-
Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischen
dem Hochdruck- und dem Niederdruckteil der Kraftmaschine einer Dampfkraftanlage
zwischenüberhitzten Dampfes, wobei die Zwischenüberhitzung einesteils mittels Rauchgasen
und anderenteils mittels Hochdruckdampfes erfolgt, der aus dem Dampferzeuger der
Dampfkraftanlage zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überhitzerheizflächen entnommen
wird.
-
Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt, um die Temperatur
von zwischenüberhitztem Dampf auf einem gewünschten Wert zu halten. So verwendet
man beispielsweise Schwenkbrenner, mit deren Hilfe die Zone stärkster Erwärmung
in. dem Dampferzeuger verlagert werden kann. Eine Verschwenkung der Brenner hat
aber gleichzeitig einen starken Einfluß auf sämtliche anderen Heizflächen, so daß
zusätzliche Regeleinrichtungen an anderen Stellen eingebaut sein müssen. Insbesondere
lassen sich nicht zwei Zwischenrüberhitzer gleichzeitig durch die Schwenkbrenner
regeln. Man hat auch schon Zwischenüberhitzer in dem Rauchgaskanal in voneinander
getrennten Zügen, welche durch Rauchgasklappen mehr oder weniger stark verschlossen
werden können, angeordnet. Hierbei soll die unterschiedliche ?Senge des durchtretenden
Rauchgases die Temperaturregelung in den Zwischenüberhitzern bewirken. Diese Anordnung
ist kostspielig und erfüllt ihren Zweck bei modernen Anlagen nur unvollkommen, bei
denen wegen des besseren thermischen Wirkungsgrades die Zwischenüberhitzer im Bereich
der Strahlungswärmeübertragung - also in oder nahe der Brennkammer - angeordnet
sein müssen. Man kann auch den Zwischenüberhitzer aus zwei Teilen aufbauen und zwischen
die Teile einen Dampfkühler schalten. Hierbei müssen allerdings für die Unterbringung
dieser Kühlwärme besondere Einrichtungen oder Schaltungen vorgesehen werden.
-
Es ist auch bekannt, die Zwischenüberhitzungstemperatur durch Einspritzen
von Kondensat in den zwischenüberhitzten Dampf zu regeln. Bei diesem bekannten Regelverfahren
entsteht der große Nachteil, daß hierdurch der Wirkungsgrad der Anlage übermäßig
stark herabgesetzt wird. Die großen eingespritzten Wassermengen müssen nämlich wieder
verdampft und überhitzt werden, ohne daß die hierfür aufgewendete Energie in dem
Hochdruckteil der Turbinenanlage in Arbeit umgesetzt werden kann. Ferner besteht
bei dieser Methode noch die Gefahr von Überhitzer- und Turbinenversalzungen.
-
Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß mindestens
abhängig von der Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes eine zusätzliche Menge
flüssigen Arbeitsmittels einer Stelle des Dampferzeugers zugeführt wird, die im
Wegre des durch den Verdampfer und überhitzer des Dampferzeugers strömenden Arbeitsmittels
vor der Entnahmestelle des der Zwischenüberhitzung dienenden Hochdruckdampfes liegt.
Die Einspritzung, für die zweckmäßig die Stelle ausgesucht wird, wo das Arbeitmittel
noch nicht vollständig überhitzt ist, setzt den Wirkungsgrad der Anlage nicht herab.
Sie hat im Gegenteil den Vorteil, daß die eingespritzte Flüssigkeitsmenge nach ihrer
Umwandlung in überhitzten Dampf noch in dem Hochdruckteil der Turbine zusätzlich
Arbeit leistet.
-
Der Heizdampf für den Regulier-Zwischenüberhitzer kann an einer Stelle
des Dampferzeuger-Rohrsystems entnommen werden, an welcher er eine Temperatur besitzt,
die die Verwendung von ferritischem Stahl als Material für den Regulier-Zwischenüberhitzer
gestattet. Die Aufteilung des Zwischenüberhitzers in einen direkt beheizten und
in einen indirekt beheizten Teil kann derart geschehen, daß der Regulier-Zwischenüberhitzer
aus mehr oder minder hochlegiertem, ferritischem Stahl bestehen kann, während lediglich
der direkt beheizte Zwischenüberhitzer aus wesentlich teuerem, hitzebeständigem
Stahl, beispielsweise austenitischem Stahl, hergestellt werden muß. Der Heizdampf
müßte also an einer Stelle aus dem Dampferzeuger-Rohrsystem abgeführt werden, an
der er - je nach dem Legierungsgrad des ferritischen Stahls - eine Temperatur unter
oder höchstens von 550° C besitzt. Eine weitere Vereinfachung läßt sich noch dadurch
erzielen, daß der Regulier-Zwischenüberhitzer aus niedrig legiertem Stahl besteht
und als Schweißkonstruktion ausgeführt ist.
Niedrig legierter Stahl
besitzt höchstens 0,5%Molybdän und geringe Spuren Chrom; er braucht nur bei ,etwa
650 bis 700° C spannungsfrei, nicht dagegen bei höheren. Temperaturen normalisierend
geglüht zu werden. Obwohl bei Verwendung niedrig legierter, ferritischer Stähle
die H.eizdampftemperatur für den indirekt beheizten Zwischenüberhitzer unterhalb
500° C liegen muß, ist es ohne Schwierigkeiten möglich, mit dem direkt beheizten
Zwischenüberhitzer die notwendige Temperatursteigerung auf den gewünschten Wert
zu erzielen, ohne daß dieser zu große Abmessungen. annimmt --. auch wenn er derart
im Dampferzeuger angeordnet ist, daß er gegen die Flammenstrahlung abgeschirmt ist.
Dies würde beispielsweise im Rauchgaskanal der Fall sein, also in einem Gebiet,
wo die Temperatur der Feuerungsgase bereits etwas abgesunken ist. Auf diese Weise
ist aber der direkt beheizte Zwischenüberhitzer während des An£ahrens und bei Schwachlastbetrieb
auch ohne besondere Kühlung nicht mehr gefährdet. Es können also alle Schaltungen
in Fortfall kommen, die bisher zum Schutze des Zwischenüberhitzers notwendig waren.
-
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Anlagen mit einem einzigen
Zwischenüberhitzer. Wenn die Anlage mindestens zwei direkt beheizte Zwischenüberhitzer
besitzt, so kann mindestens einem der direkt beheizten Zwischenüberhitzer ein indirekt
beheizter Regulier-Zwischenüberhitzer vorgeschaltet sein. Der zweite direkt beheizte
Zwischenüberhitzer kann beispielsweise durch Schwenkbrenner oder ebenfalls mit Hilfe
eines vorgeschalteten, indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzers geregelt
werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt, die eine Dampfkraftanlage mit Zwangdurchlauf-Dampferzeuger, zwei Turbinen
und einem zwischen diese geschalteten, direkt beheizten Zwischenüberhitzer und einem
indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzer schematisch zeigt.
-
Das Arbeitsmittel wird aus dem Kondensator 1 mittels der Kondensatpumpe
2 durch die Leitung 3 in den Speisewasserbehälter 4 gefördert. Von dort aus bringt
die Speisepumpe 5 das Arbeitsmittel auf Betriebsdruck und fördert es weiter durch
die Zuleitung 6 in eine erste, rauchgasbeheizte Heizfläche 7 - den »Economiser«
- danach in eine zweite Heizfläche 8, in der die Umwandlung von Wasser in Dampf
stattfindet, und anschließend durch eine Leitung 9 in eine dritte Heizfläche 10
- einen ersten Überhitzer. Von dort aus strömt das Arbeitsmittel durch die Leitung
11 in die Primärseite des indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzers 12, weiter
durch die Leitung 13 in die vierte Heizfläche 14 - den Endüberhitzer - und schließlich
durch die Leitung 15 in den Hochdruckteil 16 der Turbinenanlage. Danach gelangt
das Arbeitsmittel über die Leitung 17 in die Sekundärseihe des indirekt beheizten
Regulier-Zwischenüberhitzers 12, weiter in den direkt beheizten Zwischenüberhitzer
18 und über die Leitung 19 in die Niederdruckstufe 20 der Turbinenanlage, um schließlich
durch die Leitung 21 in. den Kondensator zurückzuströmen. Der Hochdruckteil 16 und
der Niederdruckteil 20 der Turbinenanlage sitzen auf einer gemeinsamen Welle und
treiben den: elektrischen Generator 22.
-
Für die Regelung des indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzers
12 gibt es verschiedene Möglichkeiten. Am vorteilhaftesten ist es, aus der Zuleitung
6 über die Einspritzleitung 23 Wasser zu entnehmen und dieses in die Leitung 9 hinter
der Heizfläche 8 einzuspritzen, wobei die Einspritzmenge von der Stellung des Durchfluß-Regelorgans
24 abhängt. Die Regeleinrichtung 25, die das Durchfluß-Regelorgan 24 steuert, kann
von einer Temperatur-Meßstelle 26 kurz hinter der Einmündung der Einspritzleitung
23 in die Leitung 9 und von einer Meßstelle 27 am Austritt des direkt beheizten
Zwischenüberhitzers 18 beeinflußt sein.
-
Würde beispielsweise die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes
beim Verlassen des direkt beheizten Zwischenüberhitzers 18 absinken, so würde die
Temperatur-Meßstelle 27 die Regeleinrichtung 25 und damit das Durchfluß-Regelorgan
24 derart steuern, daß eine geringere Wassermenge in die Leitung 9 eingespritzt
wird. Das Arbeitsmittel würde in dem ersten Überhitzer 10 stärker erwärmt werden,
könnte eine größere Wärmemenge an den zwischenzuüberhitzenden Dampf abgeben und
damitdessenTemperaturerhöhen. Damit die Temperatur des in den Hochdruckteil der
Turbine eintretenden Dampfes den gewünschten Wert hat, wird man, nveckmäßigerweise
eine hier nicht gezeigte weitere Regeleinrichtung einbauen, beispielsweise eine
zweite Einspritzleitung, die Wasser in die Leitung 13 einspritzt. Umgekehrt würde
das Durchfluß-Regelorgan 24 weiter öffnen, wenn die Temperatur an der Meßstelle
27 ansteigen würde. Die Temperatur-Meßstelle 26 dient in erster Linie der Stabilisierung
der Einspritzregelung.
-
Da der indirekt beheizte Zwischenüberhitzer 12 vorzugsweise aus ferritischem
Stahl, insbesondere aus niedrig legiertem ferritischem Stahl in Schweißkonstruktion
besteht, wird man die Aufteilung der LJberhitzerheizflächen 10 und 14 derart wählen,
daß die Temperatur des den ersten Überhitzer 10 verlassenden Dampfes im Normalbetrieb
eine zulässige Temperatur von beispielsweise 500° C nicht überschreitet. Selbstverständlich
besitzt die Anlage noch (nicht dargestellte) Schutzeinrichtungen:, die ein überschreiten
dieser Dampftemperatur in dem Zwischenüberhitzer 12 verhindern.
-
Der Regulier-Zwischenüberhitzer 12 kann durch eine Umgehungsleitung
28, die die Leitungen 11 und 13 auf der Primärseite des Regulier-Zwischenüberhitzers
12 miteinander verbindet, umgangen werden. In dieser Umgehungsleitung 28 befindet
sich ein Durchfluß-Regelorgan. 29, welches in Abhängigkeit von der Temperatur an
der Meßstelle 27 geregelt wird. Bei steigender Temperatur des zwischenüberhitzten
Dampfes öffnet das Durchfluß-Regelorgan 29 stärker und läßt einen größeren Teil
des Hochdruckdampfes an dem Zwischenüberhitzer 12 vorbeiströmen.. Die geringere
Menge des Heizdampfes bewirkt eine Temperaturverminderung des zwischenüberhitzten
Dampfes. Umgekehrt wird das Durchfluß-Rege.lorgan 29 weiter schließen, wenn die
Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes absinkt..
-
Der zwischenüberhitzende Dampf kann auch durch eine Umgehungsleitung
30 an dem Regulier-Zwischenüberhitzer 12 sekundärseitig vorbeiströmen. Ein Durchfluß-Regelorgan
31 in dieser Leitung wird in Abhängigkeit von der Temperatur an der Meßstelle 27
geregelt. Bei steigender Temperatur des zwischenüberheizten Dampfes öffnet das Durchfluß-Regelorgan
31 stärker. Ein Teil des zwischenzuüberhitzenden Dampfes gelangt ohne vorherige
Zwischenüberhitzung in dem Regulier-Zwischenüberhitzer 12 in den direkt beheizten
Zwischenüberhitzer 18, so daß die Temperatur der gesamten. Dampfmenge am Austritt
aus dem Zwischenüberhitzer 18 sinkt. Umgekehrt wird
das Durchfluß-Regelorgan
31 weiterschließen, wenn die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes abfällt.
-
Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen denkbar. Beispielsweise
kann die Temperatur-Meßstelle 27 bereits zwischen den beiden Zwischenüberhitzern
12 und 18 angeordnet sein. Die Turbinenanlage kann aus mehr als zwei Teilen bestehen,
so daß auch entsprechend mehr Zwischenüberhitzer Verwendung finden, welche in der
erwähnten Weise mit Hilfe eines Regulier-Zwischenüberhitzers oder mit Hilfe anderer
Einrichtungen geregelt werden können. Die Erfindung beschränkt sich auch nicht auf
einen hier dargestellten Zwangdurchlauf-Dampferzeuger, sondern kann auch in Verbindung
mit anders betriebenen Dampferzeugern verwendet werden.