-
Hochdruckdampferzeugungsanlage mit Zwischenüberhitzung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Hochdruckdampfkraftanlage, bei der der in einer Kraftmaschine,
insbesondere Dampfturbine, arbeitende Dampf zur Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrades
des Prozesses bei einem gewählten Zwischendruck auf eine möglichst hohe Temperatur
mittelbar oder unmittelbar durch Rauchgase des Dampferzeugers erhitzt wird.
-
Es sind Dampferzeugungsanlagen bekannt, bei denen die Primärüberhitzung
durch im Feuerraum oder in den folgenden Kesselzügen angeordnete Strahlungsüberhitzer
mit nachgeschalteten, meist in Schlangenform gewickelten Berührungsüberhitzern erfolgt
und die Zwischenüberhitzung des in der Kraftmaschine teilweise entspannten Dampfes
anschließend in im gleichen Dampferzeuger angeordneten Sekundärüberhitzern vorgenommen
wird, die rauchgasseitig hinter dem Berührungsteil des Primärüberhitzers untergebracht
sind. Es ist weiterhin bekannt, Überhitzer von Hochdruckdampferzeugern als eine
Kombination von Strahlungsüberhitzer im Feuerraum und Schottenüberhitzer am Austritt
des Feuerraums und als Berührungsüberhitzer in den folgenden Rauchgaszügen auszubilden,
wobei der aus der Kesseltrommel entnommene Dampf, der geringe Mengen von Flüssigkeit
mitführen kann, durch eine Trockenstrecke geleitet wird, die in einem Gebiet niedriger
Rauchgastemperatur angeordnet ist. Die Aufhängung dieser Überhitzerheizfläche kann
durch Hängerohre erfolgen, die einen Teil der Heizfläche des Überhitzers bilden.
-
Durch die Hintereinanderschaltung von Strahlungs-und Berührungsüberhitzern
bei den Dampferzeugern der bisher üblichen Art verändern sich erfahrungsgemäß die
Endtemperaturen des Dampfes über einen großen Lastbereich nur sehr wenig.
Bei
einer Schaltung nach Abb. i kehrt der primärüberhitzte Hochdruckdampf nach Wärmeabgabe
an den teilweise entspannten Dampf einer Zwischenstufe der Kraftmaschine, noch erheblich
überhitzt, in den Dampferzeuger zurück. Ähnliche Verhältnisse liegen auch vor, wenn
der in der Kraftmaschine teilweise entspannte Dampf zwecks hoher Überhitzung auf
eine Temperatur gleich oder nur wenig niedriger als die des Primärdampfes zur Aufwärmung
unmittelbar in den Dampferzeuger zurückgeführt wird. Legt man den Sekundärüberhitzer
des Hochdruckdampfes bzw. den Mitteldruckzwischenüberhitzer, wie bisher allgemein
üblich, in Richtung des Rauchgasweges hinter den Primärberührungsüberhitzer, so
ergibt sich für letzteren ein geringeres Temperaturgefälle und dementsprechend unwirtschaftlichere
Heizflächengrößen. Außerdem wird die erzielte Endtemperatur mit Absinken der Belastung
stark abnehmen.
-
Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die dem Berührungsteil
des Primärüberhitzers vorgeschalteten Strahlungs- und bzw. oder Schottenüberhitzer
so anzuordnen und zu bemessen, daß die Dampftemperatur bei Eintritt in den Berührungsüberhitzer
gleich oder angenähert gleich der Dampftemperatur am Eintritt in den Zwischenüberhitzer
ist. Dabei wird die räumliche Zusammenfassung des Berührungsteiles des Primärüberhitzers
mit dem Berührungsteil des Zwischenüberhitzers so vorgenommen, daß an jeder Stelle
der beiden Überhitzergruppen angenähert gleiche Dampftemperaturen im Gebiet der
gleichen Rauchgastemperaturen liegen, d. h. also, daß die beiden Überhitzergruppen
ineinandergewickelt werden. Da die Dampftemperatur bei dem Berührungsüberhitzer
gleich ist der Dampftemperatur am Eintritt in den Zwischenüberhitzer und infolge
der gleichen Rauchgastemperaturen der Wärmeübergang für beide Überhitzergruppen
ebenfalls praktisch gleich ist, ergeben sich auch gleiche Heizflächßnabmessungen.
Bei den Heizflächen der beiden Überhitzergruppen wird auch dann, wenn im Betrieb
bei unterschiedlichen Belastungen Abweichungen der Dampftemperaturen der beiden
Überhitzer auftreten, durch gegenseitige Abstrahlung ein Temperaturausgleich stattfinden,
eine Erscheinung, die im Sinne des Erfindungsgedankens liegt. Da im Primärüberhitzer
infolge der Hintereinanderschaltung von Strahlungs-und Berührungsheizflächen die
Endtemperatur bekanntlich über einen großen Lastbereich nur geringfügige Änderungen
aufweist, kann im allgemeinen auf eine Regelung der Dampftemperatur verzichtet werden,
darüber hinaus treten bei den angestrebten hohen Überhitzungstemperaturen von über
5oo ° C keine mit Gefahren verbundenen Steigerungen der Temperatur über den Sollwert
auf. Dementsprechend wird auch der Zwischenüberhitzer eine günstige Temperaturcharakteristik
aufweisen, weil zusätzlich noch die erwähnte gegenseitige Bestrahlung der beiden
Überhitzergruppen im erwünschten Sinne ausgleichend wirkt.
-
In den Abb. i bis 6 sind verschiedene Anwendungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
-
In Abb. i ist eine Schaltung des Primärüberhitzers mit einem Zwischenüberhitzer
dargestellt, bei welcher der hoch überhitzte Hochdruckdampf aus dem Dampferzeuger
nicht unmittelbar der Kraftmaschine zugeführt wird, sondern vorher einen Oberflächenvorwärmer
passiert, durch den nach Maßgabe der erwünschten Zwischenüberhitzung des teilweise
entspannten Dampfes ein entsprechender Teil der Überhitzungswärme des Hochdruckheißdampfes
abgeführt und der auf diese Weise abgekühlte Hochdruckdampf zwecks Wiedererhitzung
dem Zwischenüberhitzer zugeführt wird. Dieser wird dann von neuem überhitzt und
dem Hochdruckteil der Kraftmaschine zugeführt. Nach Verlassen dieses Hochdruckteiles
wird er in einem Oberflächenvorwärmer durch den vom Primärüberhitzer kommenden Dampf
zwischenüberhitzt und dann dem Niederdruckteil der Kraftmaschine zugeführt.
-
In der Abbildung bedeutet: Teil i die Trockenstrecke, Teil 2 die einen
Teil der Primärüberhitzerheizfläche bildenden Aufhängerohre, Teil 3 den Strahlungsüberhitzer,
Teil 4 den Schottenüberhitzer und Teil 5 den Berührungsteil des Primärüberhitzers,
während Teil 6 den Zwischenüberhitzer, Teil 7 den Oberflächenvorwärmer des Dampferzeugers
8 darstellt. Die Teile 9 und io versinnbildlichen den Hoch- und Niederdruckteil
der Kraftanlage, während Teil ii ein in einer Nebenschlußleitung eingebautes Regelorgan
und Teil 12 einen in die zum Zwischenüberhitzer führende Leitung eingebauten Einspritz-oder
Oberflächenkühler darstellt.
-
Abb.2 zeigt eine andere Schaltung der Zwischenüberhitzung. Hier wird
der vom Dampferzeuger kommende hocherhitzte Dampf unmittelbar dem Hochdruckteil
der Kraftmaschine zugeführt und nach Entspannung auf einen Teildruck dem Dampferzeugerzwecks
Zwischenüberhitzung wieder zugeleitet, um dann nach Verlassen dieses dem Niederdruckteil
zugeführt zu werden. Die Bezeichnung der einzelnen Überhitzer und Kesselelemente
sowie der Kraftmaschine sind die gleichen wie bei Abb. i. Bei beiden Schaltungen
unterscheidet sich die Endtemperatur des Dampfes hinter dem Primärüberhitzer nicht
oder nur wenig von der Endtemperatur des Z«rischenüberhitzers, nur führt der Zwischenüberhitzer
bei der Schaltung nach Abb. i Hochdruckdampf, bei der Schaltung nach Abb. 2 teilweise
entspannten Dampf. Während im Primärüberhitzer eine Wärmemenge entsprechend der
Differenz zwischen Wärmeinhalt des Sattdampfes und Wärmeinhalt des Heißdampfes hinter
dem Primärüberhitzer aufzuwenden ist, beträgt die Wärmeaufnahme im Zwischenüberhitzer
nur einen Teil dieses Wärmeaufwandes, da bei Abb. i der Primärdampf aus dem Wärmeaustauscher
noch erheblich überhitzt dem Dampferzeuger wieder zugeführt wird und bei einer Anordnung
nach Abb. 2 der Wärmeaufwand für die Zwischenüberhitzung schon wegen der niedrigeren
spezifischen Wärme bei niedrigerem Druck stets unter dem Wärmeaufwand der primären
Hochdruckdampfüberhitzung liegt.
-
Bei den in den Abb. i und 2 gezeigten Schaltungsarten ist angedeutet,
daß der Zwischenüberhitzer mit dem Berührungsteil des Primärüberhitzers gleichsinnig
angeordnet gewickelt ist, wobei beide entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom
mit den Rauchgasen geführt werden können.
-
Das in der in Abb. i dargestellten Nebenschluß-
Leitung
eingebaute Regelorgan dient dazu, den durch die Ineinanderwicklung des Berührungsteiles
des Primärüberhitzers und des Zwischenüberhitzers erzielten Regeleffekt auch dann
zu erreichen, wenn die Temperatur und die Druckcharakteristik der Kraftmaschine
hinter dem Hochdruckteil mit der Temperaturcharakteristik der Überhitzer nicht übereinstimmt.
Ebenso wird der in Abb. i angedeutete Einspritz- oder Oberflächenkühler dann vorgesehen,
wenn die Überhitzungstemperatur vor dem Hochdruckteil der Kraftmaschine dann nicht
überschritten werden soll, wenn bei Verschmutzung der Kesselheizfläche im Betrieb
eine allgemeine, Erhöhung der Überhitzungstemperatur eintritt.
-
Zu erwähnen ist noch, daß die verschiedenen Dampfvolumen in den ineinandergewickelten
Überhitzergruppen bei unterschiedlichen Dampftemperaturen und -drücken durch unterschiedlichen
Rohrdurchmesser oder durch Parallelschaltung einer größeren Zahl von Rohren gleichen
Durchmessers o. dgl. Maßnahmen bei gleicher Heizfläche ausgeglichen werden können.
-
Wenn die Auslegung einer Dampfkraftanlage für den Zweitüberhitzer
nach Abb. i einen Unterschied der Endtemperatur gegenüber dem Primärüberhitzer vorsieht,
so kann dieses unter grundsätzlicher Beibehaltung des Erfindungsgedankens durch
mehr oder weniger Windungen erreicht werden. Eine beispielsweise Ausführung zeigt
Abb.3. Die analoge Ausführung für eine Anordnung nach Abb. 2 zeigt Abb. 4. Es können
auch Gründe vorliegen, die Temperatur am Eintritt in den Berührungsteil des Primärüberhitzers
höher oder niedriger zu wählen als die Eintrittstemperatur in den Zwzschenüberhitzer.
Eine höhere Temperatur wird beispielsweise dann angestrebt, wenn sich bei niedrigem
Schlackenerweichungspunkt des verwendeten Brennstoffes eine möglichst große Strahlungs-
und bzw. oder Schottenheizfläche ergibt. In solchen Fällen werden die Berührungsüberhitzer
zusätzliche Windungen am Eintritt aufweisen müssen. In jedem Fall jedoch wird ein
großer Teil der beiden Heizflächen die erfindungsgemäße Ineinanderwicklung aufweisen.
Entsprechend analoge Lösungen zeigen die Abb. 5 und 6 für Schaltungen nach den Abb.
i und 2.