DE818361C

DE818361C - Device for the automatic regulation of the water flow of a steam power plant

Info

Publication number: DE818361C
Application number: DEA880A
Authority: DE
Inventors: Josef Broggi
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1949-04-25
Filing date: 1950-02-24
Publication date: 1951-10-25
Also published as: CH272071A

Description

Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Wasserflusses einer Dampfkraftanlage In Dampfkraftanlagen ist es längst üblich, im Wasserkreislauf zwischen Kondensator und Dampfkessel einen größeren Speisewasserbehälter aufzustellen, weil, besonders in den alten Anlagen, die Speisung des Kessels mit Unterbrechungen erfolgte. Bei einer bestimmten Maschinenleistung ist der Rauminhalt des Behälters bedingt durch die Länge der Unterbrechungen in der Kesselspeisung, welche ihrerseits abhängt vom Wasserinhalt des Kessels. Alte Kessel mit im Verhältnis zur Leistung großem Wasserinhalt bedingen große Speisewasserbehälter. Im Sinne einer Faustregel wurde beispielsweise festgelegt, daß der Wasservorrat für eine halbe Stunde Vollastbetrieb genügen müsse.Device for the automatic regulation of the water flow in a steam power plant In steam power plants it has long been common practice in the water circuit between the condenser and boilers to set up a larger feed water tank because, especially In the old systems, the boiler was fed with interruptions. at The volume of the container is determined by a certain machine output the length of the interruptions in the boiler feed, which in turn depends on the Water content of the boiler. Old boiler with a large water content in relation to its output require large feed water tanks. As a rule of thumb, for example stipulated that the water supply must be sufficient for half an hour of full load operation.

In älteren Anlagen, in welchen nur eine bescheidene Speisewasservorwärmung stattfand, konnte der Behälter nach dem letzten Vorwärmer an den Wasserkreislauf angeschlossen werden, ohne daß dadurch der Druck in diesem Behälter allzu hoch gestiegen wäre. Der Behälterdruck muß mindestens so hoch sein wie der Siededruck des darin enthalttnen Wassers. In modernen Hochdruckanlagen wird aus Ersparnisgründen die Vorwärmung des Speisewassers auf Zoo ° C und darüber getrieben, was verhältnismäßig sehr hohe Behälterdrucke bedingt. Einer Vorwärmtemperatur von 200°C entspricht ein Behälterdruck von etwa 16 ata und einer solchen von 220'C gar ein Behälterdruck von etwa 24 ata. Beträgt beispielsweise die Einheitsleistung 50000 kW, so ergibt sich ein Behälterinhalt von etwa ioo m8. Gefäße dieser Größe für die erwähnten hohen Drucke sind kaum noch wirtschaftlich tragbar; aber selbst wenn der Behälterinhalt auf etwa 50 m9 herabgesetzt würde, so ergäben sich bei großen Wandstärken schwere und teure Behälter. Dazu kommen noch teure Gebäudekonstruktionen, da aus betriebstechnischen Gründen die Behälter hoch über der Speisepumpe angeordnet werden müssen.In older systems, in which only a modest preheating of the feed water took place, the tank could be connected to the water circuit after the last preheater without the pressure in this tank having risen too high. The tank pressure must be at least as high as the boiling pressure of the water it contains. In modern high-pressure systems, for reasons of economy, the feed water is preheated to Zoo ° C and above, which results in relatively very high tank pressures. A preheating temperature of 200 ° C corresponds to a tank pressure of about 16 ata and a pressure of 220 ° C even to a tank pressure of about 24 ata. For example, if the unit output is 50,000 kW, the result is a container volume of around 100 m8. Vessels of this size for the high pressures mentioned are hardly economically viable; but even if the container content were reduced to about 50 m9, heavy and expensive containers would result with large wall thicknesses. In addition, there are expensive building structures, since for operational reasons the tanks have to be arranged high above the feed pump.

In letzter Zeit war es üblich, den Speisewasserbehälter im Wasserkreislauf vor den letzten Vorwärmern anzuordnen. Bei dieser Anordnung ergeben sich dabei einerseits Vorwärmer, die unter Kesseldruck stehen und die deshalb, einschließlich der nötigen Umgehungsleitungen und Armaturen, kostspielig sind. Anderseits sind solche Hochdruckvorwärmer der augenblicklichen Belastung der zugehörigen Turbine nicht eindeutig zugeordnet, sobald mehrere Turbogruppen parallel laufen. Es kann d ann der Fall eintreten, daß durch die Vorwärmer- einer schwach belasteten Gruppe, die durch Anzapfdampf mit niedrigem Druck beheizt werden, verhältnismäßig große Kondensatmengen hindurchfließen, die dann schlecht vorgewärmt werden.Lately it has been common practice to place the feed water tank in the water circuit to be arranged in front of the last preheaters. With this arrangement, on the one hand, this results in Preheaters that are under boiler pressure and therefore, including the necessary ones Bypass lines and fittings, are costly. On the other hand, there are high pressure preheaters not clearly assigned to the current load on the associated turbine, as soon as several turbo groups are running in parallel. It can then happen that by the preheater - a lightly polluted group, which by bleeding steam with are heated at low pressure, relatively large amounts of condensate flow through, which are then badly preheated.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Wasserflusses einer Dampfkraftanlage mit Anzapfdampfspeisewasservorwärmern, die gekennzeichnet ist durch einen an den Wasserkreislauf nach den Vorwärmern angeschlossenen Heißwasserausgleichbehälter mit kleinstmöglichem, durch die Schwankung des Wasserinhalts des Dampfkessels zwischen Leerlauf und Vollast bei unverändertem mittlerem Wasserstand desselben gegebenem Raumihhalt, von welchem Ausgleichbehälter aus, in Abhängigkeit von seinem Wasserstand, die den Zu- und Abfluß von Kondensat regelnden Ventile eines an den Wasserkreislauf vor den Vorwärmern angeschlossenen Kondensatspeichers mit im Verhältnis zum Ausgleichbehälter großem Rauminhalt ferngesteuert werden.The invention is now a device for automatic Control of the water flow of a steam power plant with bleed steam feed water preheaters, which is characterized by a connected to the water circuit after the preheaters Hot water expansion tank with the smallest possible, due to the fluctuation of the water content of the steam boiler between idle and full load with unchanged mean water level the same given volume, from which expansion tank, depending on of its water level, the valves regulating the inflow and outflow of condensate condensate storage tank connected to the water circuit upstream of the preheaters can be remotely controlled in relation to the expansion tank.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Fernsteuerung der Zu- und Abflußventile des Kondensatspeichers durch elektrischen Strom. Es ist ferner angezeigt, das aus dem Kondensatspeicher abfließende Kondensat über den Kondensator dem Wasserkreislauf zuzuführen. Zwecks guter Entlüftung dieses aus dem Kondensatspeicher in den Kondensator fließenden Wassers ist es auch angebracht, dessen Temperatur ständig etwas höher zu halten als die Kondensattemperatur im Kondensator.Appropriately, the inflow and outflow valves are remotely controlled of the condensate storage tank by means of electricity. It is also indicated that this is the case the condensate flowing off the condensate storage tank via the condenser into the water circuit to feed. For the purpose of good ventilation, this from the condensate storage tank into the condenser Running water is also appropriate, the temperature of which is constantly a little higher than the condensate temperature in the condenser.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. An Hand dieser Zeichnung sei die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.In the drawing, an embodiment of the device is shown in FIG of the invention shown schematically. The mode of operation is based on this drawing the device according to the invention explained in more detail.

Der im Dampfkessel i erzeugte Dampf treibt die Turbine 2 mit angekuppeltem Generator 3 und wird im Kondensator 4 niedergeschlagen. Das Kondensat wird im Normalbetrieb von der Kondensatpumpe 5 durch eine Anzahl von Vorwärmern gefördert, hier beispielsweise durch vier Anzapfdampfspeisewasservorwärmer 6, 6', 6" und 6"', welche durch die Leitungen 7, 7', 7", 7"' mit Dampf aus der Turbine 2 beheizt werden. Die Speisepumpe 8 fördert im Normalbetrieb das anfallende, vorgewärmte Kondensat wieder in den Dampfkessel 1. Der erfindungsgemäß vorgesehene Heißwasserausgleichbehälter 9, von welchem aus der Zu- und Abfluß von Kondensat zu bzw. aus einem Kondensatspeicher 17 geregelt wird, ist durch die Leitung io nach dem letzten Vorwärmer an den Wasserkreislauf angeschlossen. Dieser Ausgleichbehälter könnte als Durchflußbehälter ausgebildet sein, er kann aber auch, wie hier beispielsweise gezeigt, durch eine Abzweigung an den Wasserkreislauf angeschlossen sein. Der Ausgleichbehälter hat im Verhältnis zum Kondensatspeicher einen sehr kleinen Rauminhalt. Die untere Grenze der zulässigen Größe seines Rauminhalts ist gegeben durch die Schwankung des Wasserinhalts des Dampfkessels zwischen Leerlauf und Vollast bei unverändertem mittlerem Wasserstand desselben. Für einen modernen Hochdruckkessel von beispielsweise etwa ioo t/h Wasserverdampfung, der mit oberen und unteren Trommeln versehen ist, dürfte der Wasserinhalt des Ausgleichbehälters etwa 6m3 betragen. Die Schwankung des Wasserinhalts des Dampfkessels soll durch den Ausgleichbehälter aufgenommen werden, in welchem der Wasserspiegel entsprechend der Kesselbelastung bis zu einem Höchststand bzw.Tiefststand steigt bzw. fällt. Die Grenzlagen des Wasserstandes im Ausgleichbehälter sind durch Schwimmerregler i i und 12 festgelegt. Der Regler ii ist so angeordnet, daß er bei voller Kesselbelastung gerade noch nicht anspricht; ebenso soll der Regler 12 bei niedrigster Kesselbelastung gerade noch nicht ansprechen. Sind im Normalbetrieb nur kleine Schwankungen der Belastung der Anlage zu berücksichtigen, so kann der Rauminhalt des Ausgleichbehälters entsprechend kleiner bemessen werden. Die Dampfleitung 32 dient zur Aufrechterhaltung eines Dampfpolsters im Ausgleichbehälter 9.The steam generated in the steam boiler i drives the turbine 2 with it being coupled Generator 3 and is deposited in capacitor 4. The condensate is in normal operation promoted by the condensate pump 5 through a number of preheaters, here for example by four tapping steam feed water preheaters 6, 6 ', 6 "and 6"', which through the Lines 7, 7 ', 7 ", 7"' are heated with steam from the turbine 2. The feed pump 8 conveys the accumulating, preheated condensate back into the steam boiler during normal operation 1. The hot water expansion tank 9 provided according to the invention, from which the inflow and outflow of condensate to and from a condensate reservoir 17 is regulated is through the line io after the last preheater to the water circuit connected. This expansion tank could be designed as a flow tank but it can also, as shown here, for example, through a junction be connected to the water cycle. The expansion tank has in proportion a very small volume to the condensate storage tank. The lower limit of the allowable The size of its volume is given by the fluctuation of the water content of the Steam boiler between idle and full load with unchanged average water level same. For a modern high-pressure boiler with about 100 t / h water evaporation, for example, which is provided with upper and lower drums, should be the water content of the expansion tank be about 6m3. The fluctuation in the water content of the steam boiler is said to be due to the expansion tank are included, in which the water level accordingly the boiler load rises or falls up to a high or low level. The limit positions of the water level in the expansion tank are controlled by float regulators i i and 12 set. The controller ii is arranged so that it is at full boiler load just not responding yet; Likewise, the controller 12 should be used at the lowest boiler load not yet address. In normal operation there are only small fluctuations in the The volume of the expansion tank can be taken into account be dimensioned correspondingly smaller. The steam line 32 is used for maintenance a steam cushion in the expansion tank 9.

Der in jeder Dampfkraftanlage benötigte größere und jederzeit sofort verfügbare Vorrat an Kondensat wird im Kondensatspeicher 17 gespeichert. Dieser Speicher ermöglicht es auch, bei Bedarf größere Konderisatmengen aus dem Wasserkreislauf abzulassen und zu speichern, beispielsweise wenn der Wasserinhalt eines Kessels entleert werden soll. Die Hauptmenge des vorrätigen Kondensats wird gemäß der vorgesehenen Anordnung bei verhältnismäßig tiefer Temperatur gespeichert. Der Speicher 17 könnte offen sein und das Kondensat könnte dementsprechend unter Atmosphärendruck stehen. Bei dieser Anordnung würde sich aber das Kondensat mit Luft sättigen. Es ist deshalb vorteilhafter, einen geschlossenen Behälter vorzusehen und diesen durch eine Leitung 22 mit Blende 23 an den Vakuumraum des Kondensators anzuschließen.The larger one needed in every steam power plant and immediately at any time Available supply of condensate is stored in the condensate reservoir 17. This Storage also enables larger quantities of special product from the water cycle if required to drain and save, for example when the water content of a boiler should be emptied. The main amount of condensate in stock is calculated according to the Arrangement stored at a relatively low temperature. The memory 17 could be open and the condensate could accordingly be under atmospheric pressure. With this arrangement, however, the condensate would become saturated with air. It is therefore more advantageous to provide a closed container and this through a line 22 to be connected to the vacuum chamber of the condenser with a screen 23.

Der Kondensatspeicher 17 ist durch eine Leitung 13 mit Regelventilen 14 an den Wasserkreislauf angeschlossen; die Abzweigung der Leitung 13 ist im Wasserkreislauf vor dem ersten Vorwärmer 6 vorgesehen. Obschon das Kondensat im Behälter 17 über die Leitung 22 dauernd entlüftet wird, ist es vorteilhaft, es mit Hilfe einer Leitung 15 mit Regelventil 16 über den Kondensator 4 dem Wasserkreislauf zuzuführen, da so eine letzte restlose Entlüftung stattfinden kann. Die Regelventile 14 und 16 in den Kondensatleitungen zum und vom Behälter 17 sind von den Schwimmerreglern ii und 12 des Ausgleichbehälters 9 ferngesteuert. Die Übertragung der Regelungsimpulse erfolgt vorteilhaft auf elektrischem Wege.The condensate reservoir 17 is through a line 13 with control valves 14 connected to the water circuit; the branch of the line 13 is in the water cycle provided in front of the first preheater 6. Although the condensate in the container 17 over the line 22 is continuously vented, it is advantageous to use a line 15 to supply the control valve 16 via the condenser 4 to the water circuit, there so a final, complete venting can take place. The control valves 14 and 16 in the Condensate lines to and from the container 17 are from the float regulators ii and 12 of the expansion tank 9 remotely controlled. The transmission of the control impulses takes place advantageously by electrical means.

Es ist selbstverständlich möglich, den Speicherbehälter 17 mit Rücksicht auf den Kondensator 4 und unter Berücksichtigung der Temperatur- bzw. Druckunterschiede, die zwischen Speicherinhalt und Kondensat im Kondensator auftreten können, so anzuordnen, daß das aus dem Speicher abfließende Kondensat ohne Mithilfe einer Pumpe über den Kondensator dem Wasserkreislauf zufließt. Für eine gute Entlüftung des aus dem Speicher dem Kondensator zufließenden Kondensats ist es vorteilhaft, dessen Temperatur ständig etwas höher zu halten als die Kondensattemperatur im Kondensator. Zu diesem Zweck ist es angebracht, alles aus Entwässerungen anfallende Kondensat in den Speicher 17 zu leiten, was durch die Entwässerungsleitungen 21 angedeutet ist. Für den Fall, daß diese Wärme nicht ausreichen würde, ist es vorteilhaft, eine zusätzliche Heizleitung18 mit Regelventil i9 vorzusehen, welch letzteres von einem Druckregler 2o gesteuert wird. Durch diese Leitung, die zweckmäßig von der untersten Anzapfleitung 7 abzweigt, wird dem Kondensat im Speicher bei Bedarf Heizdampf zugeführt.It is of course possible to use the storage container 17 with consideration on the condenser 4 and taking into account the temperature and pressure differences, which can occur between the storage contents and the condensate in the condenser, to be arranged in such a way that that the condensate flowing out of the memory without the help of a pump over the Condenser flows into the water circuit. For good ventilation of the storage tank the condensate flowing into the condenser, it is advantageous to keep its temperature constantly to be kept slightly higher than the condensate temperature in the condenser. To this end it is appropriate to store all condensate from drainage 17 to guide what is indicated by the drainage lines 21. In the case, If this heat would not be sufficient, it is advantageous to use an additional heating cable18 to be provided with control valve i9, the latter controlled by a pressure regulator 2o will. Through this line, which appropriately branches off from the lowest tap line 7, If required, heating steam is fed to the condensate in the storage tank.

Die Betriebssicherheit des Dampfkessels verlangt, daß in keinem Fall seine Versorgung mit Speisewasser versagen darf. Mit Rücksicht hierauf sind sehr zuverlässig wirkende Schwimmerregler ii und 12 vorzusehen. Außerdem ist es angebracht, den Wasserstandsanzeiger des Ausgleichbehälters 9 in an sich bekannter Weise mit Alarmkontakten zu versehen. Um die Betriebssicherheit noch weiter zu erhöhen, kann schließlich auch noch eine von einer Dampfturbine 27 angetriebene Kesselspeisepumpe 28 vorgesehen werden, die selbsttätig einspringt, wenn der Wasserspiegel im Dampfkessel einen vorbestimmten Tiefstand zu unterschreiten droht. Diese Notpumpe saugt direkt durch die Leitung 3o aus dem Speicher 17. Ihre Antriebsturbine 27 erhält Kesseldampf durch die Leitung25 mit Regelventi126,welchesvom Schwimmerregler 29 geöffnet wird, wenn im Kessel der tiefste zulässige Wasserstand erreicht wird. Um das Anspringen der Pumpe zu erleichtern, wird im Bedarfsfall der Speicher 17 durch die Abdampfleitung 31 der Dampfturbine 27 unter Druck gesetzt. Der höchstzulässige Druck im Speicher ist begrenzt durch das Sicherheitsventil 24, das ins Freie abbläst.The operational safety of the steam boiler requires that in no case its supply of feed water may fail. With that in mind are very reliable float regulators ii and 12 are to be provided. It is also appropriate the water level indicator of the expansion tank 9 in a known manner To provide alarm contacts. In order to increase operational safety even further, finally also a boiler feed pump driven by a steam turbine 27 28 can be provided, which automatically jumps in when the water level in the steam boiler threatens to fall below a predetermined low. This emergency pump sucks directly through the line 3o from the memory 17. Your drive turbine 27 receives boiler steam through line 25 with control valve 126, which is opened by float regulator 29, when the lowest permissible water level is reached in the boiler. About the jumping To facilitate the pump, the memory 17 is if necessary through the exhaust line 31 of the steam turbine 27 is pressurized. The maximum allowable pressure in the accumulator is limited by the safety valve 24, which blows off into the open.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende: Der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter 9 steht normalerweise in einer der Kesselbelastung entsprechenden Lage zwischen den Schwimmerreglern ii und 12. Steigt der Wasserspiegel höher, so bedeutet dies, daß im Wasserkreislauf der Anlage augenblicklich ein Überschuß an Wasser vorhanden ist. Hat der Wasserspiegel den festgesetzten Höchststand erreicht, so wird durch den Schwimmerregler ii das Ventil 14 in Leitung 13 betätigt, wodurch `'Wasser aus dem Kreislauf in den Speicherbehälter 17 abgelassen wird. Das Ventil 14 wird erst wieder geschlossen, wenn der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter 9 sich der durch die Kesselbelastung gegebenen Normallage nähert.The mode of operation of the device described is as follows: The water level in the expansion tank 9 is normally one of the boiler loads corresponding position between float regulators ii and 12. If the water level rises higher, this means that there is currently an excess in the water circuit of the system of water is available. When the water level has reached the maximum set, so the valve 14 in line 13 is actuated by the float regulator ii, whereby '' Water is drained from the circuit into the storage tank 17. The valve 14 is only closed again when the water level in the expansion tank 9 is down approximates the normal position given by the boiler load.

Befindet sich umgekehrt aus irgendeinem Grunde zuwenig Wasser- im Kreislauf, so fällt der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter g. Sinkt der Wasserspiegel auf den festgelegten tiefsten Stand, so betätigt der Schwimmerregler 12 das Ventil 16 in der Leitung 15, und es strömt Wasser aus dem Kondensatspeicher 17 in den Kondensator 4 und damit auch in den Kreislauf. Auch das Ventil 16 wird erst wieder geschlossen, wenn der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter 9 sich der durch die Kesselbelastung gegebenen Normallage nähert.Conversely, if there is not enough water in the water for any reason Circuit, the water level in the expansion tank g falls. If the water level falls to the specified lowest level, the float regulator 12 actuates the valve 16 in the line 15, and water flows from the condensate reservoir 17 into the condenser 4 and thus also in the cycle. The valve 16 is not closed again until when the water level in the expansion tank 9 is due to the boiler load approximates given normal position.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for automatic regulation of the water flow a steam power plant with tap steam feed water preheaters, characterized by a hot water expansion tank connected to the water circuit after the preheater with the smallest possible, due to the fluctuation of the water content of the steam boiler between Idle and full load with the same given mean water level unchanged Volume, from which expansion tank, depending on its water level, one of the valves regulating the inflow and outflow of condensate to the water circuit condensate storage tank connected in front of the preheaters with in relation to the expansion tank large volume can be remotely controlled.

2. Apparatus according to claim i, characterized characterized in that the remote control of the inlet and outlet valves of the condensate storage tank takes place by electric current.

3. Apparatus according to claim i and 2, characterized characterized in that the condensate flowing out of the condensate reservoir via the Condenser is fed to the water cycle.

4. Apparatus according to claim i to 3, characterized in that for the purpose of good ventilation of the condensate storage tank draining condensate whose temperature is constantly kept slightly higher than the condensate temperature in the condenser.