WO1997014285A2 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung von überhitztem dampf aus sattdampf sowie dampfkraftanlage - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur erzeugung von überhitztem dampf aus sattdampf sowie dampfkraftanlage Download PDF

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    • F22G1/00—Steam superheating characterised by heating method
    • F22G1/005—Steam superheating characterised by heating method the heat being supplied by steam

Definitions

  • the invention relates to a method for generating superheated steam from saturated steam. It is also directed to a device for carrying out this method and to a steam power plant with such a device.
  • saturated steam When water is evaporated by adding heat, it evaporates in whole or in part. The resulting steam is in thermal equilibrium with the remaining water and is usually referred to as saturated steam. Such saturated steam may contain considerable amounts of water, so that machine parts exposed to the saturated steam can suffer damage, for example in the form of corrosion. For this reason and / or for thermodynamic reasons, when steam is used as process steam in the chemical industry or as a working medium in a steam power plant, saturated steam must be overheated. For overheating, the saturated steam is usually first separated from the water before further heat is added to it.
  • an evaporator arranged in a steam generator is usually connected to a steam drum on both the water and steam side.
  • the water-steam mixture generated in the evaporator is fed to the steam drum, which serves to separate water and steam. From the Dampftrom ⁇ mel the water is again fed to the evaporator, so that a complete circulation is given.
  • the steam drum In the steam drum, the steam is in equilibrium with the water and is therefore available as saturated steam.
  • a useful steam outlet is arranged on the steam drum in order to branch off saturated steam obtained by the evaporation as useful steam.
  • the useful steam is usually supplied heating surface and overheated there. The steam thus superheated is then fed to the steam turbine, where it relaxes while working.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for generating superheated steam from saturated steam, the provision of superheated steam using simple means being particularly reliably guaranteed.
  • this object is achieved according to the invention by throttling a first partial flow of the saturated steam before it is overheated by heat exchange with a second partial flow of the saturated steam.
  • the invention is based on the consideration that, for example, as process steam in the chemical industry or as sealing steam when starting a steam turbine superheated steam can be at a lower pressure level than the saturated steam available.
  • a relaxation of a first partial stream of saturated steam to be used is thus possible.
  • With this throttling of the first partial flow its temperature level lowers.
  • the resulting temperature difference between the non-throttled saturated steam and the throttled first partial flow of saturated steam can therefore be used to overheat the first partial flow.
  • the first partial flow is advantageously conducted via a controllable throttle valve.
  • the relaxed and overheated first partial stream is expediently fed to a steam turbine.
  • the saturated steam is advantageously removed from a steam drum of the water-steam cycle of a steam turbine.
  • the stated object is achieved according to the invention by means of a heat exchanger which is connected to a saturated steam reservoir on the primary side and via a throttle element on the secondary side.
  • the throttle element is expediently a controllable throttle valve.
  • the heat exchanger is connected on the secondary side to a steam turbine.
  • the saturated steam reservoir is advantageously a steam drum connected to the water-steam circuit of a steam turbine.
  • the steam superheated according to the above-mentioned method is expediently used to seal the steam turbine when it starts up.
  • the advantages achieved by the invention consist in particular in that the overheating of the relaxed first partial flow of saturated steam by heat exchange with a second partial flow of saturated steam ensures reliable generation of superheated steam with particularly simple means.
  • a supply of the steam turbine with superheated steam as sealing steam is ensured when restarting without an additional heating or overheating device being required.
  • FIG. 1 shows schematically a steam power plant.
  • the steam power plant 1 comprises a steam turbine 2 which is connected to a generator 6 via a turbine shaft 4.
  • the steam turbine 2 is connected on the output side to a condenser 12 via a steam line 10.
  • the condenser 12 is connected to a feed water tank 18 via a line 14 into which a condensate pump 16 is connected.
  • the feed water tank 18 is on the output side Connected to a steam drum 24 via a feed line 20, into which a feed water pump 22 is connected.
  • a number of preheater heating surfaces (not shown) or an economizer can be connected in line 20 for preheating feed water S to be supplied from steam drum 24.
  • the steam drum 24 is connected on the water outlet side and on the steam inlet side to an evaporator 28 arranged in a steam generator 26.
  • the steam generator 26 can be a fossil or nuclear-fired steam generator or a
  • a useful steam outlet 30 is further arranged on the steam drum 24 and is connected to the steam turbine 2 via a superheater 32 arranged in the evaporator 26.
  • the steam turbine 2 can comprise one or more pressure stages. Depending on the number of pressure stages and the design of the water-steam circuit 34 of the steam turbine 2, additional heating surfaces 28 and 32 can be provided in addition to the heating surfaces 28 and 32 shown in the figure.
  • a sealing steam line 40 is connected to the steam drum 24, via which sealing steam SD can be fed to the steam turbine 2.
  • a throttling element 42 designed as a controllable throttle valve is connected into the sealing steam line 40.
  • a heat exchanger 44 is connected in the sealing steam line 40 on the secondary side.
  • the heat exchanger 44 is connected on the primary side to the steam drum 24 via a partial flow line 46 branching off from the sealing steam line 40.
  • water W supplied to the evaporator 28 is evaporated there in whole or in part from the steam drum 24 and returned to the steam drum 24 as steam D or water-steam mixture WD.
  • the steam D is separated from the water W in the steam drum 24.
  • the steam D is found in the steam drum 24 with the water W in the thermal dynamic equilibrium and is thus available as saturated steam.
  • Hot useful steam N under excess pressure can be removed from the steam drum 24 and fed to the steam turbine 2 via the superheater 32, where it relaxes while performing work.
  • barrier steam SD is supplied to a region between the turbine shaft 4 and the housing of the steam turbine 2, particularly when starting up.
  • a partial stream t ⁇ of steam D present as saturated steam is taken from the steam drum 24 serving as a saturated steam reservoir.
  • the partial flow t 1 is controlled
  • Throttle valve or throttle member 42 throttled such that its pressure level is adapted to the requirements of steam turbine 2.
  • the throttling lowers the temperature level of the partial flow t x .
  • Saturated steam D thus has a higher temperature than the first partial flow t x throttled in the throttle element 42.
  • the partial flow t x is overheated by a heat exchange of the unthrottled second partial flow t 2 with the throttled first partial flow t x in the heat exchanger 44.
  • This superheated partial flow t 1 can then be fed to the steam turbine 2 as sealing steam SD without it being exposed to a risk of corrosion.
  • the steam power plant 1 is therefore particularly suitable for frequent restarting of the steam turbine 2, in particular after a night standstill.
  • the steam D present in the steam drum 24 as saturated steam has a temperature of approximately 210 ° C.
  • the partial stream t 1 has a temperature of approximately 150 ° C. after it has been throttled.
  • this temperature can be increased to approximately 180 ° C. without the need for an additional superheater.
  • the overheating of the partial flow t x is thus ensured with particularly simple means and in a particularly reliable manner.

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Abstract

Für eine zuverlässige und mit einfachen Mitteln durchführbare Erzeugung von überhitztem Dampf aus Sattdampf wird erfindungsgemäß ein erster Teilstrom t1 des Sattdampfes gedrosselt, bevor er durch Wärmetausch mit einem zweiten Teilstrom t2 des Sattdampfes überhitzt wird. Eine Dampfturbine (2), die mit derart überhitztem, aus einer Dampftrommel (24) ihres Wasser-Dampf-Kreislaufs (34) entnommenem Sperrdampf (SD) bespeist wird, ist auch beim Wiederanfahren nach einem Nachtstillstand einer besonders geringen Gefährdung durch Korrosion ausgesetzt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von überhitztem Dampf aus Sattdampf sowie Dampfkraftanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von über¬ hitztem Dampf aus Sattdampf. Sie richtet sich weiter auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und auf eine Dampfkraftanlage mit einer derartigen Einrichtung.
Bei der Verdampfung von Wasser durch Zuführung von Wärme ver¬ dampft dieses ganz oder teilweise. Der dabei entstehende Dampf steht mit dem verbliebenen Wasser im thermischen Gleichgewicht und wird üblicherweise als Sattdampf bezeich- net. Derartiger Sattdampf enthält möglicherweise beträchtli¬ che Wasseranteile, so daß dem Sattdampf ausgesetzte Maschi¬ nenteile Schäden, beispielsweise in Form von Korrosion, er¬ leiden können. Aus diesem Grund und/oder aus thermodynami- schen Gründen ist bei der Nutzung von Dampf als Prozeßdampf in der chemischen Industrie oder als Arbeitsmedium in einer Dampfkraftanlage eine Überhitzung von Sattdampf erforderlich. Zur Uberhitzung wird der Sattdampf üblicherweise zunächst vom Wasser getrennt, bevor ihm weitere Wärme zugeführt wird.
Bei einer nach dem Naturumlaufprinzip arbeitenden Dampfkraft¬ anlage ist üblicherweise ein in einem Dampferzeuger angeord¬ neter Verdampfer sowohl wasser- als auch dampfseitig mit ei¬ ner Dampftrommel verbunden. Das im Verdampfer erzeugte Was¬ ser-Dampf-Gemisch wird der Dampftrommel zugeleitet, die zu einer Trennung von Wasser und Dampf dient. Aus der Dampftrom¬ mel wird das Wasser wiederum dem Verdampfer zugeleitet, so daß ein vollständiger Umlauf gegeben ist. In der Dampftrommel steht der Dampf mit dem Wasser im Gleichgewicht und liegt somit als Sattdampf vor. Zur Abzweigung von durch die Ver- dampfung gewonnenem Sattdampf als Nutzdampf ist an der Dampf- trommel ein Nutzdampfausgang angeordnet. Beim Betrieb der Dampfkraftanlage wird der Nutzdampf üblicherweise einer Über- hitzerheizflache zugeführt und dort überhitzt. Der so über¬ hitzte Dampf wird dann der Dampfturbine zugeführt, wo er εich arbeitsleiεtend entspannt.
Bei einem Anfahrvorgang der Dampfkraftanlage, beispielsweise nach einem Nachtstillstand, ist es erforderlich, der Dampf¬ turbine Sperrdampf zuzuführen, durch desεen Einleitung in ei¬ nen Dichtungsbereich zwischen Turbinenwelle und Turbinenge- häuεe eine Abdichtung deε Turbineninneren gegen die Umgebung der Dampfturbine sichergestellt wird. Eine Zuführung von nicht überhitztem Dampf oder Sattdampf als Sperrdampf setzt dabei Strukturteile der Dampfturbine einer erhöhten Gefähr¬ dung durch Korrosion oder Spannungsbeanspruchung aus. Insbe¬ sondere für eine Dampfkraftanlage, die nach häufigen Nacht- stillεtänden wieder anzufahren ist, ist daher die Zuführung von überhitztem Dampf als Sperrdampf erforderlich. Besonders bei einem Anfahrvorgang nach einem Nachtstillstand ist das Temperaturniveau im Dampferzeuger jedoch oftmals nicht aus¬ reichend hoch, um eine ausreichende Dampfüberhitzung mittels der im Dampferzeuger vorgesehenen Überhitzerheizflachen zu gewährleisten. Gleich oder ähnliche Anforderungen werden häu¬ fig auch an den eingangs erwähnten Prozeßdampf gestellt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von überhitztem Dampf auε Sattdampf anzugeben, wobei die Bereitstellung von überhitztem Dampf mit einfachen Mitteln besonderε zuverlässig gewährlei¬ stet sein soll.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem ein erster Teilstrom des Sattdampfes gedrosselt wird, bevor er durch Wärmetausch mit einem zweiten Teilstrom des Sattdampfes überhitzt wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß bei¬ spielsweise als Prozeßdampf in der chemischen Industrie oder als Sperrdampf beim Anfahren einer Dampfturbine benötigter überhitzter Dampf auf einem niedrigeren Druckniveau liegen kann als der zur Verfügung stehende Sattdampf. Somit ist eine Entspannung eines der Nutzung zuzuführenden ersten Teilstro¬ mes des Sattdampfes möglich. Bei dieser Drosselung des ersten Teilstromes senkt sich dessen Temperaturniveau ab. Die somit entstehende Temperaturdifferenz zwischen dem nicht ge¬ drosselten Sattdampf und dem gedrosselten ersten Teilεtrom deε Sattdampfes kann daher zur Überhitzung des ersten Teil- εtromeε herangezogen werden.
Um den erzeugten überhitzten Dampf hinsichtlich seines Mas¬ senstromes und seines Druckniveaus besonderε flexibel an die Prozeßerforderniεεe anpassen zu können, wird der erste Teil- strom vorteilhafterweise über ein regelbares Drosselventil geführt.
Um mit einfachen Mitteln eine besonders lange Lebensdauer ei¬ ner Dampfturbine auch bei häufigen Nachtstillständen zu ge¬ währleisten, wird zweckmäßigerweise der entspannte und über- hitzte erste Teilstrom einer Dampfturbine zugeführt. Zudem wird vorteilhafterweise der Sattdampf aus einer Dampftrommel des Wasser-Dampf-Kreislaufs einer Dampfturbine entnommen.
Bezüglich der Einrichtung zur Erzeugung von überhitztem Dampf aus Sattdampf wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß ge¬ löst mittels eines Wärmetauschers, der primärseitig und über ein Drosεelorgan sekundärseitig an ein Sattdampfreservoir an¬ geschlossen ist.
Zur Anpassung des Massenstroms und/oder des Druckniveaus des überhitzten Dampfes an die Prozeßerfordernisse ist das Dros¬ selorgan zweckmäßigerweise ein regelbares Drosselventil.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung ist der Wärmetauscher sekundärseitig mit einer Dampfturbine verbunden. Das Satt- dampfreservoir ist vorteilhafterweise eine in den Wasser- Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltete Dampftrommel. Bezüglich der Dampfkraftanlage mit einer Dampfturbine, in de¬ ren Wasser-Dampf-Kreislauf eine Dampftrommel geschaltet ist, wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem in die Dampfturbine eine an die Dampftrommel angeschlossene se¬ parate Sperrdampfleitung mündet, in die sekundärseitig ein primärseitig an die Dampftrommel angeschlossener Wärmetau¬ scher geschaltet ist.
Um eine lange Lebensdauer einer Dampfturbine mit besonders einfachen Mitteln und besonders zuverlässig sicherzustellen, wird zweckmäßigerweise der gemäß dem obengenannten Verfahren überhitzte Dampf beim Anfahren der Dampfturbine zu deren Ab¬ dichtung verwendet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson¬ dere darin, daß durch die Überhitzung des entspannten ersten Teilstromes des Sattdampfes durch Wärmetausch mit einem zwei¬ ten Teilstrom deε Sattdampfes eine zuverläεεige Erzeugung von überhitztem Dampf mit beεonderε einfachen Mitteln gewährlei¬ stet ist. Insbesondere bei einer Dampfkraftanlage mit häufi¬ gen Nachtstillεtänden ist somit eine Versorgung der Dampftur¬ bine mit überhitztem Dampf als Sperrdampf bei einem Wiederan¬ fahren gewährleistet, ohne daß eine zusätzliche Heiz- oder Überhitzungsvorrichtung erforderlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch eine Dampfkraftanlage.
Die Dampfkraftanlage 1 gemäß der Figur umfaßt eine Dampftur¬ bine 2, die über eine Turbinenwelle 4 mit einem Generator 6 verbunden ist. Die Dampfturbine 2 ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 10 an einen Kondensator 12 angeschlossen. Der Kondensator 12 ist über eine Leitung 14, in die eine Kon¬ densatpumpe 16 geschaltet ist, mit einem Speisewasserbehälter 18 verbunden. Der Speisewasserbehälter 18 ist ausgangsseitig über eine Zuführungsleitung 20, in die eine Speisewasserpumpe 22 geschaltet ist, an eine Dampftrommel 24 angeschlosεen. Zur Vörwärmung von der Dampftrommel 24 zuzuführendem Speiεewasser S kann in die Leitung 20 eine Anzahl nicht dargestellter Vor- wärmerheizflächen oder ein Economizer geschaltet sein.
Die Dampftrommel 24 ist wasserausgangsseitig und dampfein- gangsseitig mit einem in einem Dampferzeuger 26 angeordneten Verdampfer 28 verbunden. Der Dampferzeuger 26 kann dabei ein fossil- oder nuklearbefeuerter Dampferzeuger oder auch ein
Abhitzedampferzeuger sein. An der Dampftrommel 24 ist weiter¬ hin ein Nutzdampfausgang 30 angeordnet, der über einen im Verdampfer 26 angeordneten Überhitzer 32 an die Dampfturbine 2 angeschlossen ist.
Die Dampfturbine 2 kann eine oder mehrere Druckstufen umfas- εen. Je nach Anzahl der Druckεtufen und je nach Auslegung des Wasser-Dampf-Kreislaufs 34 der Dampfturbine 2 können zusätz¬ lich zu den in der Figur dargestellten Heizflächen 28 und 32 weitere Heizflächen vorgesehen sein.
An die Dampftrommel 24 ist eine Sperrdampfleitung 40 ange¬ schlossen, über die der Dampfturbine 2 Sperrdampf SD zuführ¬ bar ist. In die Sperrdampfleitung 40 ist ein als regelbares Drosselventil ausgebildetes Drosselorgan 42 geschaltet. In
Strömungsrichtung des Sperrdampfs SD gesehen nach dem Drosse¬ lorgan 42 ist in die Sperrdampfleitung 40 ein Wärmetauscher 44 sekundärεeitig geschaltet. Der Wärmetauscher 44 ist pri- märseitig über eine von der Sperrdampfleitung 40 abzweigende Teilstromleitung 46 an die Dampftrommel 24 angeschlossen.
Beim Betrieb der Dampfkraftanlage 1 wird von der Dampftrommel 24 dem Verdampfer 28 zugeführtes Wasser W dort ganz oder teilweise verdampft und als Dampf D oder Wasser-Dampf-Gemisch WD in die Dampftrommel 24 zurückgeführt. In der Dampftrommel 24 wird der Dampf D vom Wasser W separiert. Der Dampf D be¬ findet sich in der Dampftrommel 24 mit dem Wasser W im ther- modynamischen Gleichgewicht und liegt εomit als Sattdampf vor.
Unter Überdruck stehender heißer Nutzdampf N kann der Dampf- trommel 24 entnommen und über den Überhitzer 32 der Dampftur¬ bine 2 zugeführt werden, wo er εich arbeitsleistend ent¬ spannt.
Um eine Abdichtung des Turbineninneren der Dampfturbine 2 ge- gen deren Umgebung sicherzustellen, wird insbesondere bei ei¬ nem Anfahrvorgang einem Bereich zwischen der Turbinenwelle 4 und dem Gehäuse der Dampfturbine 2 Sperrdampf SD zugeführt. Dazu wird der als ein Sattdampfreservoir dienenden Dampf¬ trommel 24 ein Teilstrom tα von als Sattdampf vorliegendem Dampf D entnommen. Der Teilstrom t1 wird über das regelbare
Drosselventil oder das Drosselorgan 42 derart gedrosselt, daß sein Druckniveau an die Erfordernisse der Dampfturbine 2 an¬ gepaßt ist. Durch die Drosselung senkt sich das Temperatur¬ niveau des Teilstroms tx ab. Ein zweiter in der Teilstromlei- tung 46 geführter nicht gedrosεelter Teilstrom t2 des als
Sattdampf vorliegenden Dampfes D weist somit eine höhere Tem¬ peratur auf als der im Drosselorgan 42 gedrosselte erste Teilstrom tx. Durch einen .Wärmetausch des nicht gedrosselten zweiten Teilstroms t2 mit dem gedrosselten ersten Teilstrom tx im Wärmetauscher 44 wird der Teilstrom tx überhitzt. Dieser überhitzte Teilstrom t1 kann dann der Dampfturbine 2 als Sperrdampf SD zugeführt werden, ohne daß diese einer Gefähr¬ dung durch Korrosion ausgesetzt ist.
Die Dampfkraftanlage l ist somit besonders geeignet für ein häufiges Wiederanfahren der Dampfturbine 2, insbesondere nach einem Nachtstillstand. Nach einem Nachtstillstand weist der in der Dampftrommel 24 als Sattdampf vorliegende Dampf D eine Temperatur von etwa 210° C auf. Aufgrund von Druck- und Tem- peraturverlusten in Rohrleitungen und aufgrund der Drosselung durch das Droεselorgan 42 weist der Teilstrom t1 nach seiner Drosselung eine Temperatur von etwa 150° C auf. Durch Wärme- tausch mit dem nicht gedrosselten Teilstrom t2 kann diese Temperatur auf etwa 180° C erhöht werden, ohne daß dazu eine zusätzliche Überhitzereinrichtung benötigt wird. Die Überhit¬ zung des Teilstromε tx ist somit mit besonders einfachen Mit¬ teln und besonders zuverlässig gewährleistet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von überhitztem Dampf aus Satt¬ dampf, bei dem ein erster Teilstrom (t-.) des Sattdampfeε ge- droεselt wird, bevor er durch Wärmetausch mit einem zweiten Teilstrom (t2) des Sattdampfeε überhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Teilstrom (t-_) über ein regelbares Drosselventil ge¬ drosselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch l oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der gedrosselte und überhitzte erste Teilstrom (tx) einer Dampf¬ turbine (2) zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sattdampf aus einer Dampftrommel (24) des Wasser-Dampf-Kreis¬ laufs (34) einer Dampfturbine (2) entnommen wird.
5. Einrichtung zur Erzeugung von überhitztem Dampf aus Satt¬ dampf mittels eines Wärmetauschers (44) , der primärseitig und über ein Drosεelorgan (42) sekundärseitig an ein Sattdampfre¬ servoir angeschlossen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Drosselorgan (42) ein regelbares Drosselventil ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wärmetauscher (44) sekundärseitig mit einer Dampfturbine (2) verbunden ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Sattdampfreservoir eine in den Wasser-Dampf-Kreislauf (34) einer Dampfturbine (2) geschaltete Dampftrommel (24) iεt.
9. Dampfkraftanlage (1) mit einer Dampfturbine (2), in deren Wasεer-Dampf-Kreiεlauf (34) eine Dampftrommel (24) geschaltet ist, wobei in die Dampfturbine (2) eine an die Dampftrommel (24) angeschloεsene separate Sperrdampfleitung (40) mündet, in die sekundärseitig ein primärseitig an die Dampftrommel (24) angeεchlossener Wärmetauscher (44) geschaltet ist.
10. Verwendung des nach dem Verfahren nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 4 überhitzten Dampfes zum Anfahren einer Dampftur¬ bine (2) einer Dampfkraftanlage (1) .
PCT/DE1996/001927 1995-10-17 1996-10-08 Verfahren und einrichtung zur erzeugung von überhitztem dampf aus sattdampf sowie dampfkraftanlage WO1997014285A2 (de)

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