 21 sperrt es jedoch selbsttätig die Dampfzufuhr zur Turbine
3 so weit ab, daß in der Turbine 3 und dem Vorwärmer 7 ein den Druck der ersten
Vorwärmstufe io nur wenig übersteigender Dampfdruck aufrechterhalten wird. Die Turbine
3 wird dann von einer mit ihr und ihrem Stromerzeuger 4 auf der gleichen Welle sitzenden
Kraftmaschine 28 mit normalem Geschwindigkeitsregler 29 leer laufend mitgenommen.
` Die Kraftinaschine 28 kann auch in - Wegfall kommen, wenn der Stromerzeuger 4
so ausgebildet ist, daß er auch als Svnchronmotor laufen und seinerseits die Turbine
3 antreiben kann. Die einzelnen Stufen des Vorwärmers 7 sind an ihrer tiefsten Stelle
mit der jeweils im Dampfdruck tieferen Stufe durch offene Drosselstrecken
30 und die Stufe tiefsten Dampfdruckes durch eine offene Drosselstrecke 31
mit dem Behälter 5 für noch nicht vorgewärmtes Speisewasser verbunden. Hierdurch
wird außer einer einfachen Abführung des Kondensats der Vorwärmstufen erreicht,
daß beim Leerlauf der Turbine 3 nach Abstellung der Pumpe 21 selbsttätig die zur
Abführung der Reibungswärme der Turbine erforderliche Kühldampfmenge diese durchströmt
und gleichzeitig den Vorwäriner 7 warm hält und so vor Leckwerden schützt. Lediglich
durch Aus- und Einschalten der Pumpe 2i kann also die Vorwärmanlage in und außer
Betrieb genommen werden.
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An Stelle einer Vorwärmturbine 3 kann auch eine Kolbenmaschine verwendet
werden. An Stelle eines Oberflächenvorwärmers 7 mit besonderer Förderpumpe 6 oder
21 kann mit besonderem Vorteil auch eine sogenannte Vorwärmpumpe benutzt werden,
bei der die Vorwärmdampfströme dem Wasser auf den einzelnen Druckstufen der Pumpe
zugeführt werden. Da die Vorwärmpumpen gegen Schwankungen der Wassermenge und der
Dampfmenge infolge der dadurch auftretenden Verschiebung der Stufendrücke gegeneinander
sehr empfindlich sind, wirkt sich hier die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft
aus und macht alle verwickelten Regeleinrichtungen überflüssig.