WO1996016298A1 - Anlage zur dampferzeugung nach dem naturumlaufprinzip und verfahren zum anstoss des wasserumlaufs in einer derartigen anlage - Google Patents

Anlage zur dampferzeugung nach dem naturumlaufprinzip und verfahren zum anstoss des wasserumlaufs in einer derartigen anlage Download PDF

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WO1996016298A1
WO1996016298A1 PCT/DE1995/001533 DE9501533W WO9616298A1 WO 1996016298 A1 WO1996016298 A1 WO 1996016298A1 DE 9501533 W DE9501533 W DE 9501533W WO 9616298 A1 WO9616298 A1 WO 9616298A1
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steam
evaporator
feed water
water
circulation
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PCT/DE1995/001533
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Inventor
Hermann Brückner
Erich Schmid
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/04—Steam boilers of forced-flow type of combined-circulation type, i.e. in which convection circulation due to the difference in specific gravity between cold and hot water is promoted by additional measures, e.g. by injecting pressure-water temporarily
    • 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
    • F22D7/00—Auxiliary devices for promoting water circulation
    • F22D7/04—Injectors for water or steam

Definitions

  • the invention relates to a plant for generating steam according to the natural circulation principle with an evaporator arranged in a steam generator, in particular with horizontally arranged evaporator tubes, and with a steam drum connected to the evaporator on both the water and steam side, to which a feed water supply is connected and a useful steam outlet are arranged. It is also directed to a process for initiating the circulation of water in such a system.
  • the heating of the evaporator arranged in the steam generator leads to only partial evaporation of the im Circulated working medium, which is usually a mixture of water and steam.
  • the evaporator of the natural circulation steam generator is connected to a steam drum on both the water and steam side.
  • the water-steam mixture produced in the evaporator is fed to the steam drum, which serves to separate water and steam.
  • the water is again fed from the steam drum to the evaporator, so that there is complete circulation.
  • a useful steam outlet is arranged on the steam drum to branch off useful steam obtained by the evaporation.
  • the decrease in the working medium in circulation caused by the removal of useful steam from the circulation is compensated for by feeding feed water into the steam drum by means of a feed water supply provided thereon.
  • Such a plant for steam generation after this natural circulation principle is often used in combined gas and steam turbine systems for energy generation.
  • Such a system is particularly recommended for gas and steam turbine systems without an exhaust gas bypass chimney, since here the heat input into the working medium in the evaporator, particularly during a cold start, can be very high and can hardly be regulated.
  • damage to the evaporator system can occur due to the start-up or start-up problems of natural circulation.
  • the start-up circulation system By using the start-up circulation system, however, the basic advantages of natural circulation, which consist in particular in saving circulation pumps, are largely eroded again.
  • a preheating of the evaporator system ⁇ can ensure that the working medium circulates as intended when the evaporator circulation is started, which, however, necessitates complex and cost-intensive devices for a preheating system.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a plant for generating steam according to the natural circulation principle and a method for initiating the water circulation in such a plant, in which the intended circulation of the arm beitsmediums is guaranteed even when starting up the system.
  • the advantages of the natural circulation principle should be used as far as possible while avoiding increased costs.
  • this object is achieved according to the invention in that the feed water supply is additionally connected to the evaporator, preferably to the water-side inlet of the evaporator, via a lockable connection, bypassing the steam drum.
  • the connection is expediently designed as an inector connection.
  • the invention is based on the consideration that an overpressure prevailing in the feed water supply can also be used during a start-up process to ensure the intended circulation of the working medium.
  • an economizer that is to say a flue gas-heated feed water preheater arranged in the steam generator, is connected to the feed water supply.
  • connection of the feed water supply to the water-side inlet of the evaporator comprises a first and a second connection element, of which the first connection element the feed water supply - in the flow direction of the feed water - upstream of the economizer and the second connection element the feed water supply connectable after the economizer to the water-side inlet of the evaporator.
  • One or each connecting element is expediently designed as a connecting pipeline that can be shut off with a valve.
  • the first connecting element advantageously allows the injector to be used in the event of rapid load or pressure reductions in the water circulation of the system for steam generation.
  • the evaporator circulation can be improved and the tendency of the working medium to evaporate can be reduced by means of an additional injection of supercooled feed water.
  • a decrease in the dynamics of natural circulation in the system for generating steam due to low evaporation in the inlet area of the evaporator is thus avoided, so that there is no impairment of the permissible rate of load change.
  • preheated feed water can be fed into the water-side inlet of the evaporator in the economizer, so that the overall efficiency of the system is favored.
  • the steam generator is expediently a waste heat steam generator.
  • the stated object is achieved according to the invention in that feed water is fed into a vaporizer connected to it by bypassing a steam drum, the feed water feed being achieved after a stable natural circulation is reduced in the evaporator.
  • the feed water fed in is expediently preheated.
  • the lockable connection between the feed water supply to the steam drum and the water-side inlet of the evaporator bypassing the steam drum means that the water circulation in accordance with the principle of the natural circulation system for steam generation is also started -
  • the process is guaranteed without the use of an additional start-up circulation system with a circulation pump being necessary. This results in an increase in system availability and an improved load change behavior while at the same time being easy to maintain.
  • Figure 1 is a schematic representation of a power plant with a plant for generating steam according to the natural circulation principle
  • the plant 1 for steam generation according to the natural circulation principle according to FIGS. 1 and 2 is part of a power plant which comprises a steam generator 6 connected in a water-steam circuit 2 of a steam turbine 4.
  • the plant 1 comprises a steam generator disposed in the evaporator 6 8 with horizontally arranged evaporator tubes and a steam drum 10.
  • a SpeI ⁇ sewasserzu operation 12 connected and arranged Nutzdampfausgang a fourteenth
  • water W in the steam drum 10 is fed to the water-side inlet 8a of the evaporator 8 by means of a connecting line 16.
  • the water W is at least partially converted into steam D.
  • the resulting steam D or a water-steam mixture WD is returned from the steam-side outlet 8b of the evaporator 8 to the steam drum 10 by means of a connecting line 18.
  • the water W and the steam D are separated in the steam drum 10.
  • Such a circulation of a working medium is referred to as natural circulation.
  • Hot useful steam N under excess pressure can be removed from the steam drum 10 via the useful steam outlet 14 and can be used.
  • the resulting losses of working medium in the circulation of the system 1 are compensated for by feeding feed water S by means of the feed water feed 12 into the steam drum 10, the feed water feed 12 being able to be shut off by means of a valve 20.
  • An economizer 22 is connected to the feed water supply 12.
  • the feed water supply 12 is also connected to the water-side inlet 8a of the evaporator 8 by bypassing the steam drum 10 by means of a lockable injector connection 24.
  • the feed water supply 12 can also be connected to the steam-side outlet 8b of the evaporator 8, bypassing the steam drum 10.
  • the injector connection 24 comprises two connecting elements 24a and 24b, which are designed as connecting pipelines. On the connecting elements 24a and 24b, an inflow connection piece 25a or 25b is arranged. It connects the first connection element 24a the feed water supply 12 - in the flow direction of the feed water S - upstream of the economizer 22 and the second connection element 24b connects the feed water supply 12 downstream of the economizer 22 to the water-side inlet 8a of the evaporator 8.
  • the connection elements 24a and 24b are there each can be shut off by a valve 26 or 28, but can also not be shut off.
  • the connecting elements Ducks 24a and 24b open - as shown in FIG.
  • a water drain line 32 which can be shut off by means of a valve 30, is arranged, which opens into a relaxation tank 34.
  • the steam generator 6 of the power plant here is a waste heat boiler, to which hot flue gas or exhaust gas AG is fed from a gas turbine (not shown).
  • the steam generator 6 can alternatively also be a fossil-fired boiler.
  • the exhaust gas AG leaves the steam generator 6 via its outlet 6b in the direction of a chimney (not shown).
  • the steam generator 6 comprises in addition to the evaporator 8 and the
  • Economizer 22 a feed water preheater 40 and a superheater 42.
  • the steam turbine 4 consists of a high-pressure part 4a and a low-pressure part 4b, which are coupled to a generator 46 via a common shaft 44.
  • the superheater 42 is connected on the input side via a line 48 to the useful steam outlet 14 of the steam drum 10. On the output side, the superheater 42 is connected to the high-pressure part 4a of the steam turbine 4 via a live steam line 50.
  • the high-pressure part 4a is connected on the outlet side to the low-pressure part 4b of the steam turbine 4 via a line 52.
  • the low-pressure part 4b is connected on the output side via a steam line 54 to a condenser 56 connected into the water-steam circuit 2.
  • the condenser 56 is connected via a line 58 which can be shut off with a valve 57 and into which a condensate pump 59 is connected, to a feed water tank 60 which is connected on the output side to the feed water preheater 40 via a line 62 which can be shut off with a valve 61.
  • the feed water preheater 40 is connected to a feed line 64a to the feed water tank 60 and to a connection line 64b to the feed water supply 12 and to a feed line 64c to a low-pressure relaxer 66.
  • the lines 64a, 64b and 64c can each be shut off with a valve 67a, 67b or 67c.
  • a feed water pump 68 is connected in the line 62 and is coupled to a high pressure pump 70 connected in the connecting line 64b.
  • the feed water supply 12 - in the flow direction of the feed water - is connected after the economizer 22 to an expansion tank or medium pressure relaxer 74.
  • a heat exchanger 76 is connected in the line 72 on the primary side and is connected in the steam line 78 on the secondary side, which connects the medium pressure expander 74 on the steam side to the low-pressure part 4b of the steam turbine 4.
  • the medium pressure relaxer 74 is also connected to the low pressure relaxer 66.
  • a water-side outlet of the medium pressure expansion device 74 is connected to the low pressure expansion device 66 via a hot water line 80, into which a valve 82 is connected.
  • the low pressure relaxer 66 is connected to the feed water line 58 via a water line 84 and to the low pressure part 4b of the steam turbine 4 via a steam line 86.
  • the steam generator 6 is flowed through by hot flue gas AG, which leaves the steam generator 6 in the direction of the chimney (not shown).
  • the hot exhaust gas AG is used to generate steam in the evaporator 8.
  • the hot water-steam mixture resulting in the evaporator 8 is fed to the steam drum 10 by means of the connection 18.
  • Water W and steam D are separated in the steam drum 10.
  • the water W is fed to the evaporator 8 again by means of the connection 16, so that a natural circulation arises.
  • the steam drum 10 removes hot, high-pressure useful steam N from the steam outlet 14 and supplies it to the superheater 42.
  • the resulting losses of working medium in the circulation of the system 1 are compensated for by supplying feed water S by means of the feed water supply 12.
  • the extracted useful steam N is overheated in the superheater 42 and fed to the high-pressure part 4a of the steam turbine 4.
  • the steam which is partially expanded there is fed to the low-pressure part 4b of the steam turbine 4 and completely expanded.
  • the steam emerging from the low-pressure part 4b of the steam turbine 4 is fed to the condenser 56 via the steam line 54; he condenses there.
  • the condensate K is conveyed into the feed water tank 60 via the condensate pump 59.
  • the feed water S is pumped from the feed water tank 60 via the feed water pump 68 into the feed water preheater 40 and preheated there.
  • a first partial flow of the preheated feed water S flows back into the feed water container 60 via the line 64 a.
  • a second partial flow of the preheated feed water S is fed via line 64c to the low-pressure decompressor 66 and expanded there. Steam generated during this expansion and under low pressure is fed via line 86 to the low-pressure part 4b of the steam turbine 4.
  • Low-pressure water from the low-pressure decompressor 66 is mixed with the feed water S to be preheated via the water line 84.
  • a third partial flow of the feed water S preheated in the feed water preheater 40 is conveyed into the feed water feed 12 via the high pressure pump 70.
  • the feed water S which is now under high pressure, is further heated.
  • the feed water supply 12 which has been removed and heated in the economizer 22, is fed to the medium-pressure relaxer 74.
  • Standing steam is fed to the low-pressure part 4b of the steam turbine 4 after the heat exchange with the feed water S in the heat exchanger 76 by means of the line 78.
  • Water removed from the medium pressure depressurizer 74 is fed to the low pressure depressurizer 66 by means of the line 80 and is used there to generate steam.
  • Low pressure steam generated in the low pressure expander 66 is fed to the low pressure 4b of the steam turbine 4 by means of the line 86.
  • the generation of medium and / or low pressure steam in the decompressors 66, 74 is particularly advantageous since additional evaporator heating surfaces which are otherwise required for this are saved.
  • feed water S is fed from the feed water supply 12 by means of the connecting element 24a and / or 24b to the water-side inlet 8a of the evaporator 8. There it is vaporized and then fed to the steam drum 10 by means of the feed 18.
  • the quantity or rate of the feed water S fed in can be set by means of the valves 26 and 28. In this way, a stable circulation of the working medium in the system 1 is guaranteed during the start-up process. After a stable natural circulation has been achieved, the feed water feed is reduced by means of the valves 26 and 28 in the connecting elements 24a and 24b.
  • water W is discharged from the steam drum 10 by means of the water drain line 32 and fed to the expansion tank or start-up relaxer 34. It is thus avoided that the water level in the steam drum 10 rises undesirably.

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Abstract

Um in einer Anlage (1) zur Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip mit einem in einem Dampferzeuger (6) angeordneten Verdampfer (8) und mit einer mit diesem sowohl wasser- als auch dampfseitig verbundenen Dampftrommel (10), an der eine Speisewasserzuführung (12) und ein Nutzdampfausgang (14) angeordnet sind, auch während eines Anfahrvorgangs stabile Umlaufverhältnisse zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß eine absperrbare Injektorverbindung (24) zwischen der Speisewasserzuführung (12) der Dampftrommel (10) und mit dem Verdampfer (8), vorzugsweise am wasserseitigen Eingang (8a) des Verdampfers (8), unter Umgehung der Dampftrommel (10) vorgesehen. Zur Gewährleistung stabiler Umlaufverhältnisse, auch in der Anlaufphase des Umlaufs, ist somit die Verwendung eines kostenintensiven Anfahrumwälzsystems nicht erforderlich.

Description

Beschreibung
Anlage zur Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip und Verfahren zum Anstoß des Wasserumlaufs in einer derartigen Anlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip mit einem in einem Dampferzeuger angeordneten Verdampfer, insbesondere mit waagerecht angeord- neten Verdampferrohren, und mit einer mit dem Verdampfer so¬ wohl wasser- als auch dampfseitig verbundenen Dampftrommel, an der eine Speisewasserzuführung angeschlossen und ein Nutz¬ dampfausgang angeordnet sind. Sie richtet sich weiter auf ein Verfahren zum Anstoß des Wasserumlaufs in einer derartigen Anlage.
Während im Verdampfer eines Durchlaufdampferzeugers eine vollständige Verdampfung des Arbeitsmediums in einem Durch¬ gang erfolgt, führt bei einer nach dem Naturumlaufprinzip ar- beitenden Anlage zur Dampferzeugung (Naturumlaufdampferzeu- ger) die Beheizung des im Dampferzeuger angeordneten Ver¬ dampfers zu einer nur teilweisen Verdampfung des im Umlauf geführten Arbeitsmediums, das in der Regel ein Gemisch aus Wasser und Wasserdampf ist. Der Verdampfer des Naturumlauf- dampferzeugers ist sowohl wasser- als auch dampfseitig mit einer Dampftrommel verbunden. Das im Verdampfer erzeugte Was¬ ser-Wasserdampf-Gemisch wird der Dampftrommel zugeleitet, die zu einer Trennung von Wasser und Dampf dient. Aus der Dampf¬ trommel wird das Wasser wiederum dem Verdampfer zugeleitet, so daß ein vollständiger Umlauf gegeben ist. Zur Abzweigung von durch die Verdampfung gewonnenem Nutzdampf ist an der Dampftrommel ein Nutzdampfausgang angeordnet. Die durch die Entnahme von Nutzdampf aus dem Umlauf bedingte Abnahme des sich im Umlauf befindenden Arbeitsmediums wird durch Zufüh- rung von Speisewasser in die Dampftrommel mittels einer an dieser vorgesehenen Speisewasserzuführung kompensiert. Eine derartige Anlage zur Dampferzeugung nach diesem Naturumlauf- prinzip wird häufig in kombinierten Gas- und Dampfturbinenan- lagen zur Energieerzeugung eingesetzt.
Während des Betriebs einer derartigen Anlage zur Dampferzeu- gung ist der Naturumlauf des Arbeitsmediums durch sich beim Verdampfungsprozeß einstellende Druckdifferenzen gewährlei¬ stet, so daß keine zusätzlichen Maßnahmen zur Aufrechterhal¬ tung einer Strömungsbewegung des Arbeitsmediums, wie etwa ein Einsatz von Pumpen, notwendig sind. Jedoch muß beim Anfahren einer derartigen Anlage, insbesondere waagrecht angeordneten Verdampferrohren und bei stehenden Abhitzedampferzeuger, auf¬ grund der dann noch nicht vorliegenden, den Umlauf des Ar¬ beitsmediums gewährleistenden Druckverhältnisse der bestim¬ mungsgemäße Umlauf des Arbeitsmediums durch besondere Maß- nahmen sichergestellt sein. Zu diesem Zweck ist, insbesondere bei waagrecht liegenden Verdampferrohrbündeln, in der Regel ein Anfahr-Umwälzsystem vorgesehen. Ein derartiges System ist besonders bei Gas- und Dampfturbinen-Anlagen ohne Abgas- Bypaß-Kamin empfehlenswert, da hier der Wärmeeintrag in das Arbeitsmedium im Verdampfer, insbesondere bei einem Kalt¬ start, sehr hoch sein kann und kaum regulierbar ist. Ohne ein Anfahr-Umwälzsystem können aufgrund der Anfahr- oder Anlauf¬ probleme des Naturumlaufs Beschädigungen des Verdampfersy¬ stems auftreten. Durch den Einsatz des Anfahr-Umwälzsystems werden allerdings die prinzipiellen Vorteile des Naturum¬ laufs, die insbesondere in einer Einsparung von Umwälzpumpen bestehen, zu einem großen Teil wieder aufgezehrt. Alternativ kann auch durch eine Vorwärmung des Verdampfersyste ε ein be¬ stimmungsgemäßer Umlauf des Arbei smediums beim Anfahren des Verdampferumlaufs sichergestellt werden, was jedoch auf¬ wendige und kostenintensive Einrichtungen für ein System zur Vorwärmung notwendig mach .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Dampferzeugung nach dem Naturumlauf rinzip sowie ein Ver¬ fahren zum Anstoß des Wasserumlaufs in einer derartigen Anla¬ ge anzugeben, bei denen der bestimmungsgemäße Umlauf des Ar- beitsmediums auch beim Anfahren der Anlage gewährleistet ist. Dabei sollen die Vorteile des Naturumlaufprinzips unter Ver¬ meidung eines erhöhten Kostenaufwands weitestgehend genutzt werden.
Bezüglich der Anlage wird diese Aufgabe erfindungsgemäß ge¬ löst, indem die Speisewasserzuführung über eine absperrbare Verbindung unter Umgehung der Dampftrommel zusätzlich mit dem Verdampfer, vorzugsweise mit dem wasserseitigen Eingang des Verdampfers verbunden ist. Die Verbindung ist dabei zweckmä¬ ßigerweise als In ektorverbindung ausgebildet.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß ein in der Speisewasserzuführung herrschender Überdruck zur Gewähr- leistung des bestimmungsgmäßen Umlaufs des Arbeitsmediums auch während eines Anfahrvorgangs nutzbar ist. Durch eine di¬ rekte Verbindung der Speisewasserzuführung der Dampftrommel mit dem wasserseitigen Eingang des Verdampfers unter Umgehung der Dampftrommel kann im Wasserumlauf der Dampferzeugungsan- läge die für den Umlauf des Arbeitsmediums notwendige Druck¬ differenz hergestellt werden
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Anlage zur Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip ist in die Speisewasserzuführung ein Economizer, das heißt ein im Dampferzeuger angeordneter, rauchgasbeheizter Speisewasservorwärmer, geschaltet.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfaßt die Verbindung der Speisewasserzuführung mit dem wasserseitigen Eingang des Verdampfers ein erstes und ein zweites Verbindungselement, von denen das erste Verbindungselement die Speisewasserzufüh¬ rung - in Strömungsrichtung des Speisewassers - vor dem Eco¬ nomizer und das zweite Verbindungselement die Speisewasserzu¬ führung nach dem Economizer absperrbar mit dem wasserseitigen Eingang des Verdampfers verbindet. Ein oder jedes Verbin¬ dungselement ist dabei Zweckmäßigerweiser als mit einem Ven¬ til absperrbare Verbindungs-Rohrleitung ausgebildet. Das er- ste Verbindungselement erlaubt vorteilhafterweise eine Ver¬ wendung des Injektors bei schnellen Last- oder Druckabsenkun¬ gen im Wasserumlauf der Anlage zur Dampferzeugung. Dabei kann mittels einer zusätzlichen Injektion von unterkühltem Speise- wasser die Verdampferzirkulation verbessert und die Ausdampf¬ neigung des Arbeitsmediums verringert werden. Somit ist eine Abnahme der Dynamik des Naturumlaufs in der Anlage zur Damp¬ ferzeugung infolge geringer Ausdampfungen im Eintrittsbereich des Verdampfers vermieden, so daß keine Beeinträchtigung der zulässigen Laständerungsgeschwindigkeit auftritt.
Mittels des zweiten Verbindungselements ist im Economizer vorgewärmtes Speisewasser in den wasserseitigen Eingang des Verdampfers einspeisbar, so daß der Gesamtwirkungsgrad der Anlage begünstigt ist.
Um die obengenannte Anlage zur Dampferzeugung in Kraftwerks¬ anlagen mit kombinierter Technologie, insbesondere in Gas- und Dampfturbinenanlagen, einsetzen zu können, ist der Dampf- erzeuger zweckmäßigerweise ein Abhitzedampferzeuger.
Bezüglich des Verfahrens zum Anstoß des Wasserumlaufs in ei¬ ner Anlage der obengenannten Art wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Speisewasser unter Umge- hung einer Dampftrommel in einen mit dieser verbundenen Ver¬ dampfer eingespeist wird, wobei nach Erreichen eines stabilen Naturumlaufs die Speisewassereinspeisung in den Verdampfer reduziert wird.
Zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads einer nach dem Verfahren betriebenen Anlage wird zweckmäßigerweise das eingespeiste Speisewasser vorgewärmt.
Um zu vermeiden, daß in der Anfahrphase des Wasserumlaufs in der Anlage zur Dampferzeugung das Wasserniveau in der Dampf¬ trommel in unerwünschter Weise ansteigt, wird zweckmäßiger- weise während der Speisewassereinspeisung in den Verdampfer Wasser aus der Dampftrommel abgelassen und entspannt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson- dere darin, daß durch die absperrbare Verbindung zwischen der Speisewasserzuführung der Dampftrommel und dem wasserseitigen Eingang des Verdampfers unter Umgehung der Dampftrommel der besti mungsgemäße Wasserumlauf in der nach dem Naturumlauf¬ prinzip arbeitenden Anlage zur Dampferzeugung auch im Anlauf- Vorgang gewährleistet ist, ohne daß die Verwendung eines zu¬ sätzlichen AnfahrumwälzSystems mit einer Umwälzpumpe notwen¬ dig ist. Dadurch werden bei gleichzeitig hoher Wartungs¬ freundlichkeit eine Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und ein verbessertes Laständerungsverhalten erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich¬ nung näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine Kraftwerk- sanlage mit einer Anlage zur Dampferzeugung nach dem Naturum¬ laufprinzip und
Figur 2 in Ausschnitt II aus Figur 1 in größerem Maßstab die Anlage zur Dampferzeugung.
Die Anlage 1 zur Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip gemäß den Figuren 1 und 2 ist Teil einer Kraftwerksanlage, die einem in einem Wasser-Dampf-Kreislauf 2 einer Dampftur¬ bine 4 geschalteten Dampferzeuger 6 umfaßt.
Die Anlage 1 umfaßt einen in dem Dampferzeuger 6 angeordneten Verdampfer 8 mit waagerecht angeordneten Verdampferrohren und eine Dampftrommel 10. An der Dampftrommel 10 sind eine Spei¬ sewasserzuführung 12 angeschlossen und ein Nutzdampfausgang 14 angeordnet. Beim Betrieb der Anlage 1 wird in der Dampftrommel 10 be¬ findliches Wasser W mittels einer Verbindungsleitung 16 dem wasserseitigen Eingang 8a des Verdampfers 8 zugeführt. Im Verdampfer 8 wird das Wasser W mindestens teilweise in Dampf D umgewandelt. Aus dem dampfseitigen Ausgang 8b des Verdamp¬ fers 8 wird der entstandene Dampf D oder ein Wasser-Dampf-Ge¬ misch WD mittels einer Verbindungsleitung 18 in die Dampf¬ trommel 10 zurückgeführt. In der Dampftrommel 10 werden das Wasser W und der Dampf D separiert. Ein derartiger Umlauf ei- nes Arbeitsmediums wird als Naturumlauf bezeichnet.
Unter Überdruck stehender heißer Nutzdampf N kann über den Nutzdampfausgang 14 der Dampftrommel 10 entnommen und einer Verwendung zugeführt werden. Die dadurch entstehenden Verlu- ste an Arbeitsmedium des Umlaufs der Anlage 1 werden durch Zuführung von Speisewasser S mittels der Speisewasserzufüh¬ rung 12 in die Dampftrommel 10 kompensiert, wobei die Speise¬ wasserzuführung 12 mittels eines Ventils 20 absperrbar ist. In die Speisewasserzuführung 12 ist ein Economizer 22 ge- schaltet. Die Speisewasserzuführung 12 ist außerdem unter Um¬ gehung der Dampftrommel 10 mittels einer absperrbaren Injek¬ torverbindung 24 mit dem wasserseitigen Eingang 8a des Ver¬ dampfers 8 verbunden. Alternativ kann die Speisewasserzufüh¬ rung 12 aber auch unter Umgehung der Dampftrommel 10 mit dem dampfseitigen Ausgang 8b des Verdampfers 8 verbunden sein.
Die Injektorverbindung 24 umfaßt zwei Verbindungselemente 24a und 24b, die als Verbindungs-Rohrleitungen ausgebildet sind. An den Verbindungselementen 24a und 24b ist jeweils ein Ein- strömstutzen 25a bzw. 25b angeordnet. Es verbindet das erste Verbindungselement 24a die Speisewasserzuführung 12 - in Strömungεrichtung des Speisewassers S - vor dem Economizer 22 und das zweite Verbindungselement 24b die Speisewasserzufüh¬ rung 12 nach dem Economizer 22 mit dem wasserseitigen Eingang 8a des Verdampfers 8. Die Verbindungselemente 24a und 24b sind dabei jeweils durch ein Ventil 26 bzw. 28 absperrbar, können aber auch nicht absperrbar sein. Die Verbindungsele- ente 24a und 24b münden - wie in Figur 2 gezeigt - mit ihren Einströmstutzen 25a bzw. 25b in einen gemeinsamen, in die Verbindungsleitung 16 ragenden Mischer 29, der an seinem Ende als Einspritzdüse oder Injektor ausgebildet ist. An der Dampftrommel 10 ist eine mittels eines Ventils 30 absperrbare Wasserablaßleitung 32 angeordnet, die in einen Entspannungs¬ behälter 34 mündet.
Der Dampferzeuger 6 der Kraftwerksanlage ist hier ein Abhit- zekessel, dem heißes Rauchgas oder Abgas AG aus einer (nicht dargestellten) Gasturbine zugeführt wird. Der Dampferzeuger 6 kann alternativ auch ein fossilbefeuerter Kessel sein. Das Abgas AG verläßt den Dampferzeuger 6 über dessen Ausgang 6b in Richtung auf einen (nicht dargestellten) Kamin. Der Damp- ferzeuger 6 umfaßt zusätzlich zu dem Verdampfer 8 und dem
Economizer 22 einen Speisewasservorwärmer 40 und einen Über¬ hitzer 42.
Die Dampfturbine 4 besteht aus einem Hochdruckteil 4a und ei- nem Niederdruckteil 4b, die über eine gemeinsame Welle 44 mit einem Generator 46 gekoppelt sind.
Der Überhitzer 42 ist eingangsseitig über eine Leitung 48 mit dem Nutzdampfausgang 14 der Dampftrommel 10 verbunden. Aus- gangsseitig ist der Überhitzer 42 über eine Frischdampflei¬ tung 50 mit dem Hochdruckteil 4a der Dampfturbine 4 verbun¬ den. Der Hochdruckteil 4a ist ausgangsseitig über eine Lei¬ tung 52 mit dem Niederdruckteil 4b der Dampfturbine 4 ver¬ bunden. Der Niederdruckteil 4b ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 54 an einen in den Wasser-Dampf-Kreislauf 2 ge¬ schalteten Kondensator 56 angeschlossen.
Der Kondensator 56 ist über eine mit einem Ventil 57 absperr¬ bare Leitung 58, in die eine Kondensatpumpe 59 geschaltet ist, mit einem Speisewasserbehälter 60 verbunden, der aus¬ gangsseitig über eine mit einem Ventil 61 absperrbare Leitung 62 mit dem Speisewasservorwärmer 40 verbunden ist. Ausgangs- seitig ist der Speisewasservorwärmer 40 mit einer Zuführungs- leitung 64a zum Speisewasserbehälter 60 und mit einer Verbin¬ dungsleitung 64b zur Speisewasserzuführung 12 sowie mit einer Zuführungsleitung 64c zu einem Niederdruckentspanner 66 ver¬ bunden. Die Leitungen 64a, 64b und 64c sind jeweils mit einem Ventil 67a, 67b bzw. 67c absperrbar. In die Leitung 62 ist eine Speisewasserpumpe 68 geschaltet, die mit einer in die Verbindungsleitung 64b geschalteten Hochdruckpumpe 70 gekop¬ pelt ist.
Über eine weitere Verbindungsleitung 72 ist die Speisewas¬ serzuführung 12 - in Strömungsrichtung des Speisewassers - nach dem Economizer 22 mit einem Entspannungsbehälter oder Mitteldruckentspanner 74 verbunden. In die Leitung 72 ist primärseitig ein Wärmetauscher 76 geschaltet, der sekundär- seitig in eine Dampfleitung 78 geschaltet ist, die den Mit¬ teldruckentspanner 74 dampfseitig mit dem Niederdruckteil 4b der Dampfturbine 4 verbindet.
Der Mitteldruckentspanner 74 ist außerdem mit dem Nieder¬ druckentspanner 66 verbunden. Dazu ist ein wasserseitiger Auslaß des Mitteldruckentspanners 74 über eine Heißwasserlei¬ tung 80, in die ein Ventil 82 geschaltet ist, an den Nieder¬ druckentspanner 66 angeschlossen. Der Niederdruckentspanner 66 ist über eine Wasserleitung 84 mit der Speisewasserleitung 58 und über eine Dampfleitung 86 mit dem Niederdruckteil 4b der Dampfturbine 4 verbunden.
Beim Betrieb der Kraftwerksanlage wird der Dampferzeuger 6 von heißem Rauchgas AG durchströmt, das den Dampferzeuger 6 in Richtung auf den (nicht dargestellten) Kamin verläßt. Im Dampferzeuger 6 wird das heiße Abgas AG zur Erzeugung von Dampf im Verdampfer 8 genutzt. Das im Verdampfer 8 entste¬ hende heiße Wasser-Dampf-Gemisch wird mittels der Verbindung 18 der Dampftrommel 10 zugeführt. In der Dampftrommel 10 wer¬ den Wasser W und Dampf D separiert. Das Wasser W wird mittels der Verbindung 16 dem Verdampfer 8 erneut zugeführt, so daß ein Naturumlauf entsteht. Mittels des Nutzdampfausgangs 14 wird der Dampftrommel 10 heißer, unter hohem Druck stehender Nutzdampf N entnommen und dem Überhitzer 42 zugeführt. Die dabei entstehenden Verluste an Arbeitsmedium im Umlauf der Anlage 1 werden durch Zuführung von Speisewasser S mittels der Speisewasserzuführung 12 kompensiert. Der entnommene Nutzdampf N wird im Überhitzer 42 überhitzt und dem Hoch¬ druckteil 4a der Dampfturbine 4 zugeführt. Der dort teilweise entspannte Dampf wird dem Niederdruckteil 4b der Dampfturbine 4 zugeführt und vollständig entspannt. Der aus dem Nieder¬ druckteil 4b der Dampfturbine 4 austretende Dampf wird über die Dampfleitung 54 dem Kondensator 56 zugeführt; er konden¬ siert dort.
Das Kondensat K wird über die Kondensatpumpe 59 in den Spei¬ sewasserbehälter 60 gefördert. Aus dem Speisewasserbehälter 60 wird das Speisewasser S über die Speisewasserpumpe 68 in den Speisewasservorwärmer 40 gepumpt und dort vorgewärmt. Ein erster Teilstrom des vorgewärmten Speisewassers S strömt über die Leitung 64a in den Speisewasserbehälter 60 zurück. Ein zweiter Teilstrom des vorgewärmten Speisewassers S wird über die Leitung 64c dem Niederdruckentspanner 66 zugeführt und dort entspannt. Bei dieser Entspannung entstehender, unter niedrigem Druck stehender Dampf wird über die Leitung 86 dem Niederdruckteil 4b der Dampfturbine 4 zugeführt. Niederdruck¬ wasser aus dem Niederdruckentspanner 66 wird über die Wasser¬ leitung 84 dem vorzuwärmenden Speisewasser S zugemischt.
Ein dritter Teilstrom des in dem Speisewasservorwärmer 40 vorgewärmten Speisewassers S wird über die Hochdruckpumpe 70 in die Speisewasserzuführung 12 gefördert. In dem in die Speisewasserzuführung 12 geschalteten Economizer 22 wird das nunmehr unter hohem Druck stehende Speisewasser S weiter auf¬ geheizt. Mittels der Verbindungsleitung 72 wird der Speise- wasserzuführung 12 entnommenes und im Economizer 22 aufge¬ heiztes Speisewasser S dem Mitteldruckentspanner 74 zuge¬ führt. Bei der Entspannung im Mitteldruckentspanner 74 ent- stehender Dampf wird nach Wärmetausch mit dem Speisewasser S im Wärmetauscher 76 mittels der Leitung 78 dem Niederdruck¬ teil 4b der Dampfturbine 4 zugeführt. Dem Mitteldruckentspan¬ ner 74 entnommenes Wasser wird mittels der Leitung 80 dem Niederdruckentspanner 66 zugeführt und dort zur Dampferzeu¬ gung genutzt. Im Νiederdruckentspanner 66 entstandener Νie- derdruckdampf wird mittels der Leitung 86 dem Niederdr ckten 4b der Dampfturbine 4 zugeführt.
Die Erzeugung von Mittel- und/oder Niederdruckdampf in den Entspannern 66, 74 ist besonders vorteilhaft, da hierzu an¬ sonsten benötigte weitere Verdampferheizflächen eingespart werden.
Zum Anstoß des Wasserumlaufs in der Dampferzeugungsanlage 1 wird Speisewasser S aus der Speisewasserzuführung 12 mittels des Verbindungslements 24a und/oder 24b dem wasserseitigen Eingang 8a des Verdampfers 8 zugeführt. Dort wird es ver¬ dampft und anschließend mittels der Zuführung 18 der Dampf- trommel 10 zugeführt. Mittels der Ventile 26 und 28 kann die Menge oder Rate des eingespeisten Speisewassers S eingestellt werden. Auf diese Weise wird ein stabiler Umlauf des Arbeits¬ mediums in der Anlage 1 während des Anfahrvorgangs gewährlei¬ stet. Nach Erreichen eines stabilen Naturumlaufs wird die Speisewassereinspeisung mittels der Ventile 26 und 28 in den Verbindungselementen 24a bzw. 24b reduziert. Während der Ein¬ speisung des Speisewassers S in den Verdampfer 8 wird mittels der Wasserablaßleitung 32 Wasser W aus der Dampftrommel 10 abgelassen und dem Entspannungsbehälter oder Anfahrentspanner 34 zugeführt. Somit ist vermieden, daß in der Dampftrommel 10 der Wasserspiegel in unerwünschter Weise ansteigt.
Bei schnellen Last- oder Druckabsenkungen im Umlauf der Anla¬ ge 1 kann der eigendynamische Antrieb des Naturumlaufs durch geringe Ausdampfungen im Verdampfereintrittsbereich 8a abneh¬ men, was die zulässige Laständerungsgeschwindigkeit beein¬ trächtigt. Dies wird durch zusätzliche Injektion von unter- kühltem Speisewasser S verhindert, das aus der Speisewasser¬ zuführung 12 auf der Zuströmseite des Economizers 22 entnom¬ men und über das Verbindungselement 24a in die Verdampfer¬ zirkulation geführt wird.
Zur Gewährleistung eines bestimmungsgemäßen Umlaufes des Ar¬ beitsmediums in der Anlage 1, auch beim Anfahren des Umlaufs, wird keine Anfahrumwälzpumpe benötigt, so daß die Kosten re¬ lativ klein gehalten sind und die Verfügbarkeit sowie die Wartungsfreundlichkeit der Anlage 1 erhöht sind.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage (1) zur Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip mit einem in einem Dampferzeuger (6) angeordneten Verdampfer (8) und mit einer mit dem Verdampfer (8) sowohl wasser- als auch dampfseitig verbundenen Dampftrommel (10), an der eine Speisewasserzuführung (12) angeschlossen und ein Nutzdampf- ausgang (14) angeordnet sind, wobei die Speisewasserzuführung (12) über eine absperrbare Verbindung (24) unter Umgehung der Dampftrommel (10) zusätzlich mit dem Verdampfer (8) verbunden ist.
2. Anlage (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ver- bindung (24) als Injektorverbindung ausgebildet ist.
3. Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spei- sewasserzuführung (12) über die Verbindung (24) mit dem was¬ serseitigen Eingang (8a) des Verdampfers (8) verbunden ist.
4. Anlage (1) zur Dampferzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Speisewasserzuführung (12) ein Economizer (22) geschaltet ist.
5. Anlage (1) zur Dampferzeugung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ver¬ bindung (24) ein erstes und ein zweites Verbindungselement (24a, 24b) umfaßt, von denen das erste Verbindungselement (24a) die Speisewasserzuführung (12) - in Strömungsrichtung des Speisewassers (5) - vor dem Economizer (22) und das zweite Verbindungselement (24b) die Speisewasserzuführung (12) nach dem Economizer (22) absperrbar mit dem Verdamp- fer(8), vorzugsweise mit dem wasserseitigen Eingang (8a) des Verdampfers (8), verbindet.
6. Anlage (1) zur Dampferzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dampferzeuger (6) ein Abhitzedampferzeuger ist.
7. Anlage (1) zur Dampf erzeugung nach Ansprüche 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein oder jedes Verbindungseiement (24a, 24b) als mit einem Ventil (26, 28) absperrbare Verbindungs-Rohrleitung ausgebildet ist.
8. Anlage (1) zur Dampf Sperrung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an die Dampftrommel (10) über ein Ventil (30) ein Ent¬ spannungsbehälter (34) angeschlossen ist.
9. Verfahren zum Anstoß des Wasserumlaufs in einer Anlage (1) zur Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip, insbesondere in einer Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Speisewasser (S) unter Umgehung einer Dampftrommel (10) in einen mit dieser verbundenen Verdampfer (8) eingespeist wird, wobei nach Erreichen eines stabilen Naturumlaufs die Speisewassereinspeisung in den Verdampfer (8) reduziert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das unter Umgebung der Dampftrommel (10) eingespeiste Speisewasser (S) vorgewärmt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während der Speisewassereinspeisung in den Verdampfer (8) Wasser (W) aus der Dampftrommel (10) abgelassen und entspannt wird.
PCT/DE1995/001533 1994-11-17 1995-11-06 Anlage zur dampferzeugung nach dem naturumlaufprinzip und verfahren zum anstoss des wasserumlaufs in einer derartigen anlage WO1996016298A1 (de)

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