EP0110101B1

EP0110101B1 - Sattdampfturbinenanlage

Info

Publication number: EP0110101B1
Application number: EP83110462A
Authority: EP
Inventors: Peter Dr. von Böckh
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; ABB Asea Brown Boveri Ltd
Current assignee: General Electric Switzerland GmbH; ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1983-10-20
Publication date: 1987-09-02
Also published as: CA1235301A; JPS59105907A; ZA838579B; EP0110101A1; US4589258A; DE3373322D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sattdampfturbinenanlage gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Niederdruckturbine in derartigen Anlagen und zur Vermeidung von Erosion und Korrosion wird der aus der Hochdruck-Turbine kommende Dampf getrocknet und anschliessend überhitzt. In der Niederdruck-Turbine kann dann der Dampf bis zur Endnässe entspannt werden. Die Trocknung und Überhitzung des Dampfes erfolgt üblicherweise in kombinierten Wasserabscheider-Zwischenüberhitzern. Die Zwischenüberhitzer sind als Rohrbündelwärmeaustauscher ausgebildet, wobei der zu überhitzende Dampf die Rohre umströmt und vom in den Rohren kondensierenden Dampf aufgeheizt wird. Bei einer einstufigen Überhitzung erfolgt die Beheizung mit Frischdampf, während bei einer mehrstufigen Überhitzung Anzapf- und Frischdampf verwendet wird.
Aus BE-A-360 228 ist eine Sattdampfturbine bekannt, die im wesentlichen aus einer Hochdruckturbine, mindestens einer Niederdruckturbine und einem Generator besteht.
In der Verbindungsleitung zwischen Hochdruckturbine und Niederdruckturbine ist dort ein Zwischenüberhitzer plaziert, der im Kreuzstrom von Heizdampf angeströmt wird. Ein Wasserabscheider ist hier indessen nicht vorgesehen. Dadurch, dass keine dem Zwischenüberhitzer vorgeschaltete Wasserabscheidung vorgesehen ist, können die beim Zwischenüberhitzer ankommenden oder in ihm sich bildenden Schwall- und/oder Pfropfenströmungen leicht zur Zerstörung der Rohrbündel bzw. der Überhitzerrohre führen. Da diese Zwischenüberhitzer grosse Ausdampfvolumina zu bewältigen haben, müssen sie stets grossdimensioniert ausgelegt werden. Dies wiederum verteuert die Anlage ganz erheblich. Durch die Grösse dieser Zwischenüberhitzer erfahrt dort die Dampfströmung auch eine Geschwindigkeitseinbusse, die dann nur durch Zuführung zusätzlicher Energie wettgemacht werden kann.
Auch müssen für die Überhitzung des durch den Zwischenüberhitzer strömenden Dampfes grosse Energiemengen aufgewendet werden.
Aus CH-A-458 398, ebenso aus DE-A-15 51 209 und DE-A-23 12 725, geht jeweils eine Schaltung hervor, worin dem Zwischenüberhitzer ein Wasserabscheider vorgeschaltet ist. Es handelt sich dabei aber durchwegs um konventionelle, grossdimensionierte Wasserabscheider, in denen die Geschwindigkeit der Dampfströmung zwangsläufig verlangsamt wird. Dies wirkt sich zwingend auf die nachgeschalteten Zwischenüberhitzer aus, die zwar weniger Nässe zu schlucken haben, aber trotzdem grosse Ausdampfvolumina bewältigen müssen, was unweigerlich größere Abmessungen derselben verlangt. Zwar muss hier für die Überhitzung des durchströmenden Dampfes weniger Energie als bei der vorgeschlagenen Lösung ohne Wasserabscheider gemäß der BE-A-360 228 aufgewendet werden, absolut sind die Energiemengen aber trotzdem noch beträchtlich.
Der Wirkungsgradverlust der Anlage wegen der Geschwindigkeitseinbusse der Dampfströmung, die hier in einem Wasserabscheider konventioneller Bauart stattfindet und dann im nachgeschalteten Zwischenüberhitzer noch akzentuiert wird, ist nach wie vor empfindlich hoch. Trotz vorgeschaltetem Wasserabscheider ist der Zwischenüberhitzer auch hier immer noch durch Schwall- und/oder Pfropfenströmungen gefährdet. Aus der Praxis ist es bekannt, dass bei Anlagen, wie sie aus den Entgegenhaltungen hervorgehen, die Zwischenüberhitzer Ausdampfvolumina von 30-50 m³ zu bewältigen haben und hierzu etwa 10 % der Gesamtdampfmenge eingesetzt werden müssen.
Hier gesamthaft will nun die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Sattdampfturbinenanlage der eingangs genannten Art mit einfachstem Aufwand eine optimale Wasserabscheidung und eine Minimierung des Energiebedarfs für die Zwischenüberhitzung des zur Niederdruckturbine strömenden Dampfes zu erzielen.
Es ist auch schon bekanntgeworden, eine Zwischenüberhitzung in Verbindung mit Hochgeschwindigskeitsabscheidern vorzunehmen. (B. Andrieux, Evolution des condenseurs, des postes d'eau et des separateurs de Vapeur, AINI Liege, Centrales electriques modernes, 1981. - Kap 111.)
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass durch den Einbau eines Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheiders, in dem durch den Abscheidevorgang die Dampfströmung kaum gebremst wird, in der Verbindungsleitung zwischen Hochdruck- und Niederdruckturbine eine optimale Wasserabscheidung aus dem Dampf vorgenommen werden kann, ohne dabei die Geschwindigkeit der Dampfströmung zu tangieren, d.h., die Geschwindigkeit bleibt zwischen Hochdruck- und Niederdruckturbine konstant, Kausal bedeutet dies, dass dadurch der dem Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheider nachgeschaltete Zwischenüberhitzer mit dem Durchflussquerschnitt der Verbindungsleitung ausgeführt werden kann. Das hat wiederum zur Folge, dass die Ausdampfvolumina nur noch wenige Prozente des vor dem Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheider vorhandenen Wassergehalts betragen, wobei für die Überhitzung, die nun bei sehr tiefen Temperaturen vonstatten geht, nur noch 5 % der Gesamtdampfmenge in den Zwischenüberhitzer eingeleitet werden müssen.
Kleine Durchflussvolumina durch den Zwischenüberhitzer bringen des weiteren den Vorteil mit sich, dass auf die Auffangklappen, welche die Niederdruckturbine vor Uberdrehzahl infolge Lastabwurfes schützen, verzichtet werden kann. Die optimale Wasserabscheidung im Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheider bewirkt auch, dass der nachgeschaltete Zwischenüberhitzer vor den schädlichen Auswirkungen der Schwall- und/oder Pfropfenströmungen verschont bleibt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Es zeigt:

Fig. 1 und 2 eine beispielsweise Anordnung einer erfindungsgemässen Sattdampfturbinenanlage,
Fig. 3 eine Detail-Anordnung eines Zwischenüberhitzers in einer Verbindungsleitung.

Gemäss den Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Hochdruck-Turbine bezeichnet, deren Abdampf über Verbindungsleitungen 2 Niederdruckturbinen 3 zugeführt wird. Im vorliegenden Fall sind zwei Niederdruckturbinen 3 vorgesehen, wobei die Hochdruckturbine 1, die beiden Niederdruckturbinen 3 und ein Generator 4 durch eine gemeinsame Welle 5 verbunden sind. In den Unterström- und Oberström-Verbindungsleitungen 2 ist jeweils stromabwärts der Hochdruckturbine 1 ein Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheider 6 und ein Zwischenüberhitzerbündel 7 angeordnet, das einen geringen Platzbedarf erfordert und dessen Durchflussquerschnitt nur unwesentlich von dem Querschnitt der Verbindungsleitungen abweicht. Zwischen jedem Zwischenüberhitzerbündel 7 und der jeweiligen Niederdruckturbine 3 ist je eine Abfangklappe 8 vorgesehen, jedoch ist es ohne weiteres möglich, die Abfangklappen 8 wegzulassen, ohne dass Schäden durch Überdrehzahlen an den Niederdruckturbinen 3 entstehen.
In der Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung des Zwischenüberhitzerbündels 7 mit Abfangklappe 8 in der Verbindungsleitung 2 zwischen der Niederdruckturbine 3 und dem Eintritt des Arbeitsdampfes vom Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheider (nicht dargestellt) gezeigt. Der Arbeitsdampf durchströmt in Pfeilrichtung im Kreuzstrom die im Zwischenüberhitzer 7 angeordneten Überhitzerrohre 9. Durch einen Stutzen 10 tritt Heizdampf in den Zwischenüberhitzer 7 ein, umströmt die Überhitzerrohre 9, erwärmt den die Überhitzerrohre durchströmenden Arbeitsdampf und kondensiert an den Überhitzerrohren 9. Durch einen Austrittsstutzen 11 fliesst das Kondensat ab.
Es ist auch möglich, zur Kompensation der auftretenden Differenzdehnungen die Zwischenüberhitzer beispielsweise L- oder U-förmig, sowie spiralförmig auszubilden. Dadurch können die Zwischenüberhitzer auf einfache Weise den örtlichen Gegebenheiten angepasst werden.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Zwischenüberhitzer 7 in den Verbindungsleitungen 2 ist eine mehrstufige Ueberhitzung ohne zusätzlichen Platzbedarf möglich, und da der Zwischenüberhitzer 7 einen Teil der Verbindungsleitungen 2 bildet, ist eine beliebige Einbaulage möglich.

Claims

Sattdampfturbinenanlage bei Nuklearbetrieb, im wesentlichen bestehend aus einer Hochdruckturbine (1), mindestens einer Niederdruckturbine (3), einem Generator (4), wobei in der Verbindungsleitung zwischen Hochdruckturbine und Niederdruckturbine ein Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheider (6) und nachgeschaltet ein Zwisenenüberhitzer (7) plaziert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Hochgeschwindigkeits-Wasserabscheider nachgeschaltete, im Kreuzstrom von Heizdampf angeströmte Zwischenüberhitzer annähernd denselben Durchflussquerschnitt wie die Verbindungsleitung (2) aufweist.