EP0773348A1 - Verfahren und Anordnung zum Vorwärmen des Hauptkondensats in Kraftwerksprozessen - Google Patents

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EP0773348A1 EP96114056A EP96114056A EP0773348A1 EP 0773348 A1 EP0773348 A1 EP 0773348A1 EP 96114056 A EP96114056 A EP 96114056A EP 96114056 A EP96114056 A EP 96114056A EP 0773348 A1 EP0773348 A1 EP 0773348A1
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Achim Dipl.-Ing. Nietzschmann
Wolfgang Dr. Dipl.-Ing. Urbanczyk
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Steag GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/40—Use of two or more feed-water heaters in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/32—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters arranged to be heated by steam, e.g. bled from turbines
    • F22D1/34—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters arranged to be heated by steam, e.g. bled from turbines and returning condensate to boiler with main feed supply

Definitions

  • the invention relates to a method for preheating the main condensate in a power plant process with a water vapor circuit, wherein steam is condensed while heating the main condensate in a low pressure preheater and the resulting heating condensate is fed to the main condensate stream.
  • the invention further relates to an arrangement for performing this method.
  • a steam turbine system in which the heating condensate is preheated in several stages with steam from turbine taps.
  • a turbine tap with a higher pressure is connected to a heat exchanger with a higher temperature.
  • An additional heat exchanger is connected upstream of each heat exchanger and is connected to the compression side of a steam jet compressor.
  • the invention is based on the knowledge that, in particular when planning new power plants, a noticeable improvement in the circuit efficiency and in the cost / utilization ratio in the preheating of feed water can be achieved by suitable process management for preheating the condensate and integrating it into the low-pressure preheating line. This is the object of the invention.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset in that steam of a higher pressure level than the bleed steam serving as heating steam is fed to a condensate lifter as motive steam and the heating condensate is conveyed from the low-pressure preheater by the condensate lifter into the main condensate stream leaving the preheater .
  • the arrangement according to the invention is characterized in that a heating condensate outlet of the low-pressure preheater is connected to a condensate lifter, that a steam connection of the condensate lifter is subjected to steam at higher pressure levels, and that the delivery outlet of the condensate lifter is connected to the main condensate line downstream of the low-pressure preheater is.
  • a major advantage of the invention is that saturated water obtained in power plant processes is promoted cavitation-free and extremely economically. Saturated water is produced especially in the low-pressure preheating line in the form of heating condensate; it also occurs when using a steam air preheater. With the same advantages, the invention can be used wherever high pressure change speeds on the suction side of the fluid to be pumped can lead to cavitation of the pumps.
  • the residual heat content of the heating condensate can be integrated into the water circuit more thermodynamically more favorably.
  • the simple conveying principle of the condensate lifting system makes it possible to dispense with electrical heating condensate pumps and their control.
  • the steam serving as motive steam for the condensate lifting system can be removed from the water-steam cycle at a suitable point and after the heating condensate has been pumped back into the water-steam cycle.
  • a further improvement in the circuit efficiency can be achieved in a further development of the invention in that a double-chamber low-pressure preheater is used, the first chamber of which is tapped and the second chamber of which is a vapor mixture obtained by thermocompression.
  • the low-pressure preheating line 1 shown in the circuit diagram according to FIG. 1 has low-pressure preheaters NDV 1a / 1b and NDV 2a / 2b, four condensate lifters 50, 51, 52 and 53 and a motive steam busbar 20.
  • the preheaters NDV 1a and NDV 2a are fed with steam from taps A1 and A2 of a low-pressure turbine 5.
  • the condensate conveyed in the exemplary embodiment shown by a main condensate pump 2 is preheated in several stages in the LP preheating line 1 and conveyed via a main condensate line 3 into a feed water tank (not shown).
  • the steam removed from the motive steam busbar 20 serves as condensed steam for the condensate lifters 50 ... 53. That steam is then reintroduced into the water-steam cycle at a suitable point.
  • the first preheating stage NDV 1a is supplied with largely relaxed steam from tap A1. Heating condensate accumulating in the NDV 1a is fed to the condensate lifter 50 via a line 10 and is conveyed by the latter to the main condensate stream 3 via a line 11.
  • the second preheating stage NDV 1b receives a steam mixture from a steam jet 30, to which steam from the tap A2 is fed via a motive steam connection 31 and which sucks in the exergetically inferior steam from the tap A1 via a suction steam connection 32.
  • the condensation temperature is raised by compressing the sucked-in steam in the steam jet 30.
  • the heating condensate obtained in the NDV 1b stage is fed to the condensate lifter 51 via a line 12 and is conveyed by the latter to the main condensate stream 3 via a line 13.
  • the integration of the downstream preheating stages NDV 2a and NDV 2b, their application of bleed steam and the cavitation-free pumping of saturated water by means of the condensate lifters 52 and 53 are analogous.
  • the motive steam for the condensate lifters 52 and 53 is also taken from the motive steam busbar 20.
  • the preheating stage NDV 2a receives steam from tap A2.
  • the heating condensate from the preheating stage NDV 2a is fed via line 14 to the condensate siphon 52 and is conveyed by this via line 15 into the main condensate stream 3.
  • the next stage NDV 2b is supplied with a steam mixture from a steam jet 40, the motive steam connection 31 of which is connected to a tap A3 and which sucks in steam from the tap A2 via a suction steam connection 42.
  • the double-chamber preheater shown in FIG. 2 is of a known type in the exemplary embodiment described.
  • the main condensate enters from the main condensate line 3 into an inlet-side water chamber 4a, is in a first heat exchanger chamber (preheating stage NDV 1a) with bleed steam A1 and in a second heat exchanger chamber (preheating stage NDV 1b), which is closed in a pressure-tight manner by the first heat exchanger chamber, with the steam mixture from the steam jet 30 and finally flows via an outlet-side water chamber 4b into a subsequent section of the main condensate line 3.
  • bleed steam A1 is sucked in by the driving steam from A2 by pulse exchange and flows into the NDV 1b after pressure increase in the diffuser.
  • the heating condensate obtained in the NDV 1a is passed through a shut-off valve 60 and a check valve 61 via line 10 into the condensate lifter 50.
  • a float is mounted in the condensate lifter, which controls a motive steam inlet valve 64 and a steam outlet valve 65 in opposite directions via a lever arrangement. The last two valves are integrated in the condensate lifter.
  • the heating condensate flows from the NDV 1a into the condensate lifter 50.
  • the rising condensate level in the interior of the condensate lifter lifts the float.
  • the latter opens the motive steam inlet valve 64 in its upper limit position via a linkage.
  • the motive steam flowing in from the busbar 20 via the motive steam line 21 now presses the heating condensate via the check valve 62 arranged in line 11 and the shut-off valve 63 into the main condensate line 3.
  • the float closes the motive steam inlet valve 64 and opens the outlet valve 65.
  • the steam flowing out via line 22 clears the way for condensate flowing in from NDV 1a.
  • the system consisting of NDV 1b and condensate lifter 51 is constructed analogously and works accordingly.

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Abstract

Verfahren zum Vorwärmen des Hauptkondensats in Kraftwerksprozessen in einer Niederdruck-Vorwärmstraße (1), deren Heizdampfanschlüsse mit Anzapfungen (A1, A2, A3) einer ND-Turbine (5) verbunden sind. Der Heizkondensat-Austritt jedes Niederdruck-Vorwärmers (NDV1a, 1b, 2a, 2b) ist mit einem Kondensatheber (50...53) verbunden. Ein Treibdampfanschluß (21) jedes Kondensathebers (50) ist an eine Treibdampf-Sammelschiene (20) angeschlossen, und der Förderauslaß (11, 13, 15, 17) des Kondensathebers ist mit der Hauptkondensatleitung (3) stromab des zugehörigen ND-Vorwärmers verbunden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen des Hauptkondensats in einem Kraftwerksprozeß mit einem Wasserdampfkreislauf, wobei Anzapfdampf unter Erwärmen von Hauptkondensat in einem Niederdruckvorwärmer kondensiert und entstehendes Heizkondensat dem Hauptkondensatstrom zugeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Bei Kraftwerksprozessen ist es bekannt und üblich, aus Turbinenanzapfungen oder aus einer kalten Zwischenüberhitzung Dampf zu entnehmen und diesen Dampf in Hochdruck- und Niederdruck-Vorwärmern zur Speisewasser- und Kondensatvorwärmung zu nutzen. Durch Speisewasser- und Kondensatvorwärmung kann die Primärenergiezufuhr zum Dampferzeuger verringert werden.
  • Aus der DE-OS 1 551 263 ist es bekannt, aus der Turbinenanzapfung entnommenen Dampf zur Verdampfung eines unter einem höheren Druck stehenden Teilstromes des Speisewassers zu verwenden.
  • Ferner ist aus der DE-PS 3 616 797 eine Dampfturbinenanlage bekannt, bei der das Heizkondensat mehrstufig mit Dampf aus Turbinenanzapfungen vorgewärmt wird. Eine Turbinenanzapfung mit höherem Druck ist jeweils mit einem Wärmetauscher mit höherer Temperatur verbunden. Jedem Wärmetauscher ist ein Zusatzwärmetauscher vorgeschaltet, der an die Kompressionsseite eines Dampfstrahlkompressors angeschlossen ist.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß insbesondere bei der Planung neuer Kraftwerksanlagen eine spürbare Verbesserung des Kreislaufwirkungsgrades sowie des Kosten/Nutzungsverhältnisses bei der Speisewasservorwärmung durch geeignete Verfahrensführung bei der Kondensatvorwärmung und deren Einbindung in die ND-Vorwärmstraße erreicht werden kann. Dies ist Aufgabe der Erfindung.
  • Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß aus dem Wasserdampfkreislauf Dampf eines höheren Druckniveaus als der als Heizdampf dienende Anzapfdampf einem Kondensatheber als Treibdampf zugeführt und das Heizkondensat aus dem Niederdruckvorwärmer von dem Kondensatheber in den den Vorwärmer verlassenden Hauptkondensatstrom gefördert wird.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Heizkondensat-Austritt des Niederdruck-Vorwärmers mit einem Kondensatheber verbunden ist, daß ein Treibdampfanschluß des Kondensathebers mit Dampf höheren Druckniveaus beaufschlagt ist, und daß der Förderauslaß des Kondensathebers mit der Hauptkondensatleitung stromab des Niederdruck-Vorwärmers verbunden ist.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß in Kraftwerksprozessen anfallendes Sattwasser kavitationsfrei und außerordentlich wirtschaftlich gefördert wird. Sattwasser fällt insbesondere in der Niederdruck-Vorwärmstraße in Form von Heizkondensat an; es entsteht aber auch bei Einsatz eines Dampf-Luftvorwärmers. Mit gleichen Vorteilen läßt sich die Erfindung überall dort anwenden, wo hohe Druckänderungsgeschwindigkeiten auf der Saugseite des zu fördernden Fluids zu einer Kavitationsgefährdung der Pumpen führen können.
  • Bei der Erfindung werden nicht nur die kostengünstigen, rein mechanischen Fördereigenschaften des Kondensathebers ausgenutzt, sondern durch Einbindung des Kondensathebers in die Niederdruck-Vorwärmstraße kann auch der Restwärmeinhalt des Heizkondensats thermodynamisch günstiger in den Wasserkreislauf eingebunden werden. Das einfache Förderprinzip der Kondensatheberanlage ermöglicht einen Verzicht auf elektrische Heizkondensatpumpen und deren Regelung. Der als Treibdampf für die Kondensatheberanlage dienende Dampf kann dem Wasser-Dampf-Kreislauf an geeigneter Stelle entnommen und nach Förderung des Heizkondensats wieder in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingebunden werden.
  • Eine weitere Verbesserung des Kreislaufwirkungsgrades läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß ein Doppelkammer-Niederdruck-Vorwarmer verwendet wird, dessen erste Kammer mit Anzapfdampf und dessen zweite Kammer mit einer durch Thermokompression gewonnenen Dampfmischung beaufschlagt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 eine Übersichtschaltung mit einem Ausschnitt der Niederdruck-Vorwärmstraße und deren Einbindung in den Kraftwerksprozeß; und
    • Fig. 2 ein schematisches Schaltbild des als Zweikammervorwärmer ausgebildeten Niederdruck-Vorwärmers in Verbindung mit dem in die Hauptkondensatleitung fördernden Kondensatheber.
  • Die im Schaltbild gemäß Fig. 1 dargestellte Niederdruck-Vorwärmstraße 1 weist Niederdruck-Vorwärmer NDV 1a/1b und NDV 2a/2b, vier Kondensatheber 50, 51, 52 und 53 und eine Treibdampf-Sammelschiene 20 auf. Die Vorwärmer NDV 1a und NDV 2a werden mit Dampf aus Anzapfungen A1 und A2 einer Niederdruck-Turbine 5 gespeist. Das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Hauptkondensatpumpe 2 geförderte Kondensat wird in der ND-Vorwärmstraße 1 mehrstufig vorgewärmt und über eine Hauptkondensatleitung 3 in einen nicht dargestellten Speisewasserbehälter gefördert.
  • Der Treibdampf-Sammelschiene 20 entnommener Dampf dient den Kondensathebern 50 ... 53 als Teibdampf. Dieser Dampf wird anschließend an geeigneter Stelle wieder in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingebunden. Der ersten Vorwärmestufe NDV 1a wird weitgehend entspannter Dampf aus der Anzapfung A1 zugeführt. Im NDV 1a anfallendes Heizkondensat wird über eine Leitung 10 dem Kondensatheber 50 zugeführt und von diesem über eine Leitung 11 in den Hauptkondensatstrom 3 gefördert. Die zweite Vorwärmstufe NDV 1b erhält ein Dampfgemisch aus einem Dampfstrahler 30, dem Dampf aus der Anzapfung A2 über einen Treibdampfanschluß 31 zugeführt wird und der über einen Saugdampfanschluß 32 den exergetisch minderwertigen Dampf aus der Anzapfung A1 ansaugt. Durch Verdichtung des angesaugten Dampfs im Dampfstrahler 30 wird die Kondensationstemperatur angehoben. Das in der Stufe NDV 1b anfallende Heizkondensat wird über eine Leitung 12 dem Kondensatheber 51 zugeführt und von diesem über eine Leitung 13 in den Hauptkondensatstrom 3 gefördert.
  • Die Einbindung der nachgeschalteten Vorwärmstufen NDV 2a und NDV 2b, deren Beaufschlagung mit Anzapfdampf und der kavitationsfreien Förderung von Sattwasser mittels der Kondensatheber 52 und 53 sind analog. Der Treibdampf für die Kondensatheber 52 und 53 wird ebenfalls der Treibdampf-Sammelschiene 20 entnommen. Die Vorwärmstufe NDV 2a erhält Dampf aus der Anzapfung A2. Das Heizkondensat aus der Vorwärmstufe NDV 2a wird über die Leitung 14 dem Kondensatheber 52 zugeführt und von diesem über die Leitung 15 in den Hauptkondensatstrom 3 gefördert. Der nächsten Stufe NDV 2b wird ein Dampfgemisch aus einem Dampfstrahler 40 zugeführt, dessen Treibdampfanschluß 31 mit einer Anzapfung A3 verbunden ist und der über einen Saugdampfanschluß 42 Dampf aus der Anzapfung A2 ansaugt.
  • Der in Fig. 2 dargestellte Doppelkammer-Vorwärmer ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel bekannter Bauart. Das Hauptkondensat tritt aus der Hauptkondensatleitung 3 in eine einlaßseitige Wasserkammer 4a ein, wird in einer ersten Wärmetauscherkammer (Vorwärmstufe NDV 1a) mit Anzapfdampf A1 und in einem von der ersten Wärmetauscherkammer druckdicht abgeschlossenen zweiten Wärmetauscherkammer (Vorwärmstufe NDV 1b) mit dem Dampfgemisch aus dem Dampfstrahler 30 beaufschlagt und strömt schließlich über eine auslaßseitige Wasserkammer 4b in einen nachfolgenden Abschnitt der Hauptkondensatleitung 3.
  • Über die Ansaugleitung 32 wird Anzapfdampf A1 vom Treibdampf aus A2 durch Impulsaustausch angesaugt und strömt nach Druckerhöhung im Diffusor in den NDV 1b ein. Das im NDV 1a anfallende Heizkondensat wird durch ein Absperrventil 60 und ein Rückschlagventil 61 über die Leitung 10 in den Kondensatheber 50 geleitet. Im Kondensatheber ist ein Schwimmer angebracht, der über eine Hebelanordnung ein Treibdampf-Eintrittsventil 64 und ein Dampfauslaßventil 65 gegenläufig steuert. Die beiden zuletzt genannten Ventile sind in den Kondensatheber integriert.
  • Bei geschlossenem Treibdampf-Einlaßventil 64 strömt das Heizkondensat aus dem NDV 1a in den Kondensatheber 50. Der ansteigende Kondensatspiegel im Innenraum des Kondensathebers hebt den Schwimmer. Letzterer öffnet in seiner oberen Grenzposition über ein Gestänge das Treibdampf-Einlaßventil 64. Der aus der Sammelschiene 20 über die Treibdampfleitung 21 einströmende Treibdampf drückt nun das Heizkondensat über das in der Leitung 11 angeordnete Rückschlagventil 62 und das Absperrventil 63 in die Hauptkondensatleitung 3. Bei Erreichen einer unteren Grenzposition schließt der Schwimmer das Treibdampf-Einlaßventil 64 und öffnet das Austrittsventil 65. Der über die Leitung 22 ausströmende Dampf gibt den Weg für aus NDV 1a nachströmendes Kondensat frei.
  • Das aus NDV 1b und Kondensatheber 51 bestehende System ist analog aufgebaut und arbeitet dementsprechend.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Vorwärmen des Hauptkondensats in einem Kraftwerksprozeß mit einem Wasserdampfkreislauf, wobei Anzapfdampf unter Erwärmen von Hauptkondensat in einem Niederdruckvorwärmer kondensiert und entstehendes Heizkondensat dem Hauptkondensatstrom zugeführt wird,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß aus dem Wasserdampfkreislauf Dampf eines höheren Druckniveaus als der als Heizdampf dienende Anzapfdampf, einem Kondensatheber als Treibdampf zugeführt; und
    das Heizkondensat aus dem Niederdruckvorwärmer von dem Kondensatheber in den den Vorwärmer verlassenden Hauptkondensatstrom gefördert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppelkammer-Niederdruck-Vorwärmer verwendet wird, dessen erste Kammer mit weitgehend entspanntem Dampf und dessen zweite Kammer mit einer durch Thermokompression gewonnenen Dampfmischung beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Treibdampf für die Kondensatheber einer Treibdampf-Sammelschiene entnommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom aus dem die erste Kammer des Niederdruckvorwärmers mit Heizdampf versorgenden Dampfstrom abgezweigt und als Ansaugdampf bei der Thermokompression verwendet wird.
  5. Anordnung zum Vorwärmen des Hauptkondensats in Kraftwerksprozessen mit einem Niederdruck-Vorwärmer, dessen Heizdampfanschluß mit einer Anzapfung einer Niederdruck-Turbine verbunden ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens ein Heizkondensat-Austritt des Niederdruck-Vorwärmers (NDV 1a, 1b, 2a, 2b) mit einem Kondensatheber (50,51,52,53) verbunden ist;
    daß ein Treibdampfanschluß des Kondensathebers an eine Treibdampf-Sammelschiene (20) angeschlossen ist und
    daß der Förderauslaß (11, 13, 15, 17) des Kondensathebers mit der Hauptkondensatleitung (3) stromab des zugehörigen Niederdruck-Vorwärmers verbunden ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruck-Vorwärmer als Doppelkammervorwärmer (NDV 1a,1b) ausgebildet ist, dessen erste Wärmetauscherkammer mit der letzten Anzapfung (A1) einer Niederdruckturbine (5) verbunden ist und dessen zweiter Wärmetauscherkammer ein Dampfstrahler (30) vorgeschaltet ist, dessen Treibdampfanschluß (31) aus einer zweiten Turbinenanzapfung (A2) gespeist wird.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansauganschluß (32) des Dampfstrahlers (30) und die erste Wärmetauscherkammer aus der gleichen Dampfquelle (A1) gespeist sind.
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