EP2554902A1

EP2554902A1 - Umleitdampfstation

Info

Publication number: EP2554902A1
Application number: EP11176658A
Authority: EP
Inventors: Peter Berenbrink; Frank Deidewig; Holger Gedanitz; Ralf Hoffacker; Dirk Huckriede; Mario Koebe; Bernd Prade; Horst Uwe Rauh
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-06
Also published as: WO2013020829A1; CN204127940U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vermischeinheit (1) zum Vermischen eines Dampfes (3) mit einzuspritzendem Wasser (6) über mehrere in einem Vermischabschnitt (5) angeordnete Lavaldüsen (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vermischeinheit zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium, umfassend einen Rohrkanalabschnitt, an den ein Vermischabschnitt strömungstechnisch angekoppelt ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium.
In Dampfkraftwerken wird in einem Dampferzeuger Dampf erzeugt, der in einem strömungstechnisch mit dem Dampferzeuger angekoppelten Turbosatz die thermische Energie des Dampfes in Rotationsenergie umwandelt. Die Rotationsenergie wird schließlich in elektrische Energie umgewandelt. Solange das Dampfkraftwerk im Dauerbetrieb läuft und die Last am elektrischen Generator vergleichsweise konstant ist, sind die thermodynamischen Verhältnisse vergleichsweise zeitlich konstant.
Es gibt allerdings Situationen, in denen das Dampfkraftwerk an schnell ändernde Lastsituationen angepasst werden muss. Beispielsweise kann es sein, dass ein Störfall auftritt und der Generator plötzlich vom Netz getrennt werden muss. Es kann auch vorkommen, dass das Dampfkraftwerk unvorhergesehen von Volllast auf Teillast umschalten muss. Solche Laständerungen sind eine Herausforderung an die Regelungstechnik des gesamten Dampfkraftwerkes. Eine Möglichkeit, schnell ändernden Laständerungen zu folgen oder zu begegnen ist, dass der vom Dampferzeuger erzeugte Dampf, der im Dauerbetrieb bzw. Volllastbetrieb direkt zur Hochdruck-Teilturbine strömt, über eine Umleitstation direkt zum Kondensator geführt wird. In dieser Umleitstation sind Vorrichtungen vorgesehen, die den hocherhitzten Dampf mit Wasser vermischen, um somit die thermodynamischen Verhältnisse des Dampfes zu ändern. Dieses Wasser wird in den Dampf eingespritzt. Dies erfolgt gemäß dem Stand der Technik in einer Umleitstation, in der eine Lavaldüse angeordnet ist, die Einspritzkanäle aufweist, durch die Wasser in den Dampf gespritzt wird.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass dadurch die Geräuschemission vergleichsweise stark ist. Des Weiteren hat es sich gezeigt, dass die Temperaturverteilung nicht homogen genug ist, was zu einem nicht optimalen Betriebsverhalten in Teillast führt.
Im Wesentlichen bestehen heute eingesetzte Umleitstationen aus einem Umleitventil und der Umleitdampfeinführung. Die Umleitdampfeinführung umfasst eine Blende, eine Wassereinspritzungsvorrichtung und ein Mischrohr. Beim Anfahren der Dampfkraftwerksanlage oder nach einem Trip der Dampfturbinen wird der anfallende Dampf über die Umleitstation durch Einspritzen von Wasser abgekühlt und direkt in den Kondensator eingeleitet.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Geräuschemissionen zu reduzieren und eine bessere homogene Temperaturverteilung zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Vermischeinheit zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium, umfassend einen Rohrkanalabschnitt, an den ein Vermischabschnitt strömungstechnisch angekoppelt ist, wobei der Vermischabschnitt mehrere Blendenöffnungen umfasst, durch die das Strömungsmedium strömbar ist, wobei in den Blendenöffnungen Einspritzkanäle ausgebildet sind, durch die das Kühlungsmedium derart strömt, dass eine Vermischung des Strömungsmediums mit dem Kühlungsmedium stattfindet.
Mit der Erfindung wird somit der Weg eingeschlagen, entgegen dem bestehenden Konzept, bei dem der Dampf nur durch eine einzige Blendenöffnung strömt, mehrere Blendenöffnungen zu verwenden. Der Nachteil der durch die Verwendung einer einzelnen Blendenöffnung entsteht, ist der, dass die Vermischung insbesondere an den Rändern des Vermischabschnitts nicht optimal ist. Durch die Verwendung mehrerer Blendenöffnungen wird eine bessere Vermischung erreicht.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Blendenöffnung als Lavaldüse ausgebildet. Des Weiteren ist das Kühlungsmedium Wasser und das Strömungsmedium Dampf. Durch die Form der Lavaldüse entstehen hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Dampfes. Das einzuspritzende Wasser wird an den Seiten der Lavaldüse durch die Einspritzkanäle eingespritzt. Durch die Verwendung mehrerer Lavaldüsen ist eine Vermischung des Dampfes mit dem Wasser über den gesamten Querschnitt homogen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Einspritzkanäle schräg zur Lavaldüsenwand angeordnet. Dadurch lassen sich Geschwindigkeitskomponenten des einzuspritzenden Wassers mit dem Dampf verbessern, was zu einer besseren Durchmischung von Dampf und Wasser führt.
Die Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Verfahren zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium, wobei in einer Vermischeinheit mehrere Lavaldüsen in einem Rohrabschnitt auf dem Querschnitt verteilt werden und Einspritzkanäle in den Lavaldüsen angeordnet werden, durch die das Kühlungsmedium strömt und mit dem Strömungsmedium in einem Mischrohr stromabwärts vermischt wird. Auch hier ist der wesentliche Gedanke, dass nicht, wie im Stand der Technik, nur eine Lavaldüse verwendet wird, sondern mehrere, über den Querschnitt verteilt homogen angeordnete Lavaldüsen eingesetzt werden, die dadurch zu einer besseren Vermischung des Kühlungsmediums mit dem Strömungsmedium ermöglichen.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann die Durchflussmenge des durch die Einspritzkanäle strömenden Kühlungsmediums einzeln geregelt werden. Das bedeutet, dass sehr schnell und sehr gut auf geänderte Lastbedingungen des gesamten Dampfkraftwerkes reagiert werden kann.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

Figur 1: eine Vermischeinheit gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2: eine erfindungsgemäße Vermischeinheit.

Figur 1 zeigt eine Vermischeinheit 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Vermischeinheit 1 ist zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium ausgebildet. Das Strömungsmedium ist Wasserdampf 2. Die Strömungsrichtung des Wasserdampfs wird durch die Pfeile 3 dargestellt. Der Dampf strömt zunächst in einem Rohrkanalabschnitt 4, der als Rohr ausgebildet sein kann, zu einem Vermischabschnitt 5. Im Vermischabschnitt 5 wird schließlich Dampf mit dem Kühlungsmedium, das hier Wasser 6 ist, vermischt. Dies geschieht durch eine Lavaldüse 7. In dieser Lavaldüse 7 ist zumindest ein Einspritzkanal 8 angeordnet, durch den das Wasser 6 in den Vermischabschnitt 5 mit dem Dampf vermischt wird. An den Vermischabschnitt 5 schließt ein Mischrohr 9 an, in dem der Dampf 3 nunmehr eine geringere Temperatur aufweist. Das Mischrohr 9 ist mit dem Kondensator strömungstechnisch verbunden (nicht dargestellt). Im Mischrohr 9 ist ein Lochkorb 10 angeordnet, der turbulenzerhöhend und damit die Quervermischung verbessernd wirkt.
Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vermischeinheit 1 und ist zu der Vermischeinheit 1 gemäß Figur 1 darin unterschiedlich, dass im Vermischabschnitt 5 nicht eine Lavaldüse 7, sondern mehrere Lavaldüsen 7a, 7b, 7c ... angeordnet sind. Dadurch wird eine Vermischung über den gesamten Querschnitt des Mischrohrs 9 verbessert. Die Einspritzkanäle 8 sind schräg zur Strömungsrichtung 3 des Dampfes 3 angeordnet. Die Lavaldüsen 7a, 7b, 7c ... können in alternativen Ausführungsformen identisch zueinander ausgeführt werden. Der Durchfluss durch die Einspritzkanäle 8 kann regelungstechnisch derart eingestellt werden, dass die Durchflussmenge unterschiedlich ist. Dies kann zu einer lokalen Veränderung der Homogenität des Wasserdampfes mit dem einzuspritzenden Wasser führen. Dadurch ist eine bessere Durchmischung möglich. Außerdem lässt sich dadurch der exergetische Anteil des Umleitdampfes vorteilhaft ausnutzen. Die Vermischeinheit 1 gemäß Figur 2 wird ebenso mit einem Mischrohr 3 an einen nicht näher dargestellten Kondensator strömungstechnisch angekoppelt. Im Mischrohr 3 ist ebenfalls ein Lochkorb ausgebildet.

Claims

Vermischeinheit (1) zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium,
umfassend einen Rohrkanalabschnitt (4), an den ein Vermischabschnitt (5) strömungstechnisch angekoppelt ist, wobei der Vermischabschnitt (5) mehrere Blendenöffnungen umfasst, durch die das Strömungsmedium strömbar ist, wobei in den Blendenöffnungen Einspritzkanäle (8) ausgebildet sind, durch die das Kühlungsmedium derart strömt, dass eine Vermischung des Strömungsmediums mit dem Kühlungsmedium stattfindet.
Vermischeinheit (1) nach Anspruch 1,
wobei der Rohrkanalabschnitt (4) als Rohr ausgebildet ist.
Vermischeinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Blendenöffnungen als Lavaldüsen (7) ausgebildet sind.
Vermischeinheit (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei die Lavaldüsen (7) identisch zueinander ausgeführt sind.
Vermischeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Einspritzkanäle (8) als schräg zur Lavaldüsenwand angeordnete Einspritzrohre ausgebildet sind.
Vermischeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Vermischeinheit (1) derart ausgebildet ist, dass als Strömungsmaschine Wasserdampf (3) und als Kühlungsmedium Wasser (6) einsetzbar ist.
Vermischeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei nach den Lavaldüsen (7) ein Mischrohr (9) strömungstechnisch angekoppelt ist.
Verfahren zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium,
wobei in einer Vermischeinheit (5) mehrere Lavaldüsen (7) in einem Rohrabschnitt auf dem Querschnitt verteilt werden und Einspritzkanäle (8) in den Lavaldüsen (7) angeordnet werden, durch die das Kühlmedium strömt und mit dem Strömungsmedium in einem Mischrohr (9) stromabwärts vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 8,
wobei die Vermischeinheit (1) strömungstechnisch mit einem Kondensator verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
wobei Wasser (6) als Kühlungsmedium und Wasserdampf (3) als Strömungsmedium verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
wobei die Durchflussmenge des durch die Einspritzkanäle (8) strömenden Kühlungsmediums einzeln regelbar ist.