WO2013020829A1 - Umleitdampfstation - Google Patents

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WO2013020829A1
WO2013020829A1 PCT/EP2012/064765 EP2012064765W WO2013020829A1 WO 2013020829 A1 WO2013020829 A1 WO 2013020829A1 EP 2012064765 W EP2012064765 W EP 2012064765W WO 2013020829 A1 WO2013020829 A1 WO 2013020829A1
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WO
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mixing
cooling medium
mixing unit
medium
flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/064765
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Berenbrink
Frank Deidewig
Holger Gedanitz
Ralf Hoffacker
Dirk Huckriede
Mario Koebe
Bernd Prade
Horst Uwe Rauh
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00—Controlling superheat temperature
    • F22G5/12—Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
    • F22G5/123—Water injection apparatus
    • 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
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
    • F28C3/08—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour with change of state, e.g. absorption, evaporation, condensation

Definitions

  • the invention relates to a Vermischmati of mixing a flowing medium with a cooling medium, comprising a tubular passage portion to which a Vermischabites is coupled strö ⁇ mung technically.
  • the invention relates to a method for mixing a flow medium with a cooling medium.
  • steam is generated in a steam generator, which converts the thermal energy of the steam into rotational energy in a turbine set coupled to the steam generator in terms of flow.
  • the rotational energy is
  • thermodynamic conditions are relatively constant over time.
  • diverter stations used today consist of a diverter valve and the diversion steam inlet.
  • the Umleitdampfein Installation comprises a diaphragm, a Wassereinsprit ⁇ -cutting device and a mixing tube. Power plant during start-up of the steam or after a trip of the steam turbine of the resulting vapor is cooled through the diverter station by injecting water andteillei ⁇ tet directly into the condenser.
  • the invention has set itself the task of reducing the noise ⁇ emissions and to achieve a better homogeneous tempera ⁇ turver whatsoever.
  • a mixing unit for mixing a flow medium with adeungsme ⁇ dium comprising a tube channel portion to which a Ver ⁇ mixing section is fluidly coupled, wherein the mixing section comprises a plurality of apertures through which the flow medium can be flowed, wherein in the apertures injection channels are formed, through which the cooling ⁇ medium flows in such a way that a mixing of the flow ⁇ medium takes place with the cooling medium, wherein the A ⁇ injection channels are arranged obliquely to the Laval nozzle wall.
  • the way is thus taken, contrary to the existing concept in which the steam flows through only a single aperture, to use multiple apertures.
  • the disadvantage of using a Individual aperture is formed is that the mixing is not op ⁇ timal, especially at the edges of the mixing section. By using multiple apertures, better mixing is achieved.
  • the aperture is formed as a Laval nozzle.
  • the cooling medium is water and the flow medium is steam. Due to the shape of the Laval high Strömungsgeschwindig ⁇ possibilities of the steam produced.
  • the water to be injected is injected at the sides of the Laval nozzle through the injection channels.
  • the object is also achieved by a method for vermi ⁇ rule of a flow medium with a cooling medium, wherein a plurality of Laval nozzles are in a Vermischarii distributed in a Rohrab ⁇ cut on the cross section and injection ⁇ channels are arranged in the Laval nozzle, through which flows the cooling medium, and is mixed downstream with the flow medium in a mixing tube.
  • a method for vermi ⁇ rule of a flow medium with a cooling medium wherein a plurality of Laval nozzles are in a Vermischarii distributed in a Rohrab ⁇ cut on the cross section and injection ⁇ channels are arranged in the Laval nozzle, through which flows the cooling medium, and is mixed downstream with the flow medium in a mixing tube.
  • the essential idea is that not, as in the prior art, only a Laval nozzle is used, but a plurality of distributed over the cross section homogeneously arranged Laval nozzles ⁇ sets are set, thereby enabling a better mixing of the cooling medium with the
  • Flow rate of the cooling gas flowing through the injection channels be regulated individually medium. This means that very fast and can be very responsive to changing load conditions of TOTAL ⁇ th steam power plant. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a mixing unit according to the prior art
  • FIG. 2 shows a mixing unit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a mixing unit 1 according to the prior art.
  • the Vermischtician 1 is designed for mixing a Strö ⁇ mung medium with a cooling medium.
  • the Strö ⁇ mung medium is water vapor 2.
  • the direction of flow of the water vapor is shown by the arrows. 3
  • the steam flows first in a tube passage portion 4, which may be formed as a tube, to a Vermischabêt 5.
  • Ver ⁇ mixing section 5 with the steam is finally cooling ⁇ medium, which is water 6 here mixed.
  • a Laval nozzle 7 In this Laval nozzle 7, at least one injection channel 8 is arranged, through which the water 6 is mixed in the mixing section 5 with the steam.
  • the mixing section 5 is adjoined by a mixing tube 9 in which the vapor 3 now has a lower temperature.
  • Mixing tube 9 is fluidically connected to the condenser (not shown).
  • a perforated basket 10 is arranged, the turbulence increasing and thus the Querver ⁇ mixture acts improving.
  • the injection channels 8 are inclined arranged to the flow direction 3 of the steam 3.
  • the Laval nozzles 7a, 7b, 7c ... can be made identical to one another in alternative embodiments.
  • the flow through the injection channels 8 can be adjusted in terms of control such that the flow rate is different. This can lead to a local change in the homogeneity of the water vapor with the water to be injected. This allows better mixing.
  • the mixing unit 1 according to FIG. 2 is also fluidly coupled with a mixing tube 3 to a condenser not shown in detail.
  • a perforated basket is also formed.

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Abstract

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

Description

Beschreibung
UmleitdampfStation
Die Erfindung betrifft eine Vermischeinheit zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium, umfassend einen Rohrkanalabschnitt, an den ein Vermischabschnitt strö¬ mungstechnisch angekoppelt ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium.
In Dampfkraftwerken wird in einem Dampferzeuger Dampf erzeugt, der in einem strömungstechnisch mit dem Dampferzeuger angekoppelten Turbosatz die thermische Energie des Dampfes in Rotationsenergie umwandelt. Die Rotationsenergie wird
schließlich in elektrische Energie umgewandelt. Solange das Dampfkraftwerk im Dauerbetrieb läuft und die Last am elektri¬ schen Generator vergleichsweise konstant ist, sind die ther- modynamischen Verhältnisse vergleichsweise zeitlich konstant.
Es gibt allerdings Situationen, in denen das Dampfkraftwerk an schnell ändernde Lastsituationen angepasst werden muss. Beispielsweise kann es sein, dass ein Störfall auftritt und der Generator plötzlich vom Netz getrennt werden muss. Es kann auch vorkommen, dass das Dampfkraftwerk unvorhergesehen von Volllast auf Teillast umschalten muss. Solche Lastände¬ rungen sind eine Herausforderung an die Regelungstechnik des gesamten Dampfkraftwerkes. Eine Möglichkeit, schnell ändern¬ den Laständerungen zu folgen oder zu begegnen ist, dass der vom Dampferzeuger erzeugte Dampf, der im Dauerbetrieb bzw. Volllastbetrieb direkt zur Hochdruck-Teilturbine strömt, über eine Umleitstation direkt zum Kondensator geführt wird. In dieser Umleitstation sind Vorrichtungen vorgesehen, die den hocherhitzten Dampf mit Wasser vermischen, um somit die ther- modynamischen Verhältnisse des Dampfes zu ändern. Dieses Was¬ ser wird in den Dampf eingespritzt. Dies erfolgt gemäß dem Stand der Technik in einer Umleitstation, in der eine Laval- düse angeordnet ist, die Einspritzkanäle aufweist, durch die Wasser in den Dampf gespritzt wird.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass dadurch die Geräusch¬ emission vergleichsweise stark ist. Des Weiteren hat es sich gezeigt, dass die Temperaturverteilung nicht homogen genug ist, was zu einem nicht optimalen Betriebsverhalten in Teillast führt.
Im Wesentlichen bestehen heute eingesetzte Umleitstationen aus einem Umleitventil und der Umleitdampfeinführung . Die Umleitdampfeinführung umfasst eine Blende, eine Wassereinsprit¬ zungsvorrichtung und ein Mischrohr. Beim Anfahren der Dampf- kraftwerksanlage oder nach einem Trip der Dampfturbinen wird der anfallende Dampf über die Umleitstation durch Einspritzen von Wasser abgekühlt und direkt in den Kondensator eingelei¬ tet .
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Geräusch¬ emissionen zu reduzieren und eine bessere homogene Tempera¬ turverteilung zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Vermischeinheit zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsme¬ dium, umfassend einen Rohrkanalabschnitt, an den ein Ver¬ mischabschnitt strömungstechnisch angekoppelt ist, wobei der Vermischabschnitt mehrere Blendenöffnungen umfasst, durch die das Strömungsmedium strömbar ist, wobei in den Blendenöffnungen Einspritzkanäle ausgebildet sind, durch die das Kühlungs¬ medium derart strömt, dass eine Vermischung des Strömungs¬ mediums mit dem Kühlungsmedium stattfindet, wobei die Ein¬ spritzkanäle schräg zur Lavaldüsenwand angeordnet sind.
Mit der Erfindung wird somit der Weg eingeschlagen, entgegen dem bestehenden Konzept, bei dem der Dampf nur durch eine einzige Blendenöffnung strömt, mehrere Blendenöffnungen zu verwenden. Der Nachteil der durch die Verwendung einer ein- zelnen Blendenöffnung entsteht, ist der, dass die Vermischun insbesondere an den Rändern des Vermischabschnitts nicht op¬ timal ist. Durch die Verwendung mehrerer Blendenöffnungen wird eine bessere Vermischung erreicht.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben .
So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Blendenöffnung als Lavaldüse ausgebildet. Des Weiteren ist das Kühlungsmedium Wasser und das Strömungsmedium Dampf. Durch die Form der Lavaldüse entstehen hohe Strömungsgeschwindig¬ keiten des Dampfes. Das einzuspritzende Wasser wird an den Seiten der Lavaldüse durch die Einspritzkanäle eingespritzt. Durch die Verwendung mehrerer Lavaldüsen ist eine Vermischung des Dampfes mit dem Wasser über den gesamten Querschnitt homogen .
Durch die schräg angeordneten Einspritzkanäle lassen sich Geschwindigkeitskomponenten des einzuspritzenden Wassers mit dem Dampf verbessern, was zu einer besseren Durchmischung von Dampf und Wasser führt.
Die Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Verfahren zum Vermi¬ schen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium, wobei in einer Vermischeinheit mehrere Lavaldüsen in einem Rohrab¬ schnitt auf dem Querschnitt verteilt werden und Einspritz¬ kanäle in den Lavaldüsen angeordnet werden, durch die das Kühlungsmedium strömt und mit dem Strömungsmedium in einem Mischrohr stromabwärts vermischt wird. Auch hier ist der wesentliche Gedanke, dass nicht, wie im Stand der Technik, nur eine Lavaldüse verwendet wird, sondern mehrere, über den Querschnitt verteilt homogen angeordnete Lavaldüsen einge¬ setzt werden, die dadurch zu einer besseren Vermischung des Kühlungsmediums mit dem Strömungsmedium ermöglichen.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann die
Durchflussmenge des durch die Einspritzkanäle strömenden Küh- lungsmediums einzeln geregelt werden. Das bedeutet, dass sehr schnell und sehr gut auf geänderte Lastbedingungen des gesam¬ ten Dampfkraftwerkes reagiert werden kann. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert .
Es zeigen: Figur 1 eine Vermischeinheit gemäß dem Stand der Technik; Figur 2 eine erfindungsgemäße Vermischeinheit.
Figur 1 zeigt eine Vermischeinheit 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Vermischeinheit 1 ist zum Vermischen eines Strö¬ mungsmediums mit einem Kühlungsmedium ausgebildet. Das Strö¬ mungsmedium ist Wasserdampf 2. Die Strömungsrichtung des Wasserdampfs wird durch die Pfeile 3 dargestellt. Der Dampf strömt zunächst in einem Rohrkanalabschnitt 4, der als Rohr ausgebildet sein kann, zu einem Vermischabschnitt 5. Im Ver¬ mischabschnitt 5 wird schließlich Dampf mit dem Kühlungs¬ medium, das hier Wasser 6 ist, vermischt. Dies geschieht durch eine Lavaldüse 7. In dieser Lavaldüse 7 ist zumindest ein Einspritzkanal 8 angeordnet, durch den das Wasser 6 in den Vermischabschnitt 5 mit dem Dampf vermischt wird. An den Vermischabschnitt 5 schließt ein Mischrohr 9 an, in dem der Dampf 3 nunmehr eine geringere Temperatur aufweist. Das
Mischrohr 9 ist mit dem Kondensator strömungstechnisch verbunden (nicht dargestellt) . Im Mischrohr 9 ist ein Lochkorb 10 angeordnet, der turbulenzerhöhend und damit die Querver¬ mischung verbessernd wirkt.
Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vermischeinheit 1 und ist zu der Vermischeinheit 1 gemäß Figur 1 darin unterschied¬ lich, dass im Vermischabschnitt 5 nicht eine Lavaldüse 7, sondern mehrere Lavaldüsen 7a, 7b, 7c ... angeordnet sind. Da¬ durch wird eine Vermischung über den gesamten Querschnitt des Mischrohrs 9 verbessert. Die Einspritzkanäle 8 sind schräg zur Strömungsrichtung 3 des Dampfes 3 angeordnet. Die Laval- düsen 7a, 7b, 7c ... können in alternativen Ausführungsformen identisch zueinander ausgeführt werden. Der Durchfluss durch die Einspritzkanäle 8 kann regelungstechnisch derart einge- stellt werden, dass die Durchflussmenge unterschiedlich ist. Dies kann zu einer lokalen Veränderung der Homogenität des Wasserdampfes mit dem einzuspritzenden Wasser führen. Dadurch ist eine bessere Durchmischung möglich. Außerdem lässt sich dadurch der exergetische Anteil des Umleitdampfes vorteilhaft ausnutzen. Die Vermischeinheit 1 gemäß Figur 2 wird ebenso mit einem Mischrohr 3 an einen nicht näher dargestellten Kondensator strömungstechnisch angekoppelt. Im Mischrohr 3 ist ebenfalls ein Lochkorb ausgebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Vermischeinheit (1) zum Vermischen eines Strömungsmedi- ums mit einem Kühlungsmedium,
umfassend einen Rohrkanalabschnitt (4), an den ein Ver¬ mischabschnitt (5) strömungstechnisch angekoppelt ist, wobei der Vermischabschnitt (5) mehrere Blendenöffnungen umfasst, durch die das Strömungsmedium strömbar ist, wobei in den Blendenöffnungen Einspritzkanäle (8) ausgebil¬ det sind, durch die das Kühlungsmedium derart strömt, dass eine Vermischung des Strömungsmediums mit dem Kühlungsme¬ dium stattfindet,
wobei die Einspritzkanäle (8) als schräg zur Lavaldüsenwand angeordnete Einspritzrohre ausgebildet sind.
2. Vermischeinheit (1) nach Anspruch 1,
wobei der Rohrkanalabschnitt (4) als Rohr ausgebildet ist.
3. Vermischeinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Blendenöffnungen als Lavaldüsen (7) ausgebildet sind .
4. Vermischeinheit (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei die Lavaldüsen (7) identisch zueinander ausgeführt sind .
5. Vermischeinheit (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Vermischeinheit (1) derart ausgebildet ist, dass als Strömungsmaschine Wasserdampf (3) und als Küh¬ lungsmedium Wasser
(6) einsetzbar ist. Vermischeinheit (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei nach den Lavaldüsen (7) ein Mischrohr (9) strömungstechnisch angekoppelt ist.
Verfahren zum Vermischen eines Strömungsmediums mit einem Kühlungsmedium,
wobei in einer Vermischeinheit (5) mehrere Lavaldüsen
(7) in einem Rohrabschnitt auf dem Querschnitt verteilt werden und Einspritzkanäle
(8) in den Lavaldüsen (7) angeordnet werden, durch die das Kühlmedium strömt und mit dem Strömungsmedium in einem Mischrohr (9) stromabwärts vermischt wird .
Verfahren nach Anspruch 7,
wobei die Vermischeinheit (1) strömungstechnisch mit einem Kondensator verbunden ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
wobei Wasser (6) als Kühlungsmedium und Wasserdampf (3) als Strömungsmedium verwendet wird.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
wobei die Durchflussmenge des durch die Einspritzkanäle (8) strömenden Kühlungsmediums einzeln regelbar ist.
PCT/EP2012/064765 2011-08-05 2012-07-27 Umleitdampfstation WO2013020829A1 (de)

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EP11176658.0 2011-08-05

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