EP2625390A2 - Fossil befeuerter dampferzeuger - Google Patents

Fossil befeuerter dampferzeuger

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EP2625390A2
EP2625390A2 EP11766973.9A EP11766973A EP2625390A2 EP 2625390 A2 EP2625390 A2 EP 2625390A2 EP 11766973 A EP11766973 A EP 11766973A EP 2625390 A2 EP2625390 A2 EP 2625390A2
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EP
European Patent Office
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fossil
steam generator
flow
fired steam
medium
Prior art date
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EP11766973.9A
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English (en)
French (fr)
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Martin Effert
Frank Thomas
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2625390A2 publication Critical patent/EP2625390A2/de
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Publication of EP2625390B1 publication Critical patent/EP2625390B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—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 only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F01K7/24—Control or safety means specially adapted therefor
    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K7/22—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 only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating

Definitions

  • the invention relates to a fossil-fired steam generator for a steam power plant with a number of a flow path forming, flowed through by a flow medium medium M M economi--, evaporator and superheater in a plurality of pressure stages, in which ver in a high-pressure stage an overflow line on the inlet side with the flow ⁇ bunden and leads to a flow medium in a medium-pressure stage in front of a superheater heating in the flow path ⁇ arranged injection valve.
  • a fossil-fueled steam generator produces superheated steam using the heat generated by burning fossil fuels.
  • Fossil fueled steam generators are mostly used in steam power plants, which are mainly used for power generation.
  • the steam is supplied to a steam turbine ⁇ leads.
  • the fossil-fueled steam generator also comprises a plurality of pressure stages with different thermal states of the respectively contained water-steam mixture.
  • the first (high) pressure level the flow medium passing through the flow path on its first economiser, to use the residual heat Voricar ⁇ mung of the flow medium, and then various levels of dene ⁇ evaporator and superheater.
  • the evaporator the flow medium is evaporated, then separated any residual moisture in a separator and further heated the remaining steam in the superheater. Thereafter, the superheated steam in the high pressure part of the steam turbine flows, is there decompressed, and the following print ⁇ stage of the steam generator is supplied.
  • Such power changes of a power plant block in the se ⁇ customer area are possible only by a coordinated interaction of steam generator and steam turbine.
  • the contribution of fossil fuel-fired steam generator can do this is by using his memory, ie the steam but also the fuel storage, as well as rapid changes in the controlling variable ⁇ SEN feedwater, injection water, fuel and air.
  • the invention is based on the consideration that injections of feedwater can make a further contribution to the rapid change in performance.
  • additional injections in the superheater namely the steam mass flow can be increased.
  • injections are triggered by reducing the temperature setpoint at the outlet of the respective pressure stage.
  • the higher the enthalpy level of the injection water the more injection mass flow is needed to meet the newly demanded to reach the temperature setpoint.
  • results from a higher Enthalpielic of the injection water a ver ⁇ tively larger amount of steam.
  • the second supply line branches strö ⁇ tion medium side from behind all high-pressure preheaters.
  • the first supply line branches off from the flow medium side in front of all high-pressure preheaters. By taking in the coldest region, a reduction in the temperature of the inlet can in fact already at low addition amount are injection medium reaches that sufficient Ab ⁇ was a guaranteed to boiling. Overall, the greatest possible temperature variance can be achieved by removing before and after all high-pressure preheaters.
  • a check valve is arranged in one of the supply lines and arranged in the other supply line, a flow control valve.
  • the mixture is then carried out in a particularly simple manner on the determination of the injection quantity on the one hand, which is adjusted by the injection control valve and is provided in part via the supply line with the non-return valve, wherein the return ⁇ flap valve prevents backflow from the high pressure path in the low pressure path.
  • the return ⁇ flap valve prevents backflow from the high pressure path in the low pressure path.
  • a check valve is arranged in the first supply line and arranged in the second supply line, a flow control valve. That is, the check valve is located in the supply line with the medium of the lower temperature level.
  • Advantage ⁇ way legally branches beyond from the first lead of ei ⁇ ner feed pump. Since has a ver ⁇ tively higher pressure under the circumstances just upstream of the flow control valve, the flow medium, it is possible that the entire water path of the injector is on comparatively ⁇ as a lower pressure level. In addition, such an arrangement simplifies the control, and it is furthermore possible to use the feeding pumps with a corresponding branch for reheat injection, which are commonly used today, since the cool medium can also be coupled out in the same location in the present case.
  • a flow measuring device is arranged downstream of the branch of the second Zulei ⁇ tion in the flow path flow medium side. Under these circumstances, the withdrawal quantity need not be taken into account for the feedwater control via additional measurement or separate balancing.
  • a steam power plant comprises such a fossil-fired steam generator.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that a sufficient supercooling of the injection water can always be ensured by the mixing of injection water for reheating from leads before and after Hochlichvorskarn one hand, on the other hand with regard to the provision of an immediate reserve in absolutely safe injection operation without vapor formation a maximum can be realized on additional power relief via a correspondingly increased injection quantity.
  • the burden of all the affected components such as injection point, heating surfaces and turbine ⁇ reduced the same power relief compared to previous concepts, as for the same power deduction a lesser drop in temperature of the steam is expected.
  • interconnection and the associated increase in the power deduction by using the injection system is independent of other measures, so that, for example, throttled turbine valves can be additionally opened to increase the power increase of the steam turbine yet.
  • the effectiveness of the procedure remains largely unaffected by these parallel measures.
  • the degree of throttling of the turbine valves can be reduced, should the use of the injection system for increasing the power used.
  • the desired benefit release can be among these Circumstances then even with less, in the best case, even without any additional throttling can be achieved.
  • the plant can be operated in the usual load operation, where it must be available for an immediate reserve, with a relatively greater efficiency, which also reduces the operating costs.
  • FIG. 1 shows the flow medium side schematically the high-pressure and medium-pressure part of a fossil-fired steam ⁇ generator with optimized injection water supply line
  • FIG. 3 shows a diagram with simulation results for improving the instantaneous reserve of a fossil-fired steam generator by increasing the injection enthalpy of reheating in an upper load range
  • FIG. 4 shows a diagram with simulation results for improving the instantaneous reserve of a fossil-fired steam generator by increasing the injection enthalpy of reheating in a lower load range.
  • FIG. 1 shows schematically a part of the flow path 6 of the flow medium M.
  • the flow medium M is first fed by a feed pump 8 in the high-pressure part 2. There it is first brought by Hochlichvormaschinern 10 to an elevated temperature, which can be operated for example with bleed steam. Then follow Economizersammlung- surfaces 12, in which usually flue gas waste heat is used for white ⁇ direct heating of the flow medium and Ver ⁇ dampfersammlung vom 14, in which the flow medium is vaporized by means of heat derived from fossil fuel.
  • the spatial arrangement of the individual heating surfaces 12, 14 in the hot gas duct is not shown and may vary.
  • the illustrated heating surfaces 12, 14 may each be representative of a plurality of serially connected heating surfaces, which are not shown diffe ⁇ ren formulate for clarity.
  • any residual moisture present is separated off in a water separation device, not shown in more detail, and the remaining steam supplied to superheater heating surfaces (not shown). Subsequently, the superheated steam is expanded in the high pressure ⁇ part of a steam turbine. Subsequently, the flow medium M flows into the medium-pressure part 4 of the Dampferzeu ⁇ gers, where it is superheated in a number of intermediate superheater 16 again and is then supplied to the medium-pressure part of the steam turbine.
  • An injection valve 18 is arranged upstream of the reheater heating surfaces on the flow medium side. Here cooler and unevaporated flow medium M for regulating the outlet temperature at the outlet 20 of the medium-pressure part 4 of the fossil-fired steam generator 1 can be injected.
  • the introduced into the injection valve 18 amount of flow ⁇ medium M is controlled by an injection control valve 22.
  • the flow medium M is supplied via a previously branched off in the flow path 2 overflow 24.
  • the injection system for a required, increasing the enthalpy of the water injection ⁇ is designed.
  • the overflow line 24 has a ⁇ ers te supply line 26 which branches directly into the feed pump 8, and supplying flow medium M with a relatively low temperature of the overflow 24th This ensures adequate subcooling of the injection medium.
  • the first supply line 26 also includes a check valve 28 which prevents backflow of fluid from the injection system.
  • the overflow line has a second supply line 30 whose flow is controlled by a flow control valve 32.
  • the second supply line branches off behind all high-pressure preheaters 10 in front of the economizer heating surfaces 12, so that here flow medium M is introduced into the overflow line 24 with a comparatively higher temperature.
  • the flow measuring device 34 is in this case in the flow path 6 behind two branch locations of the leads 26, 30, so that the amount of derive ⁇ branched flow medium M for the feedwater control need not be considered here.
  • 2 shows an alternative embodiment which corresponds Wesent ⁇ union of Figure 1, but here are the locations of the flow control valve 32 and check valve 28 ver ⁇ exchanged.
  • the first supply line 26 thus has a control valve 32 and the second supply line 30 has a non-return valve 28.
  • This embodiment is also possible, however, the entire injection path must be designed for higher pressures.
  • an additional branch 36 is provided for the first supply line 26, since due to the higher pressure level can not be coupled ei ⁇ ner arbitrary point of the feed pump 8 fluid medium M.
  • FIG. 3 shows a diagram with simulation results using the described interconnection. Is applied the percentage of additional power with respect to full load 38 to the time 40 seconds after a sudden reduction of the temperature desired value for the temperature at the off ⁇ takes 20 of the medium-pressure part 4 by 20 ° C at 95% load.
  • the curve 42 shows the results without heated injection fluid, that is to say according to the usual system
  • the curve 44 shows the results with the injection system connected as described above. It can be seen in FIG. 2 that the maximum of the curve 44 is higher than the curve 42. The additionally released power is thus higher.
  • FIG. 4 is modified only slightly compared with FIG. 3 and shows the simulated curves 42, 44 for 40% load, all other parameters are identical to FIG. 3, as well as the meaning of the curves 42, 44. Both curves show here

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Abstract

Ein fossil befeuerter Dampferzeuger (1) für ein Dampfkraftwerk mit einer Anzahl von einen Strömungsweg (2) bildenden, von einem Strömungsmedium M durchströmten Economiser-, Verdampfer- und Überhitzerheizflächen (12, 14, 16) in einer Mehrzahl von Druckstufen (2, 4), bei dem in einer Hochdruckstufe (2) eine Überströmleitung (24) eingangsseitig mit dem Strömungsweg (2) verbunden ist und zu einem in einer Mitteldruckstufe (4) strömungsmediumsseitig vor einer Überhitzerheizfläche (16) im Strömungsweg (2) angeordneten Einspritzventil (18) führt, soll den Wirkungsgrad des Dampfprozesses nicht über Gebühr beeinträchtigen. Gleichzeitig soll eine kurzfristige Leistungssteigerung unabhängig von der Bauform des fossil befeuerten Dampferzeugers ohne invasive bauliche Modifikationen am Gesamtsystem ermöglicht werden. Dazu hat die Überströmleitung (24) zwei Zuleitungen (26, 30), von de- nen die erste strömungsmediumsseitig vor einem Hochdruckvorwärmer (10) abzweigt und die zweite strömungsmediumsseitig hinter dem Hochdruckvorwärmer (10) abzweigt.

Description

Beschreibung
Fossil befeuerter Dampferzeuger
Die Erfindung betrifft einen fossil befeuerten Dampferzeuger für ein Dampfkraftwerk mit einer Anzahl von einen Strömungsweg bildenden, von einem Strömungsmedium M durchströmten Eco- nomiser-, Verdampfer- und Überhitzerheizflächen in einer Mehrzahl von Druckstufen, bei dem in einer Hochdruckstufe eine Überströmleitung eingangsseitig mit dem Strömungsweg ver¬ bunden ist und zu einem in einer Mitteldruckstufe strö- mungsmediumsseitig vor einer Überhitzerheizfläche im Strö¬ mungsweg angeordneten Einspritzventil führt.
Ein fossil befeuerter Dampferzeuger erzeugt überhitzten Dampf mit Hilfe der durch Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugten Wärme. Fossil befeuerte Dampferzeuger kommen meist in Dampfkraftwerken zum Einsatz, die überwiegend der Stromerzeugung dienen. Der Dampf wird dabei einer Dampfturbine zuge¬ führt .
Analog zu den verschiedenen Druckstufen einer Dampfturbine umfasst auch der fossil befeuerte Dampferzeuger eine Mehrzahl von Druckstufen mit unterschiedlichen thermischen Zuständen des jeweils enthaltenen Wasser-Dampf-Gemisches. In der ersten (Hoch- ) Druckstufe durchläuft das Strömungsmedium auf seinem Strömungsweg zunächst Economiser, die Restwärme zur Vorwär¬ mung des Strömungsmediums nutzen, und anschließend verschie¬ dene Stufen von Verdampfer- und Überhitzerheizflächen. Im Verdampfer wird das Strömungsmedium verdampft, danach eventuelle Restnässe in einer Abscheideeinrichtung abgetrennt und der übrig behaltene Dampf im Überhitzer weiter erhitzt. Danach strömt der überhitzte Dampf in den Hochdruckteil der Dampfturbine, wird dort entspannt und der folgenden Druck¬ stufe des Dampferzeugers zugeführt. Dort wird er erneut über¬ hitzt und dem nächsten Druckteil der Dampfturbine zugeführt. Aufgrund unterschiedlichster äußerer Einflüsse kann die an die Überhitzer übertragene Wärmeleistung stark schwanken. Daher ist es häufig notwendig, die Überhitzungstemperatur zu regeln. Üblicherweise wird dies sowohl in der Hochdruckstufe als auch in den Mitteldruckstufen zur Zwischenüberhitzung meistens durch eine Einspritzung von Speisewasser vor oder nach einzelnen Überhitzerheizflächen zur Kühlung erreicht, d. h., eine Überströmleitung zweigt vom Hauptstrom des Strömungsmediums ab und führt zu dort entsprechend angeordneten Einspritzventilen. Die Einspritzung wird dabei üblicherweise über die Temperaturabweichung von einem vorgegebenen Temperatursollwert am Austritt des Überhitzers der jeweiligen Druck¬ stufe geregelt.
Von modernen Kraftwerken werden nicht nur hohe Wirkungsgrade gefordert, sondern auch eine möglichst flexible Betriebswei¬ se. Hierzu gehört außer kurzen Anfahrzeiten und hohen Laständerungsgeschwindigkeiten auch die Möglichkeit, Frequenzstörungen im Stromverbundnetz auszugleichen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, muss das Kraftwerk in der Lage sein, Mehrleistungen von beispielsweise 5 % und mehr innerhalb we¬ niger Sekunden zur Verfügung zu stellen.
Derartige Leistungsänderungen eines Kraftwerksblockes im Se¬ kundenbereich sind nur durch ein abgestimmtes Zusammenwirken von Dampferzeuger und Dampfturbine möglich. Der Beitrag, den der fossil befeuerte Dampferzeuger hierfür leisten kann, ist die Nutzung seiner Speicher, d. h. des Dampf- aber auch des BrennstoffSpeichers, sowie schnelle Änderungen der Stellgrö¬ ßen Speisewasser, Einspritzwasser, Brennstoff und Luft.
Dies kann beispielsweise durch das Öffnen teilweise angedros¬ selter Turbinenventile der Dampfturbine oder eines so genann¬ ten Stufenventils geschehen, wodurch der Dampfdruck vor der Dampfturbine abgesenkt wird. Dampf aus dem DampfSpeicher des vorgeschalteten fossil befeuerten Dampferzeugers wird dadurch ausgespeichert und der Dampfturbine zugeführt. Mit dieser Maßnahme wird innerhalb weniger Sekunden ein Leistungsanstieg erreicht .
Eine permanente Androsselung der Turbinenventile zur Vorhal¬ tung einer Reserve führt jedoch immer zu einem Wirkungsgrad¬ verlust, so dass für eine wirtschaftliche Fahrweise der Grad der Androsselung so gering wie unbedingt notwendig gehalten werden sollte. Zudem weisen einige Bauformen von fossil befeuerten Dampferzeugern, so z. B. Zwangdurchlauf-Dampferzeu¬ ger unter Umständen ein erheblich kleineres Speichervolumen auf als z. B. Naturumlauf-Dampferzeuger. Der Unterschied in der Größe des Speichers hat im oben beschriebenen Verfahren Einfluss auf das Verhalten bei Leistungsänderungen des Kraftwerksblocks .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen fossil befeuerten Dampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, bei dem der Wirkungsgrad des Dampfprozesses nicht über Gebühr beeinträch¬ tigt wird. Gleichzeitig soll die kurzfristige Leistungsstei¬ gerung unabhängig von der Bauform des fossil befeuerten
Dampferzeugers ohne invasive bauliche Modifikationen am Ge¬ samtsystem ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Über¬ strömleitung zwei Zuleitungen hat, von denen die erste strö- mungsmediumsseitig vor einem Hochdruckvorwärmer abzweigt und die zweite strömungsmediumsseitig hinter dem Hochdruckvorwär¬ mer abzweigt.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass Einspritzungen von Speisewasser einen weiteren Beitrag zur schnellen Leistungsänderung leisten können. Durch zusätzliche Einspritzungen im Bereich der Überhitzer kann nämlich der Dampfmassenstrom erhöht werden. Regeltechnisch werden Einspritzungen dabei ausgelöst, indem der Temperatursollwert am Austritt der jeweiligen Druckstufe reduziert wird. Je höher dabei das Enthalpieniveau des Einspritzwassers ist, desto mehr Einspritzmassenstrom wird benötigt, um den neu geforder- ten Temperatursollwert zu erreichen. Demnach resultiert aus einem höheren Enthalpieniveau des Einspritzwassers eine ver¬ gleichsweise größere Dampfmenge.
Eine derartige Erhöhung der Enthalpie ist möglich, indem das Wasser nicht an der Speisepumpe selbst, d. h. vor den Hoch¬ druckvorwärmern entnommen wird, sondern erst nach einem Hochdruckvorwärmer. Wird bei einer solchen Verschaltung der Temperatursollwert reduziert, hat dies also eine vergleichsweise größere Dampfmenge und somit eine größere Leistungsentbindung zur Folge. Dabei ist allerdings zu beachten, dass im gesamten Lastbereich das Einspritzwasser einen ausreichenden Abstand zur Siedelinie des Dampfes und somit eine zufriedenstellende Unterkühlung aufweist. Gerade bei der Zwischenüberhitzung ist es im unteren Lastbereich durchaus möglich, dass die Enthalpie hinter einem Hochdruckvorwärmer im Hinblick auf die gewünschte Unterkühlung des Einspritzwassers zu groß sein kann und sich im Fall offener Einspritzarmaturen an der Einspritzstelle unter Umständen Nassdampf bildet. Dieser Dampf kann im ungünstigsten Fall das Einspritzventil blockieren, so dass der Einspritzmassenstrom nicht aufrecht erhalten werden kann.
Dem sollte begegnet werden, indem die Enthalpie des Ein- spritzwassers bedarfsweise geregelt werden kann. Dies ist er¬ reichbar, indem das hinter einem Hochdruckvorwärmer entnommene Einspritzwasser mit einem geringfügigen Anteil von vor dem Hochdruckvorwärmer entnommenen Einspritzwasser gemischt wird, so dass auf diesem Weg die gewünschte Enthalpie des Ein- spritzwassers eingestellt werden kann. Dazu führen zwei Zu¬ leitungen jeweils von strömungsmediumsseitig vor und hinter einem Hochdruckvorwärmer zur Überströmleitung zum Einspritzventil der Zwischenüberhitzung .
Vorteilhafterweise zweigt dabei die zweite Zuleitung strö¬ mungsmediumsseitig hinter allen Hochdruckvorwärmern ab. Dadurch ist die größtmögliche Enthalpie für das Einspritzwasser gewährleistet, so dass ein Optimum hinsichtlich der Dampfmenge und Leistungsentbindung erzielt wird. In weiterer vorteil- hafter Ausgestaltung zweigt die erste Zuleitung strömungs- mediumsseitig vor allen Hochdruckvorwärmern ab. Durch die Entnahme im kältesten Bereich kann nämlich schon bei kleiner Beimischungsmenge eine Reduzierung der Temperatur des Ein- spritzmediums erreicht werden, die einen ausreichenden Ab¬ stand zur Siedelinie gewährleistet. Insgesamt ist durch die Entnahme vor und hinter allen Hochdruckvorwärmern die größtmögliche Temperaturvarianz erreichbar.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist in einer der Zuleitungen eine Rückschlagklappe angeordnet und in der anderen Zuleitung ein Durchflussregelventil angeordnet. Die Mischung erfolgt dann in besonders einfacher Weise über die Bestimmung der Einspritzmenge einerseits, die durch das Einspritzregelventil eingestellt wird und zum Teil über die Zuleitung mit der Rückschlagklappe zur Verfügung gestellt wird, wobei die Rück¬ schlagklappe ein Zurückströmen aus dem Hochdruckpfad in den Niederdruckpfad verhindert. Andererseits wird über das Durch¬ flussregelventil der anderen Zuleitung die Beimischung des Mediums der jeweils anderen Temperatur geregelt.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei in der ersten Zuleitung ein Rückschlagventil angeordnet und in der zweiten Zuleitung ein Durchflussregelventil angeordnet. Das heißt, die Rückschlagklappe befindet sich in der Zuleitung mit dem Medium des niedrigeren Temperaturniveaus. Vorteil¬ hafterweise zweigt darüber hinaus die erste Zuleitung aus ei¬ ner Speisepumpe ab. Da unter diesen Umständen nur stromauf des Durchflussregelventils das Strömungsmedium einen ver¬ gleichsweise höheren Druck hat, ist es so möglich, dass der gesamte Wasserpfad der Einspritzeinrichtung auf vergleichs¬ weise niedrigerem Druckniveau liegt. Zudem vereinfacht eine derartige Anordnung die Regelung, und es ist desweiteren möglich, die heute üblich eingesetzten Speisepumpen mit entsprechendem Abzweig für die Zwischenüberhitzungs-Einspritzung zu verwenden, da auch für den vorliegenden Fall das kühle Medium an der gleichen Stelle ausgekoppelt werden kann. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist im Strömungsweg strömungsmediumsseitig hinter dem Abzweig der zweiten Zulei¬ tung eine Durchflussmesseinrichtung angeordnet. Die Entnahmemenge muss dann nämlich unter diesen Umständen für die Speisewasserregelung nicht über eine zusätzliche Messung oder eine separate Bilanzierung berücksichtigt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst ein Dampfkraftwerk einen derartigen fossil befeuerten Dampferzeuger.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Mischung von Einspritzwasser für die Zwischenüberhitzung aus Zuleitungen vor und hinter Hochdruckvorwärmern einerseits stets eine ausreichende Unterkühlung des Einspritzwassers gewährleistet werden kann, andererseits hinsichtlich der Bereitstellung einer Sofortreserve bei absolut sicherem Einspritzbetrieb ohne Dampfbildung ein Maximum an zusätzlicher Leistungsentbindung über eine entsprechend erhöhte Einspritzmenge realisiert werden kann. Alternativ kann bei gleicher Leistungsentbindung im Vergleich zu bisherigen Konzepten die Belastung sämtlicher betroffener Bauteile wie Einspritzstelle, Heizflächen und Turbine reduziert wer¬ den, da für die gleiche Leistungsentbindung ein geringerer Temperaturabfall des Dampfes zu erwarten ist.
Darüber hinaus ist die Verschaltung und die damit verbundene Erhöhung der Leistungsentbindung durch Nutzung des Einspritzsystems unabhängig von anderen Maßnahmen, so dass auch beispielsweise angedrosselte Turbinenventile zusätzlich geöffnet werden können, um die Leistungserhöhung der Dampfturbine noch zu verstärken. Die Wirksamkeit des Verfahrens bleibt durch diese parallelen Maßnahmen zum größten Teil unberührt.
Dabei ist hervorzuheben, dass bei einer fest vorgegebenen Anforderung an zusätzlicher Leistung der Androsselungsgrad der Turbinenventile vermindert werden kann, sollte die Verwendung des Einspritzsystems für die Leistungserhöhung zur Anwendung kommen. Die gewünschte Leistungsentbindung kann unter diesen Umständen dann auch mit geringerer, im günstigsten Fall sogar gänzlich ohne zusätzliche Androsselung erreicht werden. Somit kann die Anlage im gewöhnlichen Lastbetrieb, in der sie für eine Sofortreserve zur Verfügung stehen muss, mit einem vergleichsweise größeren Wirkungsgrad betrieben werden, was auch die betrieblichen Kosten vermindert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 strömungsmediumsseitig schematisch den Hochdruck- und Mitteldruckteil eines fossil befeuerten Dampf¬ erzeugers mit optimierter Einspritzwasserzuleitung,
FIG 2 strömungsmediumsseitig schematisch den Hochdruck- und Mitteldruckteil eines fossil befeuerten Dampf¬ erzeugers mit Einspritzwasserzuleitung in alternativer Ausgestaltung,
FIG 3 ein Diagramm mit Simulationsergebnissen zur Verbesserung der Sofortreserve eines fossil befeuerten Dampferzeugers durch Erhöhung der Einspritzwasserenthalpie der Zwischenüberhitzung in einem oberen Lastbereich, und
FIG 4 ein Diagramm mit Simulationsergebnissen zur Verbesserung der Sofortreserve eines fossil befeuerten Dampferzeugers durch Erhöhung der Einspritzwasserenthalpie der Zwischenüberhitzung in einem unteren Lastbereich .
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei¬ chen versehen.
Vom fossil befeuerten Dampferzeuger 1 sind in der FIG 1 der Hochdruckteil 2 und der Mitteldruckteil 4 dargestellt. Die FIG 1 stellt schematisch einen Teil des Strömungswegs 6 des Strömungsmediums M dar. Das Strömungsmedium M wird zunächst durch eine Speisepumpe 8 in den Hochdruckteil 2 eingespeist. Dort wird es zunächst von Hochdruckvorwärmern 10 auf eine erhöhte Temperatur gebracht, die beispielsweise mit Anzapfdampf betrieben werden können. Anschließend folgen Economizerheiz- flächen 12, in denen üblicherweise Rauchgas-Abwärme zur wei¬ teren Erwärmung des Strömungsmediums genutzt wird und Ver¬ dampferheizflächen 14, in denen das Strömungsmedium mit Hilfe der aus fossilem Brennstoff gewonnenen Wärme verdampft wird. Die räumliche Anordnung der einzelnen Heizflächen 12, 14 im Heißgaskanal ist nicht dargestellt und kann variieren. Die dargestellten Heizflächen 12, 14 können jeweils stellvertretend für eine Mehrzahl seriell geschalteter Heizflächen stehen, die jedoch aufgrund der Übersichtlichkeit nicht diffe¬ renziert dargestellt sind.
Nach dem Austritt aus den Verdampferheizflächen 14 wird eventuell vorhandene Restnässe in einer nicht näher dargestellten Wasserabscheideeinrichtung abgeschieden und der verbleibende Dampf nicht näher dargestellten Überhitzerheizflächen zuge- führt. Anschließend wird der überhitzte Dampf im Hochdruck¬ teil einer Dampfturbine entspannt. Anschließend strömt das Strömungsmedium M in den Mitteldruckteil 4 des Dampferzeu¬ gers, wo es in einer Anzahl von Zwischenüberhitzerheizflächen 16 nochmals überhitzt wird und anschließend dem Mitteldruck- teil der Dampfturbine zugeführt wird.
Vor den Zwischenüberhitzerheizflächen ist strömungsmediums- seitig ein Einspritzventil 18 angeordnet. Hier kann kühleres und unverdampftes Strömungsmedium M zur Regelung der Aus- trittstemperatur am Austritt 20 des Mitteldruckteils 4 des fossil befeuerten Dampferzeugers 1 eingespritzt werden. Die in das Einspritzventil 18 eingebrachte Menge an Strömungs¬ medium M wird über ein Einspritzregelventil 22 geregelt. Das Strömungsmedium M wird dabei über eine zuvor im Strömungsweg 2 abzweigende Überströmleitung 24 zugeführt.
Um das Einspritzsystem nicht nur zur Regelung der Austrittstemperatur, sondern auch zur Bereitstellung einer sofortigen Leistungsreserve nutzen zu können, ist das Einspritzsystem für eine bedarfsweise Erhöhung der Enthalpie des Einspritz¬ wassers ausgelegt. Dazu hat die Überströmleitung 24 eine ers¬ te Zuleitung 26, die direkt in der Speisepumpe 8 abzweigt und Strömungsmedium M mit verhältnismäßig geringer Temperatur der Überströmleitung 24 zuführt. Damit ist immer eine ausreichende Unterkühlung des Einspritzmediums gewährleistet. Die erste Zuleitung 26 umfasst auch eine Rückschlagklappe 28, die einen Rückfluss von Medium aus dem Einspritzsystem verhindert.
Weiterhin hat die Überströmleitung eine zweite Zuleitung 30, deren Durchfluss über ein Durchflussregelventil 32 geregelt ist. Die zweite Zuleitung zweigt hinter allen Hochdruckvorwärmern 10 vor den Economizerheizflächen 12 ab, so dass hier Strömungsmedium M mit vergleichsweise höherer Temperatur in die Überströmleitung 24 eingebracht wird. Dadurch wird bei einer vergleichsweise größeren Einspritzung eine erhebliche Dampfmengenerhöhung erreicht und die Leistung der nachgeschalteten Dampfturbine erhöht. Die Durchflussmesseinrichtung 34 ist hierbei im Strömungsweg 6 hinter beiden Abzweigorten der Zuleitungen 26, 30 angeordnet, so dass die Menge des ab¬ gezweigten Strömungsmediums M für die Speisewasserregelung hier nicht berücksichtigt zu werden braucht. FIG 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, die im Wesent¬ lichen der FIG 1 entspricht, allerdings sind hier die Orte von Durchflussregelventil 32 und Rückschlagklappe 28 ver¬ tauscht. Die erste Zuleitung 26 hat also eine Regelventil 32 und die zweite Zuleitung 30 eine Rückschlagklappe 28. Diese Aus führungs form ist ebenso möglich, allerdings ist der gesamte Einspritzpfad für höhere Drücke auszulegen. Darüber hinaus ist für die erste Zuleitung 26 ein zusätzlicher Abzweig 36 vorgesehen, da aufgrund des höheren Druckniveaus nicht an ei¬ ner beliebigen Stelle der Speisepumpe 8 Strömungsmedium M ausgekoppelt werden kann.
FIG 3 zeigt ein Diagramm mit Simulationsergebnissen unter Ausnutzung der beschriebenen Verschaltung . Aufgetragen ist die prozentuale zusätzliche Leistung bezogen auf Volllast 38 gegen die Zeit 40 in Sekunden nach einer sprunghaften Reduzierung des Temperatursollwerts für die Temperatur am Aus¬ tritt 20 des Mitteldruckteils 4 um 20 °C bei 95 % Last. Dabei zeigt der Kurvenzug 42 die Ergebnisse ohne erwärmtes Ein- spritzfluid, also gemäß dem üblichen System, der Kurvenzug 44 die Ergebnisse mit wie oben beschrieben verschaltetem Einspritzsystem. In FIG 2 ist erkennbar, dass das Maximum des Kurvenzugs 44 höher ist als der Kurvenzug 42. Die zusätzlich entbundene Leistung ist damit höher.
FIG 4 ist gegenüber FIG 3 nur geringfügig modifiziert und zeigt die simulierten Kurvenzüge 42, 44 für 40 % Last, alle übrigen Parameter stimmen mit FIG 3 überein, ebenso die Be- deutung der Kurvenzüge 42, 44. Hier zeigen beide Kurvenzüge
42, 44 einen flachen Verlauf sowie zusätzlich ein vergleichsweise hoher Leistungsanstieg ca. 60 Sekunden nach Änderung des Sollwerts, der danach rasch wieder abfällt, um in das Ma¬ ximum des flachen Verlaufs überzugehen. Insgesamt liegt der Kurvenzug 44 in jedem Zeitbereich höher als der Kurvenzug 42. Somit ist auch hier eine höhere Leistungsentbindung möglich, wobei trotz der Last bei nur 40 % eine ausreichende Unterküh¬ lung des eingespritzten Mediums gewährleistet ist. Ein mit einem derartigen fossil befeuerten Dampferzeuger 1 ausgestattetes Dampfkraftwerk ist in der Lage, über eine so¬ fortige Leistungsentbindung der Dampfturbine schnell eine Leistungserhöhung zu leisten, die zur Stützung der Frequenz des Verbundstromnetzes dient. Dadurch, dass diese Leistungs- reserve durch eine Doppelnutzung der Einspritzarmaturen neben der üblichen Temperaturregelung erreicht wird, kann auch eine permanente Androsselung der Dampfturbinenventile zur Bereit¬ stellung einer Reserve verringert werden oder ganz entfallen, wodurch ein besonders hoher Wirkungsgrad während des normalen Betriebs erreicht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Fossil befeuerter Dampferzeuger (1) für ein Dampfkraftwerk mit einer Anzahl von einen Strömungsweg (2) bildenden, von einem Strömungsmedium M durchströmten Economiser-, Verdampfer- und Überhitzerheizflächen (12, 14, 16) in einer Mehrzahl von Druckstufen (2, 4), bei dem in einer Hochdruckstufe (2) eine Überströmleitung (24) eingangsseitig mit dem Strömungsweg (2) verbunden ist und zu einem in einer Mittel- druckstufe (4) strömungsmediumsseitig vor einer Überhitzer¬ heizfläche (16) im Strömungsweg (2) angeordneten Einspritzventil (18) führt,
wobei die Überströmleitung (24) zwei Zuleitungen (26, 30) hat, von denen die erste strömungsmediumsseitig vor einem Hochdruckvorwärmer (10) abzweigt und die zweite strömungs¬ mediumsseitig hinter dem Hochdruckvorwärmer (10) abzweigt.
2. Fossil befeuerter Dampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem die zweite Zuleitung (26) strömungsmediumsseitig hinter allen Hochdruckvorwärmern (10) abzweigt.
3. Fossil befeuerter Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Zuleitung (30) strömungsmediumsseitig vor allen Hochdruckvorwärmern abzweigt.
4. Fossil befeuerter Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einer der Zuleitungen (26, 30) eine Rückschlagklappe (28) angeordnet ist und in der an¬ deren Zuleitung ein Durchflussregelventil (32) angeordnet ist.
5. Fossil befeuerter Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der ersten Zuleitung (26) eine Rückschlagklappe (28) angeordnet ist und in der zweiten Zuleitung (30) ein Durchflussregelventil (32) angeordnet ist.
6. Fossil befeuerter Dampferzeuger (1) nach Anspruch 5, bei dem die erste Zuleitung (26) aus einer Speisepumpe (8) ab¬ zweigt .
7. Fossil befeuerter Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Strömungsweg (2) strömungs- mediumsseitig hinter dem Abzweig der zweiten Zuleitung (30) eine Durchflussmesseinrichtung (34) angeordnet ist.
8. Dampfkraftwerk mit einem fossil befeuerten Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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