DE10009454A1 - Hochdruckdampferzeuger - Google Patents
HochdruckdampferzeugerInfo
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Abstract
Ein Hochdruckdampferzeuger (1) enthält einen aus Hochdruckteil (4) und Mittel- oder Niederdruckteil (8) bestehenden Dampfturbinensatz. Der Hochdruckteil (4) und der Mittel- oder Niederdruckteil (8) sind über einen Zwischenüberhitzer (6) miteinander verbunden, der in einem von dem Hochdruckdampferzeuger (1) getrennten, direkt beheizten Rauchgaskanal (18) angeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Hochdruckdampferzeuger mit einem
aus Hochdruckteil und Mittel- oder Niederdruckteil bestehenden
Dampfturbinensatz mit den Merkmalen des Oberbegriffes des
Anspruches 1.
Derartige Hochdruckdampferzeuger können dazu dienen, zum
Beispiel Hüttengase effizient zu verstromen, was seit jeher ein
entscheidender ökonomischer Faktor in Hüttenkraftwerken gewesen
ist. In der Regel wurden dabei einfache, aber höherwertigere
Kreisprozesse mit hohen Dampfparametern und regenerativer
Speisewasservorwärmung neu installiert oder nachgerüstet. Dies
hatte zur Folge, dass teilweise neue moderne
Hüttengasdampferzeuger mit integrierter, umweltfreundlicher
Feuerung den Dampfparametern der vorhandenen älteren Industrie-
Dampfturbinen angepasst wurden.
Im Zuge von Wirkungsgradsteigerungen und CO2-
Reduktionspotentialen bieten sich in industriellen
Hüttenkraftwerken unter Wiederverwendung der vorhandenen
Hochdruckdampferzeuger Lösungen mit einen Zwischenüberhitzer an.
Der Einsatz von Zwischenüberhitzern stellt eine bekannte und
erprobte Technologie zur Steigerung des elektrischen
Wirkungsgrades im Dampfprozess dar. Hierbei werden die
Heizflächen der Zwischenüberhitzer als Mitteldruckteil im
Hochdruckdampferzeuger integriert, wobei die beiden
Dampfturbinenstufen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet
werden. Der Hochdruckteil und der Mittel- oder Niederdruckteil
des Hochdruckdampferzeugers und des Dampfturbinensatzes sind
daher betriebsmäßig stark miteinander verknüpft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen
Hochdruckdampferzeuger derart zu gestalten, dass eine
Wirkungsgradsteigung durch den Einsatz eines Zwischenüberhitzers
möglich wird, ohne dass Umbaumaßnahmen an einem bereits
vorhandenen Hochdruckdampferzeuger notwendig sind.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen
Hochdruckdampferzeuger erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Konzept der Zwischenüberhitzer-Schaltung
lässt sich sowohl auf konventionelle Kraftwerke mit anderen
Brennstoffen als Hüttengase als auch auf kombinierte Gas-Dampf-
Kraftanlagen anwenden. Im letzteren Fall bieten sich
Zwischenüberhitzer-Lösungen mit Zusatzverdampfer und
Zusatzfeuerung zum Beispiel mit Gichtgas oder ungefeuerte
Abhitzeanlagen an.
Durch die Anordnung des den Wirkungsgrad steigernden
Zwischenüberhitzers in einem getrennten Rauchgaskanal kann der
Hochdruckdampferzeuger in seiner vorhandenen Form bestehen
bleiben. Sind darüber hinaus in Ausgestaltung der Erfindung der
Hochdruckteil und der Mittel- oder Niederdruckteil des
Dampfturbinensatzes jeweils über eine Kupplung mit einem
Generator verbunden, so können im Stör- oder Bedarfsfall die
Hochdruckteile und die Mittel- oder Niederdruckteile von
Hochdruckdampferzeuger und Dampfturbinensatz unabhängig
voneinander betrieben werden. Weitere Vorteile der Erfindung
werden im Zusammenhang mit der Erläuterung des
Ausführungsbeispieles genannt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt das Schaltbild eines Hochdruckdampferzeugers mit einen
Zwischenüberhitzer.
Ein vorzugsweise in einem Hüttenwerk angeordneter und mit
Gichtgas beheizter Hochdruckdampferzeuger 1 ist mit einem
Überhitzer 2 versehen. Eine sich an der Überhitzer 2
anschließende Hochdruckdampfleitung 3 ist zu dem Hochdruckteil 4
eines Dampfturbinensatzes geführt. Der Abdampfaustritt des
Hochdruckteiles 4 ist über eine Verbindungsleitung 5 mit einem
Zwischenüberhitzer 6.
Der Zwischenüberhitzer 6 ist austrittsseitig über eine
Zwischendampfleitung 7 mit dem Mittel- oder Niederdruckteil 8
des Dampfturbinensatzes verbunden. Der Abdampfaustritt des
Mittel- oder Niederdruckteiles 8 ist zu einem Kondensator 9
geführt. An den Kondensator 9 ist eine Kondensatleitung 10
angeschlossen, in der sich eine Kondensatpumpe 11 befindet. Die
Kondensatleitung 10 ist über einen Wasser/Wasser-Wärmetauscher
12 zu einem thermischen Speisewasserentgaser 13 geführt, der
über eine Anzapfleitung 14 mit Anzapfdampf aus dem Mittel- oder
Niederdruckteil 8 des Dampfturbinensatzes beheizt wird. An den
Speisewasserentgaser 13 schließt sich eine Speisewasserleitung
15 an, die durch den Wasser/Wasser-Wärmetauscher 12 geführt ist
und in der eine Druckerhöhungspumpe 16 angeordnet ist. Die
Speisewasserleitung 15 mündet in einen
Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 ein, dessen Austritt mit dem
Hochdruckdampferzeuger 1 verbunden ist. Insoweit ist der
Hochdruckdampferzeuger 1 bekannt.
Der Zwischenüberhitzer 6 ist in einem von dem
Hochdruckdampferzeuger 1 getrennten Rauchgaskanal 18 angeordnet,
der sich an eine Brennkammer 19 anschließt. Die Brennkammer 19
ist mit einem Brenner 20 versehen, der mit Gichtgas betrieben
wird. Die Brennkammer 19 ist als eine mit feuerfesten Steinen
ausgemauerte Verbrennungsmuffel ausgebildet und stellt eine
adiabatische Kammer dar. Durch die Rückstrahlung der heißen
Wände der Verbrennungsmuffel wird eine selbstgängige Verbrennung
des Gichtgases ermöglicht. Auf Erdgas als Stützfeuer kann daher
auch bei Heizwertschwankungen des Gichtgases im Dauerbetrieb
verzichtet werden. Lediglich im Anfahrbetrieb zum Aufheizen der
Steine der Brennkammer 19 bis auf Betriebstemperatur wird Erdgas
benötigt.
Innerhalb des Rauchgaskanals 18 ist in Strömungsrichtung der
Rauchgase hinter dem Zwischenüberhitzer 6 der bereits erwähnte
Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 angeordnet. Auf diese Weise
kann auf eine regenerative Speisewasservorwärmung mittels
Anzapfdampf des Dampfturbinensatzes verzichtet werden. Es ist
damit nur die zu dem thermischen Speisewasserentgaser 13
führende Dampfanzapfung notwendig.
In Strömungsrichtung der Rauchgase ist innerhalb des
Rauchgaskanals 18 hinter dem Hochdruckspeisewasservorwärmer 17
ein Luftvorwärmer 21 zur Bereitstellung von vorgewärmter
Verbrennungsluft für den Brenner 20 der Brennkammer 19
angeordnet. Zur weiteren Absenkung der Temperatur des Rauchgases
kann in dem Rauchgaskanal 18 ein Kondensatvorwärmer 22
installiert werden.
Von dem Rauchgaskanal 18 ist zwischen dem
Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 und dem Luftvorwärmer 21 eine
Rauchgasrückführungsleitung 23 abgezweigt, die in die
Brennkammer 19 einmündet. Ein in der Rauchgasrückführungsleitung
23 angeordnetes Gebläse 24 entnimmt aus dem Rauchgaskanal 18
geregelt Rauchgas und bläst es in die Brennkammer 19.
Mit Hilfe der Rauchgasrezirkulation wird die Austrittstemperatur
des in dem Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 erwärmten
Speisewassers geregelt, wodurch der Hochdruckdampferzeuger 1 mit
einer von der Dampferzeugerlast unabhängigen, konstanten
Speisewassertemperatur betrieben werden kann. Durch die
Rezirkulation des Rauchgases wird weiterhin die Temperatur vor
den Heizflächen des Zwischenüberhitzers 6 so weit reduziert (auf
etwa 950°C), dass trotz der direkten Feuerung geringe
dampfseitige Druckabfälle zur Kühlung der Heizflächen wie in
konventionellen Anlagen realisiert werden können.
In dem Wasser/Wasser-Wärmetauscher 12 wird die Temperatur des
entgasten Speisewassers durch den Wärmetausch mit dem
zurückgeführten, kälteren Kondensat erniedrigt. Dadurch wird
sowohl die Grädigkeit an den Heizflächen des
Hochdruckspeisewasservorwärmers 17 als auch der rauchgasseitige
Wärmetausch erhöht.
Der Zwischenüberhitzer 6 besteht aus zwei
Zwischenüberhitzerstufen 6.1, 6.2. Vor dem Eintritt in die erste
Zwischenüberhitzerstufe 6.1 ist in der Verbindungsleitung 5 ein
Dampfumformventil 25 vorgesehen. Dieses Dampfumformventil 25
befindet sich nur dann in Eingriff, wenn an dem Hochdruckteil 4
des Dampfturbinensatzes Störungen auftreten und zum Beispiel ein
Schnellschluss erfolgt. Zwischen den beiden
Zwischenüberhitzerstufen 6.1, 6.2 ist ein Einspritzkühler 26
angeordnet. Die Regelung der Austrittstemperatur des
Zwischendampfes erfolgt über die Feuerung der Brennkammer 19.
Dabei hält der Einspritzkühler 26 bei Laständerungen die für die
Dampfturbine zulässigen Temperaturen ein. Der Vorteil dieser
Regelung liegt in der lastunabhängigen Konstanz der
Austrittstemperatur des Zwischendampfes ohne Änderung auf der
Einspritzwasserseite im Gegensatz zu konventionellen
Dampferzeugern mit Zwischenüberhitzung. Eine Reduzierung des
elektrischen Wirkungsgrads durch höhere Einspritzwassermengen
auf der Zwischenüberhitzerseite ist daher bei dem oben
beschriebenen Verfahren nicht gegeben.
Der Abdampfaustritt des Hochdruckteiles 4 des
Dampfturbinensatzes ist über eine Zweigleitung 27 unter Umgehung
des Zwischenüberhitzers 6 direkt mit dem Dampfeintritt des
Mittel- oder Niederdruckteil 8 des Dampfturbinensatzes
verbunden. Eine von dieser Zweigleitung 27 ausgehende Leitung 28
ist unter Umgehung des Mittel- oder Niederdruckteiles 8 zu dem
Kondensator 9 geführt. Ferner ist der Abdampfaustritt des
Hochdruckteiles 4 über eine mit einem Dampfumformventil 29
versehene Leitung 30 mit dem Speisewasserentgaser 13 verbunden.
Dem Dampfturbinensatz ist ein Generator 31 nachgeschaltet.
Dieser Generator 31 ist als gemeinsamer Generator über jeweils
eine als Schnellkupplung ausgebildete Kupplung 32, 33 mit dem
Hochdruckteil 4 und dem Mittel- oder Niederdruckteil 8 des
Dampfturbinensatzes verbunden. Konstruktiv können die Gehäuse
der beiden Dampfturbinenstufen einflutig mit axialer Abströmung
ausgeführt werden. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen
Schaltung ist dadurch eine betriebsmäßige Entkopplung der beiden
Dampfturbinenstufen möglich. Der Hochdruckteil und der Mittel-
oder Niederdruckteil des Hochdruckdampferzeugers 1 und des
Dampfturbinensatzes können daher im Stör- und Bedarfsfall
unabhängig voneinander betrieben werden.
Claims (8)
1. Hochdruckdampferzeuger mit einem aus Hochdruckteil (4) und
Mittel- oder Niederdruckteil (8) bestehenden
Dampfturbinensatz, wobei der Hochdruckteil (4) und der
Mittel- oder Niederdruckteil (8) über einen
Zwischenüberhitzer-Kreislauf miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer (6) in
einem von dem Hochdruckdampferzeuger (1) getrennten, direkt
beheizten Rauchgaskanal (18) angeordnet ist.
2. Hochdruckdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil (4) und der Mittel-
oder Niederdruckteil (8) des Dampfturbinensatzes jeweils über
eine Kupplung (32, 33) mit einem gemeinsamen Generator (31)
verbunden sind.
3. Hochdruckdampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Rauchgaskanal (18) an eine
Brennkammer (19) angeschlossen ist, die als eine mit
feuerfesten Steinen ausgemauerte Verbrennungsmuffel
ausgebildet ist.
4. Hochdruckdampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Brennkammer (19) mit Gichtgas
befeuert ist.
5. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer (6) aus
zwei Zwischenüberhitzerstufen (6.1, 6.2) besteht, zwischen
denen ein Einspritzkühler (26) angeordnet ist.
6. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rauchgaskanal (18) in
Strömungsrichtung der Rauchgase hinter dem Zwischenüberhitzer
(6) ein zu dem Hochdruckdampferzeuger (1) gehörender
Hochdruckspeisewasservorwärmer (17) angeordnet ist.
7. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rauchgaskanal (18) in
Strömungsrichtung der Rauchgase hinter dem
Hochdruckspeisewasservorwärmer (17) des
Hochdruckdampferzeugers (1) ein Luftvorwärmer (21) zur
Vorwärmung der Verbrennungsluft für die Brennkammer (19)
angeordnet ist.
8. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass von dem Rauchgaskanal (18) eine
Rauchgasrückführungsleitung (23) zu der Brennkammer (19)
geführt ist.
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