DE69425064T2

DE69425064T2 - INTEGRATION CONSTRUCTION OF STEAM BOILER AND STEAM TURBINE AND METHOD FOR FEED WATER HEATING FOR THE STEAM TURBINE

Info

Publication number: DE69425064T2
Application number: DE69425064T
Authority: DE
Inventors: Ilmari Maekilae; Markku Raiko; Jarmo Tuominen; Sasu Valkamo
Original assignee: Fortum Power and Heat Oy
Current assignee: Fortum Power and Heat Oy
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: FI934603A0; PT724683E; DK0724683T3; EP0724683B1; GR3034073T3; ES2148346T3; ATE194208T1; EP0724683A1; EE03219B1; DE69425064D1; AU7814694A; FI101163B; FI934603A7; WO1995011370A1

Abstract

The invention concerns an integration construction between a steam boiler and a steam turbine and a method for preheating of the supply water. In the integration construction the steam is passed from the steam boiler (10) along the duct (24a) into the steam turbine (11) so as to rotate the electric generator (12) which generates electricity. The economizer (23) consists of at least two parts, comprising at least one first economizer part (23') and at least one second economizer part (23''). The supply water is passed from the cold economizer part (23') to a supply-water preheater, which consists of a heat exchanger (24) in which thermal energy is transferred from bled steams of the steam turbine, either directly or through a medium, preferably water, into the supply water. After this, the supply water, which had been preheated by means of bled steams from the steam turbine, is passed in the steam boiler (10) into the hot economizer part (23'') and further to the vaporizer (240) and into the superheater (24) and through the superheater into the steam turbine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Vorwärmen des Speisewassers für eine Dampfturbine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a power plant according to the preamble of patent claim 1 and a method for preheating the feed water for a steam turbine according to the preamble of patent claim 5.

Die letzte Heizfläche eines Dampfkessels vor dem Rauchabzug ist entweder ein Rauchgas/Luft-Wärmetauscher oder ein Ekonomiser. In der vorliegenden Anmeldung wird unter einem Rauchgas/Luft-Wärmetauscher ein Wärmetauscher zwischen Rauchgas und Verbrennungsluft verstanden, bei dem die Wärme von einem Rauchgas zu einer Verbrennungsluft übertragen wird, um die Verbrennungsluft vorzuwärmen. In der vorliegenden Anmeldung wird unter einem Ekonomiser ein Wärmetauscher verstanden, in dem thermische Energie von Rauchgasen an das Speisewasser übertragen wird.The last heating surface of a steam boiler before the smoke outlet is either a flue gas/air heat exchanger or an economizer. In the present application, a flue gas/air heat exchanger is understood to be a heat exchanger between flue gas and combustion air, in which the heat from a flue gas is transferred to a combustion air in order to preheat the combustion air. In the present application, an economizer is understood to be a heat exchanger in which thermal energy is transferred from flue gases to the feed water.

Wenn ein Rauchgas/Luft-Wärmetauscher verwendet wird, kann das Speisewasser für den Kessel mittels eines Nebendampfes von der Dampfturbine vorgewärmt werden, wodurch der Wirkungsgrad des Dampfturbinenprozesses verbessert wird. Ein Rauchgas/Luft-Wärmetauscher, das heißt, ein Wärmetauscher, in dem thermische Energie von den Rauchgasen direkt an die Verbrennungsluft übertragen wird, wird wegen seiner hohen Kosten üblicherweise nicht in kleinen Dampfkraftwerken verwendet.When a flue gas/air heat exchanger is used, the feed water for the boiler can be preheated by means of a side steam from the steam turbine, thereby improving the efficiency of the steam turbine process. A flue gas/air heat exchanger, that is, a heat exchanger in which thermal energy is transferred from the flue gases directly to the combustion air, is not usually used in small steam power plants because of its high cost.

Wenn kein Rauchgas/Luft-Wärmetauscher verwendet wird, werden die Rauchgase des Dampfkessels mittels eines Ekonomisers gekühlt, bevor sie in den Rauchabzug geleitet werden. In einem derartigen Fall kann das Speisewasser nicht mittels eines Nebendampfes von der Dampfturbine vorgewärmt werden, da das Vorwärmen die Höchsttemperatur der Rauchgase steigern und dabei den Wirkungsgrad des Kessels senken würde.If no flue gas/air heat exchanger is used, the flue gases from the boiler are cooled by an economizer before being discharged into the flue. In such a case, the feed water cannot be preheated by means of auxiliary steam from the steam turbine, since preheating would increase the maximum temperature of the flue gases and thereby reduce the efficiency of the boiler.

Aus dem Stand der Technik ist auch der im Patent DE 22 43 380 beschriebene Weg zum einstückigen Ausbilden eines Dampfkessels und einer Dampfturbine bekannt. In dem Verfahren wird das Speisewasser in zwei Teile geteilt, das heißt, in eine Leitung, die zum Kessel führt, und in eine Leitung, die zur Hochdruck-Vorwärmanlage führt. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß der Rauchgas/Luft- Wärmetauscher mittels dieser Lösung ersetzt werden kann. Andererseits ist die Komplexität des Systems ein Nachteil.The method described in patent DE 22 43 380 for integrally forming a steam boiler and a steam turbine is also known from the prior art. In the method, the feed water is divided into two parts, that is, into a line that leads to the boiler and into a line that leads to the high-pressure preheating system. It is an advantage of the invention that the flue gas/air heat exchanger can be replaced by means of this solution. On the other hand, the complexity of the system is a disadvantage.

Aus dem Stand der Technik ist auch die in der Druckschrift DE 31 11 011 A1 beschriebene Lösung bekannt, in der das Speisewasser ohne steuerungstechnische Gründe sowohl mittels eines Nebendampfes als auch mittels Rauchgasen vorgewärmt wird. Weiterhin umfaßt die Lösung auch einen Rauchgas/Luft-wärmetauscher. Nachteilig sind die Komplexität und die hohen Kosten des Systems der einstückigen Ausbildung.The solution described in the publication DE 31 11 011 A1 is also known from the state of the art, in which the feed water is preheated without any control-related reasons using both secondary steam and flue gases. The solution also includes a flue gas/air heat exchanger. The disadvantages are the complexity and high costs of the one-piece design system.

Im Ekonomiser eines Dampfkessels wird Wärme von den Rauchgasen an das Speisewasser übertragen. Der Temperaturwechsel des Speisewassers im Ekonomiser ist geringer als der rauchgasseitige Temperaturwechsel. Die Temperaturerhöhung des Speisewassers ist in der Regel 40 ... 50% der entsprechenden rauchgasseitigen Temperaturverringerung. Daher ist der Temperaturunterschied am heißen Ende des Ekonomisers beträchtlich höher als am kalten Ende. Aus dieser Beobachtung folgt, daß außer der von den Rauchgasen erhaltenen Wärme auch andere Wärme an das Speisewasser übertragen werden kann. In einem Dampfturbinenprozeß ist es vorteilhaft, einen Nebendampf zum Vorwärmen des Speisewassers zu benützen.In the economizer of a steam boiler, heat is transferred from the flue gases to the feed water. The temperature change of the feed water in the economizer is less than the temperature change on the flue gas side. The temperature increase of the feed water is usually 40 ... 50% of the corresponding flue gas side. Temperature reduction. Therefore, the temperature difference at the hot end of the economizer is considerably higher than at the cold end. From this observation it follows that heat other than the heat obtained from the flue gases can also be transferred to the feed water. In a steam turbine process it is advantageous to use a bypass steam to preheat the feed water.

In einer Anordnung der Druckschrift US 3,913,330 ist ein Rauchgas/Luft-Erwärmer mittels eines Zwischenkreises ausgeführt. Die Leistung des Wärmetauschers wird in ihrer Gesamtheit zum Vorwärmen von Luft übertragen, und er bildet daher keinen Teil des Vorwärmkreises von Speisewasser. Das Speisewasser dient als ein Fluid des Zwischenkreises. Die Verwendung eines Zwischenkreises bringt immer Energieverluste mit sich, die durch Temperaturunterschiede bei der Wärmeübertragung hervorgerufen werden. In diesem Fall findet ein Vorwärmen von Luft mittels eines Hochtemperaturspeisewasser statt, und die damit verbundenen Energieverluste sind beträchtlich. Das Verhältnis des Wärmekapazitätenstroms der Verbrennungsluft zu dem des Speisewassers ist 2 bis 2,5. Die Vorteile dieser gekoppelten Anordnung beziehen sich auf die Tatsache, daß es nicht wünschenswert ist, heiße Luftströme aufzubauen, die unter anderem in Schiffen mit einem Rauchgas/Luft-Erwärmer in einer Kesselkonstruktion in Verbindung sind.In an arrangement in US 3,913,330, a flue gas/air heater is implemented using an intermediate circuit. The heat exchanger's power is transferred in its entirety to preheat air and it therefore does not form part of the feed water preheating circuit. The feed water serves as a fluid of the intermediate circuit. The use of an intermediate circuit always entails energy losses caused by temperature differences during heat transfer. In this case, air is preheated using high temperature feed water and the associated energy losses are considerable. The ratio of the heat capacity flow of the combustion air to that of the feed water is 2 to 2.5. The advantages of this coupled arrangement relate to the fact that it is undesirable to build up hot air flows, which are, among other things, associated with a flue gas/air heater in a boiler construction in ships.

Das US-Patent 3,913,330 beschreibt daher ein herkömmliches Vorwärmsystem, in dem ein Luftvorwärmer (wärmetauscher) durch ein indirektes System ersetzt ist. Die von Rauchgasen zu einer Verbrennungsluft zu übertragende Vorwärmleistung wird in dieser Konstrukaion zuerst an das Speisewasser übertragen, das die Wärme an die Verbrennungsluft überträgt, wonach das Speisewasser auf seine Ausgangstemperatur zurückgekühlt ist. Das Speisewasser dient in diesem Prozeß nur als ein Fluid, und es nimmt daher im thermodynamischen Sinn nicht am Vorwärmprozeß teil. Statt Speisewasser könnte auch ein geschlossener Wasserkreislauf eingesetzt werden, der bei Heiz-, Installations- und Klimaanlagensystemen allgemein verwendet wird.US Patent 3,913,330 therefore describes a conventional preheating system in which an air preheater (heat exchanger) is replaced by an indirect system. The preheating power to be transferred from flue gases to combustion air is first transferred to the feed water in this construction, which transfers the heat to which transfers combustion air, after which the feed water is cooled back to its initial temperature. The feed water serves only as a fluid in this process and therefore does not participate in the preheating process in a thermodynamic sense. Instead of feed water, a closed water circuit could also be used, which is commonly used in heating, plumbing and air conditioning systems.

Angesichts dieses Stands der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftwerk und ein Verfahren zum Vorwärmen von Speisewasser für eine Dampfturbine vorzusehen, mit denen ein verbesserter Wirkungsgrad des gesamten Kraftwerksprozesses erzielt werden kann.In view of this state of the art, it is an object of the invention to provide a power plant and a method for preheating feed water for a steam turbine, with which an improved efficiency of the entire power plant process can be achieved.

Mittels der Erfindung wird der einstückige Aufbau des Dampfkessel- und des Dampfturbinenprozesses effizienter gemacht. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung können gleichzeitig mit der Verbesserung des Wirkungsgrads des Dampfturbinenprozesses die Rauchgase der Dampfkessels effizient gekühlt werden.By means of the invention, the one-piece construction of the steam boiler and steam turbine process is made more efficient. By means of the arrangement according to the invention, the flue gases of the steam boiler can be efficiently cooled at the same time as the efficiency of the steam turbine process is improved.

Die Investitionskosten sind geringer als diejenigen einer mit einem Rauchgas/Luft-Wärmetauscher versehenen Alternative:The investment costs are lower than those of an alternative equipped with a flue gas/air heat exchanger:

- verbesserte Steuerbarkeit und Kesselwirkungsgrad- improved controllability and boiler efficiency

- kleineres Kesselhaus- smaller boiler house

- geringere Kesselkosten- lower boiler costs

Wenn eine Rauchgas/Luft-Wärmetauscherlösung unwirtschaftlich ist, ist es mittels der Erfindung möglich, einen verbesserten Prozeß zu erzielen, wenn die Verwendung von Nebendampf erhöht werden kann.If a flue gas/air heat exchanger solution is uneconomical, it is possible by means of the invention to achieve an improved process if the use of bypass steam can be increased.

Die Erfindung ist speziell vorteilhaft, wenn die Verbrennungsluft des Dampfkessels in einem oder mehreren Dampf/Luft-Wärmetauschern gewärmt wird, die in Reihe geschaltet sind und die Nebendampf benützen.The invention is particularly advantageous when the combustion air of the steam boiler is heated in one or more steam/air heat exchangers which are connected in series and which use auxiliary steam.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf einige in den beigefügten Figuren abgebildete bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung nicht gerade auf die Ausführungsbeispiele allein beschränkt werden soll.The invention is described below with reference to some preferred embodiments of the invention shown in the attached figures, whereby the invention is not intended to be limited to the embodiments alone.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der keinen Teil der Erfindung darstellenden einstückigen Konstruktion, in der die Kesselkonstruktion einen in zwei Teile geteilten Ekonomiser zum Vorwärmen des Speisewassers mittels einer aus den Rauchgasen entnommenen thermischen Energie aufweist, wobei die Speisewasserleitung zwischen den Ekonomiserteilen mit einem Speisewasservorwärmer versehen ist, der aus einem wärmetauscher besteht, in dem Wärme von Nebendampfströmen zum Vorwärmen des Speisewasser übertragen wird.Fig. 1 shows an embodiment of the one-piece construction not forming part of the invention, in which the boiler construction has an economizer divided into two parts for preheating the feed water by means of thermal energy taken from the flue gases, the feed water line between the economizer parts being provided with a feed water preheater consisting of a heat exchanger in which heat from secondary steam streams is transferred to preheat the feed water.

Fig. 2 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem der Ekonomiser in zwei Teile geteilt ist, zwischen denen zwei Vorwärmer für Speisewasser sind, die aus Wärmetauschern bestehen, in denen das Speisewasser mittels Nebendampfströmen von der Dampfturbine in zwei Schritten vorgewärmt wird.Fig. 2 shows a first preferred embodiment of the invention, in which the economizer is divided into two parts, between which there are two preheaters for feed water, which consist of heat exchangers in which the feed water is preheated in two steps by means of secondary steam flows from the steam turbine.

Fig. 3 ist ein Temperatur/Wärmekapazität-Graph eines Ekonomiserbetriebs gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1, das auch kein Teil der Erfindung ist.Fig. 3 is a temperature versus heat capacity graph of an economizer operation according to the embodiment of Fig. 1, which also does not form part of the invention.

Fig. 4 ist ein Temperatur/Wärmekapazität-Graph des Ekonomisers eines Dampfkessels gemäß Fig. 2.Fig. 4 is a temperature/heat capacity graph of the economizer of a steam boiler according to Fig.2.

Fig. 5 ist ein Temperatur/Wärmekapazität-Graph eines Ekonomiserbetriebs, bei dem der Ekonomiser aus drei Teilen besteht und bei dem das Vorwärmen des Speisewassers zwischen den Ekonomiserteilen mittels Nebendampfströmen durchgeführt wird.Fig. 5 is a temperature-heat capacity graph of an economizer operation in which the economizer consists of three sections and in which the preheating of the feedwater between the economizer sections is carried out by means of auxiliary steam streams.

Gemäß Fig. 1 ist der Dampfkessel mit dem Bezugszeichen 10, die Dampfturbine mit dem Bezugszeichen 11 und der elektrische Generator, der durch die Turbine gedreht wird und der elektrischen Strom erzeugt, mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wird die Verbrennungsluft mittels dem Frischluftgebläse 14 des Kessels 10 entlang der Leitung 13 in den Feuerungsraum M des Kessels 10 eingeführt (Pfeil L1). Der Brennstoff wird entlang der Leitung 7.5 eingeführt, wie durch den Pfeil L2 angezeigt ist.According to Fig. 1, the steam boiler is designated by the reference numeral 10, the steam turbine by the reference numeral 11 and the electric generator, which is rotated by the turbine and which generates electrical current, by the reference numeral 12. In the illustrated embodiment of Fig. 1, the combustion air is introduced by means of the fresh air blower 14 of the boiler 10 along the line 13 into the combustion chamber M of the boiler 10 (arrow L1). The fuel is introduced along the line 7.5 as indicated by the arrow L2.

Die Rahmenkonstruktionen des Kessels 10 sind mit dem Bezugszeichen R bezeichnet. Die Rauchgase werden vom Kessel 10 in den Rauchabzug 16 geleitet.The frame structures of the boiler 10 are designated with the reference symbol R. The flue gases are led from the boiler 10 into the smoke outlet 16.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1, das nur zum besseren Verständnis üblicher Konstruktionen dient, sind der Kondensator mit dem Bezugszeichen 17 und der Speisewassertank mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Vom Kondensator 17, der ein Wärmetauscher ist, führt zum Beispiel eine Zonenheizleitung 17a zur Verwertung der Kondensatwärme. Die Kondensatpumpe ist mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet.In the embodiment of Fig. 1, which only serves to better understand common designs, the condenser is designated with the reference numeral 17 and the feed water tank with the reference numeral 18. From the condenser 17, which is a heat exchanger, a zone heating line 17a leads, for example, to utilize the condensate heat. The condensate pump is designated with the reference numeral 19.

Zum Speisewassertank 18 führt eine Nebendampfleitung 20 von der Dampfturbine. Die Dampfleitung 21a von der Dampfturbine 11 ist mit der Einlaßseite des Kondensators 17 verbunden und die Kondensatwasserleitung 21b mit der Auslaßseite des Kondensators 17 verbunden, während die Kondensatwasserpumpe 19 das Kondensatwasser in den Speisewassertank 18 zirkuliert.A secondary steam line 20 from the steam turbine leads to the feed water tank 18. The steam line 21a from the steam turbine 11 is connected to the inlet side of the condenser 17 and the condensate water line 21b to the Outlet side of the condenser 17, while the condensate water pump 19 circulates the condensate water into the feed water tank 18.

Vom Speisewassertank 18 führt eine Speisewasserleitung 22a zum Ekonomiser 23', das heißt, zum Wärmetauscher, der als eine Heizfläche in Verbindung mit der Rauchgasleitung D innerhalb der Rahmenkonstruktion R des Kessels 10 liegt. In dieser Verbindung wird mittels des Wärmetauschers 23 vor dem Rauchabzug 16 Wärme vom Rauchgas S an das Speisewasser übertragen. Mittels der Pumpe 190 wird das gewärmte Speisewasser entlang der Leitung 22b zum Speisewasservorwärmer, das heißt, dem Wärmetauscher 26, zum Fließen gebracht, zu dem eine Nebendampfleitung 27a führt und von dem eine Leitung 27b für Kondensatwasser zum Speisewassertank 18 führt.A feed water line 22a leads from the feed water tank 18 to the economizer 23', i.e. to the heat exchanger, which is located as a heating surface in connection with the flue gas line D within the frame structure R of the boiler 10. In this connection, heat is transferred from the flue gas S to the feed water by means of the heat exchanger 23 in front of the smoke outlet 16. By means of the pump 190, the heated feed water is made to flow along the line 22b to the feed water preheater, i.e. the heat exchanger 26, to which a secondary steam line 27a leads and from which a line 27b for condensate water leads to the feed water tank 18.

Dadurch wird im Wärmetauscher 26 mittels der von Nebendampfströmen erhaltenen thermischen Energie ein. Vorwärmen des in der Leitung 22b fließenden Speisewassers durchgeführt. Das Speisewasser wird, nachdem es auf eine höhere Temperatur gebracht wurde, weiter entlang der Leitung 22b in den zweiten Teil 23 " des Ekonomisers 23, das heißt, des Rauchgas/Speisewasser-Wärmetauschers, und weiter vom Ekonomiser 23 " durch den Verdampfer 240 zum Überhitzer 24 und, in der Form von Dampf, entlang der Leitung 24a zur Dampfturbine 11 geleitet.As a result, in the heat exchanger 26, by means of the thermal energy obtained from secondary steam flows, a preheating of the feed water flowing in the line 22b is carried out. The feed water, after being brought to a higher temperature, is passed further along the line 22b into the second part 23" of the economizer 23, that is, the flue gas/feed water heat exchanger, and further from the economizer 23" through the evaporator 240 to the superheater 24 and, in the form of steam, along the line 24a to the steam turbine 11.

Fig. 2 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den anderen Belangen ähnlich denen in Fig. 1 gezeigten ist, außer, daß Verbrennungsluftvorwärmer 25a, 25b, das heißt, Dampf/Luft-wärmetauscher, in der Leitung 13 liegen. Sie sind Wärmetauscher, in denen Nebendampfwärme an die Verbrennungsluft übertragen wird. Ein weiterer Unterschied im Vergleich mit dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist, daß zwischen dem ersten Teil 23' und dem zweiten Teil 23 " des Ekonomisers des Kessels das Speisewasser mittels einer von Nebendampfströmen zurückgewonnenen thermischen Energie in zwei Stufen gewärmt wird.Fig. 2 shows a first preferred embodiment of the invention, which is similar in other respects to that shown in Fig. 1, except that combustion air preheaters 25a, 25b, i.e. steam/air heat exchangers, are located in the line 13. They are heat exchangers in which secondary steam heat is transferred to the combustion air. Another difference in comparison with the embodiment shown in Fig. 1 The embodiment is that between the first part 23' and the second part 23" of the economizer of the boiler, the feed water is heated in two stages by means of thermal energy recovered from secondary steam streams.

In Fig. 2 ist, ebenso wie im Fall der herkömmlichen Konstruktion von Fig. 1, der Dampfkessel mit dem Bezugszeichen 10, die Dampfturbine mit dem Bezugszeichen 11 und der elektrische Generator, der elektrischen Strom erzeugt und der durch die Turbine gedreht wird, mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Die Verbrennungsluft wird mittels des Frischluftgebläses 14 des Kessels 10 entlang der Leitung 13 in den Feuerungsraum M des Kessels 10 eingeführt (Pfeil L1). Der Brennstoff wird entlang der Leitung 15 auf dem durch den Pfeil L2 angezeigten Weg zugeführt.In Fig. 2, as in the case of the conventional construction of Fig. 1, the steam boiler is designated by the reference numeral 10, the steam turbine by the reference numeral 11 and the electric generator which generates electric power and which is rotated by the turbine by the reference numeral 12. The combustion air is introduced into the combustion chamber M of the boiler 10 by means of the fresh air blower 14 of the boiler 10 along the line 13 (arrow L1). The fuel is supplied along the line 15 on the path indicated by the arrow L2.

Die Rahmenkonstruktionen des Kessels 10 sind mit dem Buchstaben R bezeichnet. Die Rauchgase werden vom Kessel 10 in den Rauchabzug 16 geleitet.The frame structures of the boiler 10 are marked with the letter R. The flue gases are led from the boiler 10 into the flue 16.

Der Kondensator ist mit dem Bezugszeichen 17 und der Speisewassertank mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Der Kondensator 17 ist ein Wärmetauscher. Er weist eine Kühlwasserleitung 17a zum Abführen der Kondensatwärme auf. Dadurch wird Kondenswärme vom Abdampf der Turbine an das Kühlwasser übertragen. Die Kondensatpumpe ist mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet.The condenser is designated with the reference number 17 and the feed water tank with the reference number 18. The condenser 17 is a heat exchanger. It has a cooling water line 17a for dissipating the condensate heat. This transfers condensate heat from the exhaust steam of the turbine to the cooling water. The condensate pump is designated with the reference number 19.

Von der Dampfturbine 11 führt eine Nebendampfleitung 20 zum Speisewassertank 18. Die Abdampfleitung 21a von der Dampfturbine 11 ist mit der Einlaßseite des Kondensators 17 verbunden, und die Kondensatwasserleitung 21b ist mit der Auslaßseite des Kondensators 17 verbunden, während die Kondensatwasserpumpe 19 das Kondensatwasser in den Speisewassertank 18 zirkuliert. Vom Speisewassertank 18 führt eine Speisewasserleitung 22a zum Wärmetauscher 23.A secondary steam line 20 leads from the steam turbine 11 to the feed water tank 18. The exhaust steam line 21a from the steam turbine 11 is connected to the inlet side of the condenser 17, and the condensate water line 21b is connected to the outlet side of the condenser 17, while the condensate water pump 19 circulates the condensate water into the feed water tank 18. A feed water line 22a leads from the feed water tank 18 to the heat exchanger 23.

Im erfinderischen Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird mittels der Pumpe 190 das Speisewasser zum Fließen entlang der Speisewasserleitung 22a zum Ekonomiser 23' gebracht, das heißt, zum Rauchgas/Speisewasser- Wärmetauscher, in dem thermische Energie des Rauchgases durch äquivalente Rohrheizflächen, die im Wärmetauscher 23' in der Rauchgasleitung D liegen, an das Speisewasser übertragen wird. Entlang der Leitung 22b wird das Speisewasser, das erfindungsgemäß vorgewärmt wurde, weiter in einen ersten Wärmetauscher 26a geleitet, zu dem eine Nebendampfleitung 27a von der Dampfturbine 11 führt und von dem eine Auslaßleitung 27b für Kondensat/Dampf in den Speisewassertank 18 führt.In the inventive embodiment of Fig. 2, the feed water is caused to flow by means of the pump 190 along the feed water line 22a to the economizer 23', that is, to the flue gas/feed water heat exchanger, in which thermal energy of the flue gas is transferred to the feed water through equivalent tubular heating surfaces located in the heat exchanger 23' in the flue gas line D. Along the line 22b, the feed water, which has been preheated according to the invention, is further conducted into a first heat exchanger 26a, to which a secondary steam line 27a leads from the steam turbine 11 and from which an outlet line 27b for condensate/steam leads into the feed water tank 18.

Danach wird das Speisewasser, das mittels eines Nebendampfes von der Dampfturbine im ersten Wärmetauscher 26a vorgewärmt wurde, in einen zweiten Wärmetauscher 26b übertragen, zu dem eine Nebendampfleitung 28a von der Dampfturbinenseite mit höherem Druck führt und von dem eine Auslaßleitung 28b führt. Die Leitung 28b führt zum Wärmetauscher 26a, so daß das Kondensat weiter durch die Auslaßleitung 27b in den Speisewassertank 18 übertragen wird. Dadurch wird das Speisewasser, das mittels Nebendampfströmen in zwei Stufen vorgewärmt wurde, in den den zweiten Teil 23 " des zweiteiligen Ekonomisers des Kessels 10 darstellenden Teil 23 " übertragen, von dem das Speisewasser weiter in den neben dem Feuerungsraum des Kessels liegenden Verdampfer 240 und in den Überhitzer und über seine Wärmetauscherkonstruktionen entlang der Leitung 24a in der Form von Dampf in die Dampfturbine 11 geleitet wird.Thereafter, the feed water, which has been preheated by means of a auxiliary steam from the steam turbine in the first heat exchanger 26a, is transferred to a second heat exchanger 26b, to which a auxiliary steam line 28a leads from the steam turbine side with higher pressure and from which an outlet line 28b leads. The line 28b leads to the heat exchanger 26a, so that the condensate is further transferred through the outlet line 27b into the feed water tank 18. As a result, the feed water, which has been preheated in two stages by means of secondary steam flows, is transferred to the part 23 " representing the second part 23 " of the two-part economizer of the boiler 10, from which the feed water is further conducted into the evaporator 240 located next to the combustion chamber of the boiler and into the superheater and via its heat exchanger structures along the line 24a in the form of steam into the steam turbine 11.

Im erfinderischen Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist es vorzuziehen, daß die Nebendampfleitung 27a einen Verzweigungspunkt C2 zum Leiten einer Nebendampfleitung 29a zum Wärmetauscher 25a zum Vorwärmen der Verbrennungsluft umfaßt, und daß die Nebendampfleitung 28a einen Verzweigungspunkt C3 zum Leiten einer Nebendampfleitung 30a zum Wärmetauscher 25b umfaßt. Von den Wärmetauschern 25a, 25b führen Leitungen 29b, 30b zum Verzweigungspunkt C4 zum Leiten des Kondensats zur Leitung 27b und weiter in den Speisewassertank 18.In the inventive embodiment of Fig. 2, it is preferable that the secondary steam line 27a comprises a branching point C2 for conducting a secondary steam line 29a to the heat exchanger 25a for preheating the combustion air, and that the secondary steam line 28a comprises a branching point C3 for conducting a secondary steam line 30a to the heat exchanger 25b. From the heat exchangers 25a, 25b, lines 29b, 30b lead to the branching point C4 for conducting the condensate to the line 27b and further into the feed water tank 18.

Im Bereich des Schutzumfangs der Erfindung ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, in dem Nebendampf desselben Druckwerts in einen oder mehrere Speisewasservorwärmer und/oder in einen oder mehrere Verbrennungsluftvorwärmer geleitet wird.Within the scope of the invention, an embodiment is also possible in which secondary steam of the same pressure value is fed into one or more feed water preheaters and/or into one or more combustion air preheaters.

Dadurch wird in der Konstruktion, die in Fig. 2 abgebildet ist, das Vorwärmen des Speisewassers mittels Nebendampfströmen von der Dampfturbine zwischen den zwei Teilen des zweiteiligen Ekonomisers durchgeführt.Thus, in the design shown in Fig. 2, the preheating of the feed water is carried out by means of auxiliary steam flows from the steam turbine between the two parts of the two-part economizer.

Weiterhin wird in der Konstruktion mittels der von den Nebendampfströmen zurückgewonnenen thermischen Energie auch eine Verbrennungsluft gewärmt, die entlang der Leitung 13 in den Feuerungsraum M des Kessels 10 geleitet wird.Furthermore, in the construction, the thermal energy recovered from the secondary steam flows is also used to heat combustion air, which is led along the line 13 into the combustion chamber M of the boiler 10.

Fig. 2 bildet einen bevorzugten Weg der Ausführung der Erfindung ab. Das Speisewasser wird vom Speisewassertank bei einer Temperatur von ungefähr 100ºC in die erste Ekonomiserpackung 23' des Dampfkessels geleitet. Das Speisewasser wird in der ersten Ekonomiserpackung auf ungefähr 150ºC gewärmt. Danach wird das Speisewasser zum hochdruckseitigen Nebendampfvorwärmer, das heißt, zum Wärmetauscher 26a geleitet, in dem das Speisewasser mittels eines Nebendampfes auf ungefähr 175ºC vorgewärmt wird. Vom hochdruckseitigen Nebendampfvorwärmer wird das Speisewasser zum zweiten Vorwärmer, zum Wärmetauscher 26b, geleitet, in dem das Speisewasser auf ungefähr 200ºC gewärmt wird, und weiter in die zweite Ekonomiserpackung 23 ", in der das Speisewasser um weitere 50... 100ºC gewärmt wird. Zu gleichen Zeit wird die Verbrennungsluft gleichfalls mittels Nebendampf in einer oder mehreren Stufen vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 200ºC vorgewärmt. In den Luft- und Speisewasservorwärmern ist es vorzuziehen, dieselben Nebenstellen C&sub2; und C&sub3; der Dampfturbine zu verwenden.Fig. 2 shows a preferred way of carrying out the invention. The feed water is fed from the feed water tank at a temperature of approximately 100ºC into the first economizer packing 23' of the steam boiler. The feed water is heated in the first economizer packing to approximately 150ºC. The feed water is then fed to the high-pressure side auxiliary steam preheater, i.e. to the Heat exchanger 26a, in which the feed water is preheated to approximately 175ºC by means of secondary steam. From the high-pressure side secondary steam preheater, the feed water is led to the second preheater, to the heat exchanger 26b, in which the feed water is heated to approximately 200ºC, and further into the second economizer pack 23", in which the feed water is heated by a further 50...100ºC. At the same time, the combustion air is also preheated by means of secondary steam in one or more stages, preferably to a temperature of approximately 200ºC. In the air and feed water preheaters, it is preferable to use the same substations C₂ and C₃ of the steam turbine.

Fig. 3 zeigt einen Temperatur/wärmekapazität-Graph eines Ekonomisers, der der herkömmlichen Konstruktion von Fig. 1 entspricht. Die Temperatur ist in der vertikalen Koordinatenrichtung angezeigt und die Wärmekapazität in der horizontalen Koordinatenrichtung. In der Figur bildet die Temperaturerhöhungslinie 1-2 eine herkömmliche Lösung nach dem Stand der Technik ab, in der das Speisewasser vom zustand 1 auf den Zustand 2 gewärmt und die Rauchgase von Zustand 3 auf den Zustand 4 gekühlt werden. Weiterhin ist in der Figur die Lösung von Fig. 1 abgebildet, in der ein Vorwärmen des Speisewassers vom Zustandspunkt 5 zum Zustandspunkt 6 mittels Nebendampfströmen durchgeführt wird, wonach das Speisewasser in dem letzten Teil 23" des Ekonomisers vom Zustandspunkt 6 zum Zustandspunkt 7 weitergewärmt wird.Fig. 3 shows a temperature/heat capacity graph of an economizer corresponding to the conventional design of Fig. 1. The temperature is indicated in the vertical coordinate direction and the heat capacity in the horizontal coordinate direction. In the figure, the temperature increase line 1-2 represents a conventional solution according to the state of the art in which the feed water is heated from state 1 to state 2 and the flue gases are cooled from state 3 to state 4. Furthermore, the figure shows the solution of Fig. 1 in which preheating of the feed water from state point 5 to state point 6 is carried out by means of secondary steam flows, after which the feed water is further heated in the last part 23" of the economizer from state point 6 to state point 7.

Fig. 4 ist ein Temperatur/Wärmekapazität-Graph eines Ekonomisers gemäß dem erfinderischen Ausführungsbeispiel von Fig. 2. Das Ausführungsbeispiel der Figur ist in den anderen Belangen ähnlich der Abbildung in Fig. 2, außer, daß das Vorwärmen des Speisewassers vom Zustandspunkt 5 zum Zustandspunkt 6 in zwei Stufen durchgeführt wird, zuerst vom Punkt 5 zum Punkt 5a und vom Punkt 5a zum Punkt 6. Vom Punkt 5 zum Punkt 5a wird das Vorwärmen des Speisewassers mittels Nebendämpfen bei einem niedrigeren Dampfdruck durchgeführt und vom Zustandspunkt 5a zum Zustandspunkt 6 wird das Vorwärmen des Speisewassers mittels Nebendämpfen bei einem höheren Dampfdruck durchgeführt. Dadurch findet in der Abbildung in Fig. 2 das Vorwärmen des Speisewassers in vier Stufen statt: vom Zustandpunkt 1 zum Zustandpunkt 5 mittels des ersten Teils 23' des Ekonomisers; vom Zustandpunkt 5 zum Zustandpunkt 5a und vom Zustandpunkt 5a zum Zustandpunkt 6 mittels Nebendampfströmen mittels der wärmetauscher 26a, 26b und vom Zustandpunkt 6 zum Zustandpunkt 7 mittels des zweiten Teils 23 " des Ekonomisers.Fig. 4 is a temperature/heat capacity graph of an economizer according to the inventive embodiment of Fig. 2. The embodiment of the figure is similar in other respects to the illustration in Fig. 2, except that the preheating of the feed water from state point 5 to state point 6 is carried out in two stages, first from point 5 to point 5a and from point 5a to point 6. From point 5 to point 5a the preheating of the feed water is carried out by means of auxiliary steam at a lower steam pressure and from state point 5a to state point 6 the preheating of the feed water is carried out by means of auxiliary steam at a higher steam pressure. Thus, in the illustration in Fig. 2 the preheating of the feed water takes place in four stages: from state point 1 to state point 5 by means of the first part 23' of the economizer; from state point 5 to state point 5a and from state point 5a to state point 6 by means of auxiliary steam flows by means of the heat exchangers 26a, 26b and from state point 6 to state point 7 by means of the second part 23" of the economizer.

Im Bereich des Schutzumfangs der Erfindung ist natürlich ein Ausführungsbeispiel möglich, in dem der Ekonomiser mehr als zwei Teile umfaßt, zwischen denen ein Vorwärmen des Speisewassers mittels Nebendampfströmen getrennt durchgeführt wird. Ein Ekonomiserbetrieb in drei Teilen ist durch den Temperatur/Wärmekapazität-Graph eines Ekonomiser in Fig. 5 abgebildet. Ein Vorwärmen der Speisewassers mittels Nebendampfströmen findet zwischen den Ekonomiserteilen 23', 23 " vom Zustandpunkt 5 zum Zustandpunkt 5a, und zwischen den Ekonomiserteilen 23 " und 23 " ' vom Zustandpunkt 5b zum Zustandpunkt 6 statt.Within the scope of the invention, an embodiment is of course possible in which the economizer comprises more than two parts, between which preheating of the feed water by means of secondary steam flows is carried out separately. An economizer operation in three parts is illustrated by the temperature/heat capacity graph of an economizer in Fig. 5. Preheating of the feed water by means of secondary steam flows takes place between the economizer parts 23', 23" from state point 5 to state point 5a, and between the economizer parts 23" and 23"' from state point 5b to state point 6.

Claims

1. Power plant consisting of a steam boiler with a combustion chamber and a steam turbine, in which

Steam is passed from the steam boiler (10) along a line (24a) to the steam turbine (11) so that it rotates an electric generator (12) which generates electrical current,

the feed water which has been circulated through the steam boiler (10) is evaporated in an evaporator (240) housed in the steam boiler (10) and is superheated in a superheater (24),

the feed water is fed into the boiler via an economiser (23) serving as a heat exchanger in which heat is transferred from the flue gas of the boiler to the feed water,

the economizer (23) consists of at least two parts with at least a first economizer part (23') and at least a second economizer part (23"),

the feed water is led from the first economizer part (23') to a feed water preheater, which consists of a heat exchanger (26) in which thermal energy is transferred from auxiliary steam flows of the steam turbine to the feed water,

the feed water preheated by secondary steam flows from the steam turbine into the second economizer section (23") of the steam boiler (10) and further to the evaporator (240) and into the superheater (24) and via the superheater into the steam turbine, characterized in that

in the power plant, the feed water temperature is constantly increased while the feed water flows in the first economizer part (23') and from the first economizer part (23') to the feed water preheater (26) and via the second economizer part (23"), and that secondary steam flows are used not only for preheating feed water but also for preheating combustion air (L1), the power plant having a secondary steam line to a combustion air preheater (25a, 25b) and the combustion air is preheated by means of secondary steam flows in at least two stages, secondary steam being fed into the heat exchanger (25a) of the first stage at a lower steam pressure and secondary steam being fed into the heat exchanger (25b) of the last stage at a higher steam pressure (seen in the air flow direction L1), and that a secondary steam line (29a) from a branching point (C2) of a secondary steam line (27a) which leads to a first feed water preheater (26a) is led to the heat exchanger of the first combustion air preheater (25a), and that a secondary steam line (30a) from a second secondary steam line (28a) which leads to a second feed water preheater (26b) is led via a branching point (C3) to the heat exchanger of the second combustion air preheater (25b).

2. Power plant according to claim 1, characterized in that the preheater consists of heat exchangers through which secondary steam flows are passed, which were passed as condensate water into a feed water tank (18) after they have given up their heat to the combustion air.

3. Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger surfaces of the economizer (23) are accommodated in a flue gas line (D) of the steam boiler (10), and that the flow of feed water is caused to flow into the economizer part (23') which, viewed in the flue gas flow direction (5), is located at the trailing end of the flue gas flow, and only then, through secondary steam preheating, into the second economizer part (23") which, in relation to the first economizer part (23'), is located on the inlet side of the flue gas flow direction (S).

4. Power plant according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the feed water preheater consists of two heat exchanger parts, in the first of which secondary steam flows are conducted at a lower pressure and in the last of which, viewed in the feed water flow direction, secondary steam flows are conducted at a higher pressure, whereby the preheating of the feed water conducted to the steam boiler (10) takes place in two stages.

5. Method for preheating feed water for a steam turbine, in which

the feed water is fed into an economizer (23) of a steam boiler (10) provided with a combustion chamber, whereby in the economizer heat from flue gases is transferred to the feed water in a heat exchanger,

the economizer (23) is adapted so that its heating surfaces are at least partially accommodated in a flue gas line (D) of the steam boiler (10),

an economizer with at least two parts (23', 23") is used to heat feed water,

the feed water is preheated in at least three stages before an evaporator (240), wherein the preheating at least two economizer parts (23', 23 "),

the first preheating of the feed water takes place in the first economizer section (23') by means of the thermal energy extracted from the flue gas of the boiler,

the second preheating stage (26), in which the preheating of the feed water is carried out by means of thermal energy taken directly or indirectly from secondary steam flows, takes place between the economizer parts (23", 23"),

the feed water preheated by means of secondary steam flows is fed into the second economizer part (23") and further into the evaporator (240) and into a superheater (24) and further, in the form of steam, into the steam turbine (11), so that an electrical generator (12) is rotated and electrical current is generated, characterized in that

in the process, the temperature of the feed water is constantly increased while it flows in the first economizer part (23') and from the first economizer part (23') to the preheater (26) and from the preheater (26) to the second economizer part (23"), which contains hotter feed water, and that

in the process, combustion air is also preheated by means of energy taken from secondary steam streams, whereby in the process, secondary steam at the same pressure value is also passed to preheat combustion air in addition to preheating feed water, and that secondary steam at the same pressure is passed from the same line both to preheat combustion air and to preheat feed water.