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Dampfkraftanlage mit Zwischendampfentnahme zur Speisewasservorwärmung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage
mit Zwischendampfentnahme zur Speisewasservorwärmung bei welchem das aus den Vorwärmstufen
anfallende Kondensat entspannt und an einerStellegeringeren Druckes dem Speisewassersystem
zugeleitet wird, und auf eine Dampfkraftanlage zur Ausführung des Verfahrens. Das
Verfahren ist besonders für solche Anlagen geeignet, die mit überkritischem Druck
betrieben werden.
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Um einen guten Wirkungsgrad erzielen zu können, ist es bei Anlagen
dieser Art zweckmäßig, die Speisewasservorwärmung auf über 300° C zu steigern, wobei
der Heizdampfdruck in der letzten Wärmestufe bereits über zoo at betragen muß. Infolge
der größeren spezifischen Wärme des Speisewassers bei höheren Temperaturen und infolge
des geringeren Wärmegefälles zwischen Heizdampf und Speisewasser, kann die Heizdampfmenge
in der letzten Vorwärmstufe bis zu 2o"/o der Frischdampfmenge betragen. Es ergibt
sich nun die Frage, auf welche Weise die große Menge des in den Speisewasservorwärmern
anfallenden Heizdampfkondensats unter den besonderen Druck-und
Temperaturverhältnissen
in den Kreislauf des Speisewassers zurückgeführt werden kann.
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Bisher arbeitete manvielfach mitKondenstöpfen, durch die das Kondensat
in einen auf tieferem Druckniveau liegenden Behälter abgeschleustwurde. Dies ist
jedoch wegen des hier auftretenden hohen Druckgefälles nicht möglich, da der Kondenstopf
einem starken Verschleiß ausgesetzt wäre, abgesehen davon, daß die in dem Kondensat
bei der Entspannung frei werdende Energie an dieser ungünstigen Stelle in Wärme
umgesetzt wird.
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Es ist auch bekannt, das Heizdampfkondensat mit Hilfe von Pumpen in
den Speisewasserkreislauf zurückzufördern. Dies ist im vorliegenden Fall nur mit
Hilfe von Kolbenpumpen möglich, die jedoch infolge der beträchtlichen Druckdifferenz
sehr teuer werden und einen großen Platz beanspruchen.
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Weiterhin ist schon vorgeschlagen worden, das Heizdampfkondensat in
eine entsprechende Druckstufe der Kesselspeisepumpe zurückzuführen. Da jedoch für
hohe Speisedrücke im allgemeinen Pumpen mit topfartigem Gehäuse verwendet werden,
sind solche Rückführungen konstruktiv äußerst schwierig anzubringen.
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Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten umgangen, indem mindestens
das aus den Vorwärmstufen höheren Drucks anfallende Kondensat unter Abgabe nutzbringender
Leistung entspannt wird. Damit bei der Entspannung keine zu starke Dampfbildung
auftritt, ist es zweckmäßig, das Kondensat vor seiner Entspannung mittels des Speisewassers
zu kühlen.
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Vorzugsweise ist eine Wasserturbine in den Weg des Kondensats des
Entnahmedampfes geschaltet und mit mindestens einer Nutzleistungsmaschine gekuppelt.
Hierfür wird insbesondere eine Freistrahlturbine benutzt, weil diese bei den vorliegenden
Drücken und Wassermengen über einen großen Leistungsbereich einen verhältnismäßig
guten Wirkungsgrad besitzt. Zum anderen ist die Baugröße auch bei großen zu verarbeitenden
Drücken sehr gering. Das schließt jedoch nicht aus, daß beispielsweise auch eine
Francisturbine verwendet werden kann. Da die Menge des anfallenden Kondensats. schwanken
kann, benutzt man vorteilhaft eine Einrichtung zum Regeln des Düsenquerschnitts
der Freistrahlturbine, welche von der Menge des anfallenden Kondensats beeinflußt
wird. Dies kann mechanisch, elektrisch oder insbesondere hydraulisch geschehen.
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Die Wasserturbine kann mit einer elektrischen Maschine gekuppelt sein.
Auf diese Weise kann die erzeugteLeistung beispielsweise an ein elektrisches Netz
abgegeben werden. Zusätzlich kann an die Wasserturbine auch die Speisepumpe der
Dampfkraftanlage gekuppelt sein, so daß die nun als Antriebsmotor für die Speisepumpe
dienende elektrische Maschine durch die Wasserturbine unterstützt wird.
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Der Austritt der Wasserturbine kann mit dem Speisewasserbehälter verbunden
sein. Wenn der Speisewasserbehälter - wie allgemein üblich -oberhalb der Speisepumpe
.steht und die Wasserturbine mit der Speisepumpe gekuppelt ist, so treibt die Wasserturbine
vorzugsweise eine Pumpe, die das entspannte Kondensat in den Speisewasserbehälter
fördert.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung,
in welcher ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens an Hand der Zeichnung
näher erläutert wird.
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Das in dem Kessel i verdampfte und überhitzte Arbeitsmittel wird in
den Hochdruckteil e der Turbinenanlage und - gegebenenfalls nach einer Zwischenüberhitzung
- in den Niederdruckteil 3 der Turbinenanlage geleitet. Die Turbine treibt einen
elektrischen Generator q.. Das entspannte Arbeitsmittel strömt in den Kondensator
5 und kann von dort mit Hilfe der Kondensatpumpe 6 über die Speisewasservorwärmer
7 und 8 in den Speisewasserbehälter 9 gepumpt werden. Von dort aus wird das Arbeitsmittel
über die Zuleitung io mittels der Speisepumpe i i und über eine Anzahl von Speisewasservorwärmern
- nämlich die parallel geschalteten Speisewasservorwärmer 12 und 13 sowie die Speisewasservorwärmer
1q., 15 und 16 - erneut in den Kessel i geleitet.
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Die Speisewasservorwärmer werden durch Anzapfdampf, welcher denTurbinen
entnommen wird, beheizt. Der aus den Stufen geringeren Drucks entnommene Dampf strömt
über die Entnahmeleitungen 17 und 18 in die Speisewasservorwärmer 7 und 8, von denen
aus das Kondensat über die Leitung i9 in den Kondensator geführt werden kann. Der
Entnahmedampf mit dem höchsten Druck wird über die Leitung 2o in den Speisewasservorwärmer
16 geleitet, an den sich der Behälter 2i anschließt, in, dem sich das anfallende
Kondensat sammeln kann, worauf es über die Speisewasservorwärmer15 und i2 der Wasserturbine
22 zugeführt wird und deren Schaufelrad 23 beaufschlagt. In gleicher Weise wird
über die Leitung 24 Zwischendampf entnommen und in dem Speisewasservorwärmer 14.
kondensiert, worauf 'das ' Kondensat aus dem Behälter 25 über den Speisewasservorwärmer
13 ebenfalls der Wasserturbine 22 zugeführt wird und deren Schaufelrad 26 beaufschlagt.
Die Wasserturbine ist mit dem Antriebsmotor 27 für die Speisepumpe i i gekuppelt
und gibt damit ihre Leistung direkt an die Speisepumpe ab. Weiterhin treibt die
Wasserturbine über ein Kegelradgetriebe 28 eine Förderpumpe 29, mit welcher das
entspannteKondensat über dieLeitung 30 in den Speisewasserbehältei 9 gepumpt
werden kann. Eine Leitung 31 dient dem Druckausgleich in den beiden Dampfräumen
der Wasserturbine 22 und des Speisewasserbehälters 9.
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Die Düsennadeln 32 und 33 werden mit Hilfe der Reglerübertragung 34
und 35 derart gesteuert, daß das durchden entsprechendenDüsenquerschnitt ausströmende
Kondensat in Abhängigkeit von der durch die Wasserstandsmesser 36 und 37 in den
Behältern 25 und 2r angezeigten Menge des angesammelten Kondensats verändert wird.
Die
Durchmesser der Schaufelräder 23 und 26 der Wasserturbine sind « verschieden groß
und berücksichtigen damit den unterschiedlichenDruck. unter dem das Kondensat zugeführt
wird. Beträgt beispielsweise bei einem Gegendruck von 7 at im Speisewasserbehälter
9 der Druck in der Entnahmeleitung 20 etwa 125 at und der Druck in der Entnahmeleitung
24 etwa 40 at, so wäre bei 3000 Umin der Durchmesser des Schaufelrades 23
nur 5o cm und der des Schaufelrades 26 nur 25 cm. Hierbei wird deutlich, daß auch
bei großen Konden satmengen die Abmessungen der Wasserturbine gering bleiben.
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Das Kondensat soll möglichst tief durch das Speisewasser gekühlt werden,
damit bei der Ent--spannung nur eine geringe Dampfbildung auftritt. Dies ist dann
der Fall, wenn die Temperatur des die Speisewasservorwärmer 12 und 13 verlassenden
Kondensats nicht sehr viel höher als die Temperatur im Innern der Wasserturbine
ist, die ja gleich der Sättigungstemperatur bei dem im Speisewasserbehälter und
im Innern der Wasserturbine herrschenden Druck ist. Aus diesem Grunde muß die Kühlung
des Kondensats aus dem Behälter 21 in zwei Stufen - nämlich in den Speisewasservorwärmern
15 und 12 - geschehen. Benutzte man lediglich den Vorwärmer 15, so würde
die Abkühlung nicht ausreichen. Benutzte man lediglich den Vorwärmer 12, so wäre
das Speisewasser bereits zu stark erwärmt, so daß es schwierig wäre, den Entnahmedampf
aus der Leitung 24 zu kondensieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für sämtliche Arten von Dampfkraftanlagen
zu verwenden, sofern sie eineZwischendampfentnahme zurSpeisewasservorwärmung besitzen.
Es spielt keine Rolle, ob es sich um Zwangdurchlauf- oder um Umlaufkessel handelt.
Ss ist unerheblich, in wievieleTeile die Turbinenanlage aufgeteilt ist. Als Speisewasservorwärmer
wird man Oberflächenvorwärmer verwenden. Die dargestellten Vorwärmer sind jedoch
nur schematisch anzusehen, ohne daß dadurch ihre besondere Konstruktion festgelegt
ist. Im übrigen wird eine ausgeführte Anlage mit wesentlich mehr Vorwärmern, als
hier angedeutet ist, ausgerüstet sein. Es sei noch vermerkt, daß man die Wasserturbine
mit einem Sicherheitsregler ausrüsten kann, der in Funktion tritt und die Düsen
verschließt, wenn die Drehzahl der Wasserturbine einen Grenzwert überschreitet.