SE426411B - Sett att overbrygga belastningssvengingar i ett elektriskt forsorjningsnet medelst en till huvudkretsloppet i ett termiskt kraftverk horande termisk ackumulering och anordning for utforande av settet - Google Patents

Description

15 20 25 §O E5 40 7903914-5 ÅU vilket samlas i en förrådsbehållare - åter till huvud- ackumulatorn och värmas härvid genom laddningsånga från huvudkretsloppet. Emellertid nämnas i samma publikation att ackumulatorladdningen principiellt kan ske från matar- vattenkretsloppet; Detta sätt, som arbetar med separat toppbelastningsturbin, anges ha den fördelen att toppbelast- ningsturbinen kan dimensioneras för sig och att huvudkrets- loppet förblir i det närmaste fritt från ingrepp då ackumu- latorladdningen ej sker från matarvattenkretsloppet. Dock blir i detta fall ackumuleringskapaoiteten relativt dåligt utnyttjad, då expansionen sker i flera steg, vilket kräver komplicerade kopplingar.

En ytterligare möjlighet att täcka toppbelastningar innebär att kraftverkets turbin överbelastas. Detta kan exempelvis ske på så sätt, att en med vatten helt fylld förträngningsackumulator parallellkopplas med de genom av- tappningsånga värmda förvärmarna i anläggningen, varvid in- nehållet i ackumulatorn vid plötslig kraftig belastnings- stegring_tillföres ångalstraren (Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau, 2. band, Springer-Verlag, 1961, sidan 452).

Härigenom avlastas turbinens avtappningsställen, varigenom ' turbinen kan avge större effekt. Denna effektökning är emellertid begränsad.

Uppfinningen har till syfte att åstadkomma ett sätt och en anordning för dess utförande, som uppvisar fördelarna av båda kända möjligheter för täckning av toppbelastning.

Vid ett sätt av inledningsvis angivet slag uppnås detta genom att den del av det ackumulerade arbetsmediet, som vid uttagning från ackumulatorn ej förångas under expansionen, återföres i flytande form till huvudkretsloppet, och att den lågtrycksförvärvaren tillförda avtappningsàngan från huvud- kretsloppet strypes eller helt bortkopplas.

Anordningen för utförande av detta sätt kännetecknas av att expansionskärlet på vattensidan är förbundet med ma- » tarvattenbehållaren i huvudkretsloppet och att minst en kon- densatbehållare är anordnad för kondensatet från turbinen, vilken behållare mynnar nedströms i lågtrycksförvärmareanlägg- ningen i huvudkretsloppet. _ Fördelarna av uppfinningen ligger särskilt däri, att en elastisk och anpassningsbar snabbinsats vid laddad eller del- 10 15 20 25 30 55 40 7903914-5 vis laddad ackumulator möjliggöres med såväl ringa som även mycket stort effekttillskott. Detta tillskott framkommer som resultat av det samtidiga utnyttjandet av den flytande och den förángade delen av den ackumulerade energibäraren.

Uppfinningen beskrives nedan i form av utföringsexempel och med hänvisning till åtföljande ritningar.

Figur l visar ett kopplingsschema av en värmekraftan- läggning enligt uppfinningen. Figur 2 visar ett belastnings- diagram över ett dygn. Figur 5 visar en variant av värme- kraftanläggningen enligt figur l.

De för förståelse av uppfinningen ej erforderliga ele- menten sâsom exempelvis den fullständiga förvärmarelinjen och avtappningsställena på turbinen och apparaterna för mat- ning av förvärmarna samt diverse reslerings-, avstängnings- och omkopplingsorgan är ej visade. Strömningsriktningen av arbetsmediet är angiven med pilar.

Den i övre delen av figur 1 och 3 visade anläggningen är ett kärnkraftverk med en tryckvattenreaktor l som avger värme via en ångalstrare 2, varigenom reaktorn är skild från turbinens kretslopp. Turbogruppen består av en dubbelsidig högtrycksturbin 5 och av tvâ dubbelsidiga lågtrycksdelar 5'.

Turbinen är kopplad till en generator 4. Vattenångan, i föreliggande fall mättad ånga, inkommer från ångalstraren 2 i högtrycksturbinen 5 och från denna i en vattenavskiljare 5 i vilken den torkas. Därefter genomströmmar ångan en med färskånga värmd mellanöverhettare 6 och inkommer sedan i låg- tryeksturbinerna 5', i vilka ångan expanderar till kondensor- tryck. Den expanderade ångan kondenseras i kondensorn 7 och kondensatet transporteras med hjälp av kondensatpumpsn 8 ge- nom den förenklat visade förvärmaregrupnen. Matarvattenför- värmningen sker i flera steg, först i lågtrycksförvärmare 9 och sedan i en blandningsförvärmare 10. Denna blandningsför- värmare är samtidigt matarvattenbehållare och innehåller den ej närmare betecknade avgasaren. Matarpumpen ll transporterar matarvattnet genom högtrycksförvärmarazlê och åter till ång- alstraren 2. Kondensatet från mellanöverhettaren 6 användes som unpvärmningshjälp i högtrycksförvärmaren 12, och konden- satet från vattenavskiljaren 5 bortföres till matarvattenbe- hàllaren 10. ' Såtillvida är en i det följande som huvudkretslopp be- 10 15 20 25 50 55 40 7903914-5 - 4 tecknade värmekraftanläggning känd.

I den nedre delen av figuren visas kopplingen av hjälp-, kretsloppet eller toppbelastningskretslonpet. Detta består väsentligen_av ackumulatorn 15, stryporganet 14, expansions- kärlet 15 och topobelastningsturbinen 16 vilken driver en ge- nerator l7. .

Vid topnbelastningsdrift, det vill säga vid uttag från ackumulatorn 13 sker ángalstringen med hjälp av stryporganet 14 i expansionskärlet 15, varpå ångan expanderar under av- givande av arbete i turbinen 16 och därefter kondenseras i kondensorn 18. Kondensatpumpen 19 transporterar vattnet till en kondensatbehållare 20.

Såtillvida är hjëlpkretsloppet och sättet för dess drift kända, varvid vanligen det i expansionskärlet 15 inkommande _vattnet först transporteras till en förràdsbehållare och vid laddning därifrån via en laddningsanordning åter till ackumu- latorn.

Enligt uppfinningen återföres det i expansionskärlet 15 ej förångande arbetsmediet till huvudkretsloppet. Detta sker via ledningen 21 som mynnar i matarvattenbehàllaren 10. Då denna vattenmängd vid toppbelastningsdrift bidrager till att mata ângalstraren 2, och lågtrycksförvärmaren 9 därigenom måste bortkopplas på vatten- och ångsidan så att ej något kondensat från huvudkretsloppet cirkulerar genom förvärmarna, är kondensatbehållaren 20 lämpligen dimensionerad för upp- tagning av såväl huvudkondensatet som även hjälpkondensatet under tiden för uttagningen från ackumulatorn. Från behålla- ren 2O transporteras matarvattnet vid låg belastning eller vid grundbelastning (endast huvudkretslopp) med hjälp av låg- trycksmatarpumpen 22 till förvärmarna. Givetvis kunde även en ledning 25 (streckad) vara anordnad för grundbelastnings- drift, via vilken kondensatpumpen 8 transporterar matarvatt- net direkt förbi behållaren 20 till förvärmning.

För att ladda ackumulatorn användes kondensatet från mellanöverhettaren 6, vilket kondensat vid sådan laddning ej mer transporteras till högtrycksförvärmarnadlâ utan via led- ningen 24 till ackumulatorn 15. Detta är termodynamiskt för- delaktigt, då inga irreversibla förlopp uppträder.

För dimensioneringen av ackumuleringssystemet är för- loppet av belastningskurvan enligt figur 2 bestämmande. Här 10 is 25 55 40 7905914-5 betyder Pn normalbelastninqen och ¿ÄLPmaX den utöver Pn erforderliga maximala totnbelastningen.

Storleken av aokumulatorn 15 bestämmas genom det ar- bete som erfordras vid en normbelastningen överstigande be- lastning. Detta arbete svarar mot den sobaffrerade ytan på figuren.

Den maximala toppbelastningen Äålhax bestämmer dimen- sioneringsdata för toppbelastningsturbinen 16 och åstadkom- mes enligt uppfinningen såväl genom turbinen 16 som även ge- nom den ökade effekten av huvudturbinen 5, 5'.

Verkningssättet av unrfinningen beskrives nedan, varvid som exempel tages ett l.flOO MW elektriskt kraftverk med lätt- vattenreaktor och omkring 15%-igt ytterligare effektbehov.

Det ytterligare effektbehovet åstadkommas delvis genom topp- belastningsturbinen (unsefär 80 MW) och delvis æenom huvud- turbinen (ungefär 150 MH). vilken sistnämnda sålunda skall vara dimensionerad för en torneffekt av 1.550 MW. Här fram- kommer redan som en fördel att man använder en i förhållande till den uppnåeliga toppbelastningen av totalt omkring 1.610 MW relativt billig reaktor för endast l.HO0 MW.

Det inses att noggrant preciserade talvärden ej kan an- gives, då dessa är beroende av alltför många parametrar.

I urladdat tillstånd innehåller ackumulatorn 13 endast ånga med ett tryck av omkring 44 bar mot ursprunslisen 60 bar i laddat tillstånd. Kallkondensatbehållaren 20 är fylld med kondensat vid ett tryck av'l bar och temperaturen 3000.

Vid normbelastningen 1.400 MW kan huvudkretsloppet ar- beta med förbigående av tonpbelastningskretsloçpet. I detta fall transporteras en mot den i kondensorn 7 utfallande vet- tenmängden svarande mängd matarvatten till förvärmarna antingen via kondensatpumpen 8 och ledningen 25 eller via lågtrycks- matarpumpen 22. Kondensatet från mellanöverhettaren 6 an- vändes för värmning av högtrycksförvärmareanläggningen 12.

Vid varje belastning under 1.400 MW, i det följande benämnd lågbelastning, kan ackumulatorn laddas. För ändamå- let ledes kondensat vid omkring färskångtryck och färskång- temperatur från mellanöverhettaren 6 till ackumulatorn 15, vars tryck och temperatur stiger. Den vattenmängd som därvid tages från huvudkretslopnet ersättes från kallkondensatbe- hållaren 20, vilken därvid långsamt tömmes. 10 15 s 25 å0 25 40 7903914-5 I laddat tillstånd innehåller ackumulatorn 15 vatten vid ungefär färskångdata, exempelvis vatten i mättnings- tillstånd vid 60 bar, medan kondensatbehållaren 20 är tom respektive fylld med vattenånga.

Vid energiuttag från ackumulatorn under samtidig alst- ring av toppbelastningsenergi kan tre olika arbetssätt sär- skiljas. _ Först märkes så kallad normdrift varvid, oberoende av toppbelastningsturbinens dimensionering, samma vattenström transporteras från expansionskärlet 15 till matarvattenbe- hållaren 10 som vid huvudkretsloppets normala drift cirku- lerar från kordensorn 7 till matarvattenbehällaren 10. Acku- mulatorn lå tömmas därvid via stryporganet-14 i expansions- kärlet 15, i vilket ett konstant tryck av exempelvis 10 - 12 bar-upprätthålles. Vid strypningen av varmvattnet erhålles omkring 20% ånga som driver turbinen 16 och efter kondense- ring bortföres till behållaren 20. Denna behållare fylles långsamt med kondensat. Ãterstående 80% vatten i expansions- kärlet 15 transporteras via ledningen 21 till matarvattenbe- ' hållaren 10. Härvid kan trycket av detta vatten vara något större än det i matarvattenhâllaren 10 rådande trycket för att övervinna strömningsmotstànd. Skulle detta på grund av anläggningens dimensionering ej vara fallet, kan givetvis en pump för transnort av detta vatten anordnas. Lågtrvcks- förvärmningen bortkopplas på äng- och vattensidan, det vill säga kondensatet i huvudkretsloppet pumpas likaledes till behållaren 20.

Vid denna normdrift sammansättes tillskottseffekten av effekten från toppbelastningsturbogrupnen i motsvarighet till dess dimensionering (80 MW) och tillskottseffekten från 'huvudturbinen 5, 5' på grund av den avslutade avtappningen för lågtrycksförvärmningen (l%O MW). Utnyttjandet av ackumu- latorkapaciteten är utomordentligt stor, det vill säga omkring 4G kWh/m? och medger därmed små dimensioner av aokumulator- kärlet.

Ett ytterligare driftsområde är den så kallade under- normdriften, varvid toppbelastningsturbinen endast alstrar en del av den effekt för vilken turbinen är dimensionerad.

I detta fall ledes motsvarande mindre mängd vatten från expansionskärlet 15 till natarvattenbehâllaren 10. Enligt 10 15 25 7903914-5 uppfinningen måste sålurda det vatten, som saknas för normal drift av huvudkretsloppet, tillföras via làgtrycksförvärmar- na 9. Då denna vattenmärgd är mindre än vattenmängden vid fullt utnyttjad drift a' huvudturbinen 5,3' utan ackumulator, minskas avtappníngen till lâgtrycksfšrvärmaren 9. Denna par- tiella avlastning resulterar i en effektöknina av huvudtur- binen š.3'. Vid detta dríftssätt är det kënnetecknande att uppdelningen av den alstrade tillskottseffekten är entydigt fördelad nå huvud- och överbelastningsgruppen för varje till- skottsbelastning, så att effektdelarna står i ett bestämt för- hållande till varandra. Henna omständighet medverkar till mycket enkel reglering.

Ett tredje möjligt driftssätt är *ver-normdrift. I detta fall utgår man från att behovet av tillskottseffekt kortva- rigt är stïrre än vid normdrift, vilket sålunda kräver en "över- dimensionering" av toppbelastningsturbinen 16. Uärav följer att vattenströmmen från expansionskärlet 15 till matarvatten- behållaren 10 är större än vad som behövs i huvudkretsloppet, även när làgtrycksförvärmarna 9 är helt bortkopplade. Mater- vattenbehållaren 10 måste kunna upptaga denna extra vatten- mängd och måste därför ha ökade dimensioner. Henna ëkning ligger emellertid inom acceptabla eränser, då nämnda stora vattenströmmar endast uppträder kortvariat för att täcka extrema behovstoppar.

På figur 3 visas ett kopplíngsschema vid vilket sättet enligt uppfinningen kan utföras utan särskild toppbelastnings- turbin. Hänvisningsbeteckníngarna enligt figur 1 gäller för lika delar även i avseende på figur 5.

Den i expansionskärlet 15 genom strypníng alstrade ångan ledes via en ledning 25 till motsvarande avpassade steg i lågtrycksturbinen 5', där den exnanderar tillsammans med ångan i hnvudkretsloppet. Det inses att låetrycksturbinen i detta fall måste vara dimensionerad för arbete med denna ytterligare ange.

Claims (9)

10 nl5 20 25 50 40 7903914-s 8 Patentkrav.

1. Sätt att överbrygga belastningssvängningar i ett elek- triskt försörjningsnät medelst en till huvudkretsloppet i ett termiskt kraftverk hörande termisk ackumulering till vilken arbetsmediet tages från huvudkretsloppet, och varvid den acku- mulerade energibäraren expanderas genom strypning, därvid delvis förångas och i form av denna ånga utrëttar arbete i en turbin för att sedan efter kondensering samlas i en behållare, ek ä n n e t e c k n a t av att den del av det ackumulerade arbetsmediet, som vid uttagning från ackumulatorn (15) ej för- ångas under expansionen, âterföres i flytande form till huvud- kretsloppet, och att den lågtrycksförvärmaren (9) tillförda avtappningsàngan från huvudkretsloppet strypes eller helt bort- kopplas._

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den vid strypningen utvecklade ångan uträttar arbete i den i det termiska kraftverkets huvudkretslopp befintliga turbinen (3').

3. 5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den vid strypningen utvecklade ångan utrëttar arbete i en sepa- rat toppbelastningsturbin (16).

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k npa t av att kondensat från mellanöverhettaren (6) i huvudkretsloppet användes för ackumulering vid tillämpning av sättet i kärnkraftverk.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den flytande delen av det strypta arbetsmediet vid energiuttag från ackumulatorn (13) införes i huvudkretsloppet uppströms låg- trycks-matarvattenförvärmningen (9). p

6. Anordning för utförande av sättet enligt krav 1, var- vid en värmeackumulator med tillhörande expansionskärl är an- sluten till huvudkretsloppet i ett termiskt kraftverk, k ä n n e t e c k n a d av att expansionskärlet (15) på vat- tensidan är förbundet med matarvattenbehâllaren (10) i huvud- kretsloppet och på ångsidan är förbundet med lågtrycksturbinen (5') i huvudkretsloppet och att minst en kall-kondensorbehà1- lare (20) är anordnad för kondensatet från turbinen (5, 3'), vilken kondensorbehållare på nedströmssidan mynnar i lågtrycks- förvärmareanläggningen (9).

7. ?. Anordning för utförande av sättet enligt krav 1, varvid en värmeackumulator (15) med tillhörande expansionskärl (15) och toppbelastningsturbin (16) är anslutna till huvudkretsloppet i ett termiskt kraftverk, k ä n n e t e c k n a d av att 10 7903914-5 9 att expansionskärlet (15) på vattensidan är förbundet med matarvattenbebàllaren (10) i huvudkretsloppet och att minst en kall-kondensorbehållare (20) är anordnad såväl för kon- densatet från huvudturbinen (5, 5') som även för kondensatet från toppbelastningsturbinen (16), vilken kondensorbehàllare på nedströmssidan mynnar i lâgtrycksförvärmareanläggningen (9) i huvudkretsloppet.

8. Anordning enligt krav Å eller 7, k ä n n e t e c k - n a d av att värmeackumulatorn (15) på laddníngssidan är förbunden med mellanöverhettaren (6) i huvudkretsloppet.

9. Användning av sätfet enligt krav 1 vid kärnkraften- läggningar med lättvattenreaktor.