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Kombiniertes Gegendruck-Kondensationsverfahren einer
Dampfturbinenanlage zur geregelten Abgabe elektrischer Leistung und Bereitung von Heisswasser mit wattmetrischem Regelimpulsgeber in der elektrischen Kupplungsleitung zwischen Fremdnetz und
Eigensammelschiene
Das Leistungsangebot von Gegendruck-bzw. Entnahme-Gegendruck-Turbosätzen ist eine Funktion des betriebsbedingten Dampfdurchsatzes, wobei sich das Angebot in den seltensten Fällen mit dem gleichzeitigen Bedarf decken wird. Es ist bekanntgeworden, einen solchen Turbosatz durch eine seiner Druckregelung überlagerte indirekte Leistungsregelung im Parallelbetrieb mit einem starken Fremdnetz auf Bezug bzw.
Lieferung eines begrenzten Leistungsbandes zu regeln, wobei mit dem in Betriebsperioden hohen Leistungsbedarfes ausgeregelten Dampfüberschuss betriebsnotwendiges Heisswasser vorerzeugt und gespeichert wird, das dann in Betriebsperioden niederen Leistungsbedarfes wieder dem Speicher entnommen und betrieblicher Verwendung zugeführt wird. Wird dabei alles erzeugte Heisswasser im Betriebe untergebracht, kann die Turbine als reine Gegendruck- bzw. Entnahme-Gegendruckturbine angesprochen werden. Die vorerwähnte indirekte Leistungsregelung auf Bezug oder Lieferung eines konstanten Netzbandes erfolgt durch einen wattmetrischen Regelimpulsgeber in der elektrischen Kupplungsleitung zwischen Eigensammelschiene und Fremdnetz, der auf ein in der Kaltwasserzuleitung zum Wärmetauscher vorgesehenes, fernbetätigtes Absperrorgan einwirkt.
Wenn nun die Möglichkeit zur Unterbringung des entsprechend dem Leistungsbedarf ausgeregelten Dampfanfalles bzw. der mit ihm erzeugten Heisswassermenge in der Anlage fehlt, war man bisher veranlasst, eine Entnahme-Kondensationsturbine zu wählen, die das Manko zwischen Leistungsangebot aus dem Betriebsdampf und gleichzeitigem Leistungserfordernis in bekannter Weise durch ergänzend unter Zuhilfenahme von Kondensation gewonnene Leistung abdeckt. Kondensationsteil und Kondensator solcher Entnahme-Kondensationsturbinen werden üblicherweise auf beste Ausnützung des Dampfes bis in hohes Vakuum ausgelegt. Die, ergibt durch die volumsbedingt grossen Durchmesser und Schaufellängen in den Endstufen einerseits teure Maschinen und anderseits eine Temperatur des aufgewärmten Kühlwassers in einer Grössenordnung von 20 bis 300 C.
Wasser dieser Temperatur ist für eine nutzbringende Wei- ter Verwendung so gut wie wertlos und wird ungenützt abfliessen gelassen, womit-wie bekannt-jede Kondensations-Kwh mit einem Verlust von rund 530 Kca'/kg Kondensationsdampfmenge bezahlt werden muss, Liegt ferner der konstant zu haltende Entnahmedruck in besonderen Fällen tief, dann ergeben sich durch das grosse Dampfvolumen bei kleinem Druck Schwierigkeiten an der Entnahmeüberströmung, eine ungesteuerte Entnahme wieder ergibt einen je nach weiterströmender Dampfmenge stark schwankenden Druck an der Entnahmestelle.
Bei der Entnahme-Kondensationsturbine kann daher mit dem Entnahmedruck nicht unter ein gewisses Mass heruntergegangen werden, womit auf die Auswertung eines beachtlichen Wärmegefälles durch die Betriebsdampfmenge im Hochdruckteil der Turbine zugunsten der Leistungserzeugung im Kondensationsteil verzichtet werden muss.
Die Erfindung zeigt ein Verfahren zur Auslegung und zum Betrieb einer Dampfturbinenanlage, wel-
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che in gewissen Fällen die Verwendung einer Entnahme-Kondensationsmaschine üblicher Bauart entbehr- lich macht. Erfindungsgemäss wird die gesamte durch das Leistungserfordernis gegebene Dampfmenge eines entsprechend dem.
verlangten Ausmass an abzugebender elektrischer Leistung bemessenen Dampf- turbinenaggregates samt Synchrongenerator bei einem in an sich bekannter Weise konstant gehaltenen i Druck in einem Wärmeaustauscher oder Kondensator niedergeschlagen, wobei nun dieser geregelte Druck im Wärmeaustauscher so hoch gewählt wird, dass damit ein ausreichender Anteil der dem Dampf bei sei- ner Niederschlagung entzogenen Wärmemenge in der Anlage untergebracht und nur der restliche Wärme- anteil durch Ablassen von Kühlmittel oder Rückkühlen des Kühlmittels als Kondensationsverlust abgeführt wird. Es wird bei diesem Verfahren das Wärmegefälle des Betriebsdampfes bis zum Kondensationsdruck ) ausgenützt, wobei bewusst auf die Kondensation bei höchstem Vakuum verzichtet wird.
Es entsteht wohl gegenüber der konventionellen Kondensation ein Verlust an Leistung in der Turbine, dafür jedoch ander- seits ein den Verlust übersteigender Gewinn aus der im Ganzen gesehen günstiger ausgewerteten Betriebs- dampfmenge.
Besondere Vorteile ergeben sich aus der Anwendung dieses Verfahrens beispielsweise für Fernheiz- kraftwerke, wie im folgenden dargelegt wird :
Um unabhängig von der jeweiligen Aussentemperatur ein Tagesleistungsband liefern zu können, mit dem der Stromverteiler disponieren kann, wird in einem solchen Fall vielfach eine Entnahme-Kondensa- tionsturbine aufgestellt. Bei der heute sehr gebräuchlichen Spreizung 60/1300 C wird der gesteuerte Ent- nahmedruck in der Grössenordnung von 3 bis 4 ata gewählt.
Mit diesem Enmahmedruck wird nur die höch- ste Vorlauftemperatur von 1300 C durch direkte Vorwärmung erzeugt, tiefere Vorlauftemperaturen, wie sie an wärmeren Heiztagen verlangt werden, wurden üblicherweise durch Beimengung von Rücklaufwas- ser. erzeugt. Es wird somit zugunsten der Kondensationsleistungbei Benutzung eines ganz hohen Vakuums von vielleicht 0, 04 bis 0,06 ata auf eine Auswertung von Wärmegefälle aus dem Heizbetrieb verzichtet.
Rechnerische Untersuchungen weisen darauf hin, dass es vielleicht wirtschaftlicher ist, z.
B. eine Ent- nahmegegendruckturbine mit tiefgezogenem Gegendruck von etwa 0,3 ata und dem gleichen Entnahme- druck von etwa 3 bis 4 ata zu projektieren, wobei eine Aufwärmung des Heizungsumwälzwassers auf et- wa 600 C entsprechend der Sattdampftemperatur bei 0,3 ata in erster Vorwärmstufe durch den Abdampf und eine Restaufwärmung in einer zweiten Vorwärmstufe durch Entnahmedampf bis auf die maximale
Vorlauftemperatur von 1300 C erfolgen kann. Bei einer derartigen Auslegung geht der Heizdampf für die erste Vorwärmstufe, also der Abdampf mit etwa 0,3 ata, durch die gesamten Turbinenstufen und ent- spannt sich unter Leistungsabgabe. Ausserdem leistet natürlich auch der jeweils erforderliche Entnahme- dampf in der Turbine Arbeit.
Weiters muss der durch die indirekte Leistungssteuerung erzwungene
Dampfüberschuss mit dem Abdampfdruck von etwa 0,3 ata zusätzlich im Kondensator niedergeschlagen werden. Dadurch, dass ein Teil der bei der Kondensation dem Dampf entzogenen Wärmemenge wieder in der Heizung nutzbar verwendet wird, sind trotz des von der üblichen Norm abweichenden verhältnis- mässig hohen Kondensationsdruckes im Endeffekt die spezifischen Brennstoffkosten im Mittel über die
Heizperiode niedriger als bei Verwendung der herkömmlichen Entnahme-Kondensationsturbine. Eine weitere, äusserst beachtliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit tritt ein, wenn in der Anlage etwa indu- strielle Wärmeabnehmer mit Kondensat-Rücklaufttemperaturen unter 600 C oder aber ausser einer zentra- len Warmwasserheizung noch Heisswasserverbraucher vorhanden sind.
Realisiert wird das erfindungsgemässe Verfahren in einer Ausführungsform dadurch, dass das vom watt- metrischen Regelimpulsgeber ferngesteuerte Absperrorgan in der Kühlwasserzuflussleitung zum Kondensa- tor eingebaut ist. Dabei sind natürlich Turbine und Kondensator entsprechend dem vorbeschriebenen Ver- fahren der Erfindung für einen Kondensationsdruck mittlerer Höhe entsprechend den jeweiligen wärme- technischen Gegebenenheiten des Falles bemessen.
Eine andere Variante der Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das Kon- densatorkühlwasser im Umlauf über einen ausreichend Wärme abführenden Rückkühler geleitet wird, und das vom wattmetrischen Regelimpulsgeber ferngesteuerte Absperrorgan in die Umlaufleitung eingebaut ist und die Durchflussmenge des umlaufenden Kondensatorkühlwassers beeinflusst.
Das Wesen der Erfindung wird durch die Zeichnungen Fig. 1 und 2 verdeutlicht, welche Schaltungsskizzen von Ausführungsbeispielen der Erfindung darstellen. Fig. 1 ist das Schema einer Anlage mit einem Mitteldruckkondensator, bei dem der Zulauf des Kondensatorkühlwassers durch das vom wattmetischen Regelimpulsgeber ferngesteuerte Absperrorgan beeinflusst wird, wobei das aufgewärmte Kühlwasser aus dem Kondensator im allgemeinen ungenützt abfliesst. In Fig. 2 ist jene Variante der Erfindung dargestellt, bei welcher das Kühlwasser des Mitteldruckkondensators umläuft und seinerseits in einem Rückkühler abgekühlt wird, wobei die Menge des dem Kondensator zufliessenden Umlaufwassers durch das
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vorn wattmetrischen Regelimpulsgeber beinflusste Absperrorgan eingestellt wird.
In beiden Fällen ist 1 die Dampfturbine, die mit dem Synchrongenerator 2 gekuppelt ist. An Stelle der Dampfturbine mit einfacher Durchströmung kann natürlich auch eine Entnahmem, ischine treten. Der Drehstromgenerator versorgt über die Leitung 6 und den Leistungsschalter 8 die Eigensammelschiene 7 der Anlage, wovon, charakterisiert durch eine Abzweigung 10 mit Leistungsschalter 9, die Leistungsver-
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die Eigensammelschiene mit einem starken Fremdnetz in Verbindung. In dieser Verbindungsleitung be- findet sich der wattmetrische Regelimpulsgeber 13, welcher entsprechend dem Anwachsen oder Abneh- men der Übergangsleistung das in der betreffenden Kühlwasserleitung vorgesehene ferngesteuerte Absperr- organ 21 bzw. 2. 5 beeinflusst.
In der Frischdampfleitung 14 zur Turbine 1 ist das kombinierte Drehzahl-
Druckregelventil 3 eingebaut, das in an sich bekannter Weise durch den Fliehkraftregler 4 auf konstante
Drehzahl bzw. durch den Gegendruckregler 5 auf konstanten Gegendruck regelt. Die Abdampfleitung 15 führt vom Turbinenaustritt einerseits über die Leitung 16 zu den Dampfverbrauchern der Anlage und anderseits zu dem Kondensator 17. Das Kondensat fliesst über die Leitung 18 entweder zu weiteren Wärme- verbrauchern der Anlage oder in an sich bekannter Weise über die Rückspeiseapparate in die Dampfkessel der Anlage zurück.
In Fig. 1 ist der Kondensator 17 durch Frischwasserzufluss aus der Leitung 20 gekühlt. In dieser Zuflussleitung befindet sich das vom wattmetrischen Regelimpulsgeber 13 ferngesteuerte Absperrventil 21, welches den Kühlwasserzufluss je nach der verlangten elektrischen Übergabeleistung einstellt. Das erwärmte Kondensatorkühlwasser fliesst durch die Leitung 19 ab.
In Fig. 2 wird das Kondensatorkühlwasser durch die Umlaufpumpe 22 in geschlossenem Kreislauf umgewälzt und fliesst dabei über einen Rückkühler 24. Die Durchlaufgeochwindigkeit des Kühlwassers wird durch das vorn wattmetrischen Regelimpulsgeber 13 ferngesteuerte Ventil 25 je nach elektrischer Übergabeleistung eingestellt. Die Verlustwärme des Kondensatorkühlwassers wird im Rückkühler 24 an das Rückkühlwasser abgegeben, welches bei 26 ein-und bei 27 austritt. Aus dem Umlauf kann Kondensatorkühlwasser beispielsweise durch die Leitung 3') und mittels des Ventils 31 wahlweise entnommen und über die Leitung 28 und das Ventil 29 durch Zuleitung von Frischwasser wahlweise ergänzt werden.
Die beiden Varianten gelten als Beispiele zur Realisierung des Verfahrens und erschöpfen nicht alle Möglichkeiten ; andere Lösungen zur Abfuhr der Verlustwärme de. Kondensatorkühlwassers sind denkbar.