DE102017205382A1

DE102017205382A1 - Wasserrückführung in vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugern

Info

Publication number: DE102017205382A1
Application number: DE102017205382.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Brückner; Martin Effert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US20210131312A1; CN110476014A; US11692703B2; JP6906627B2; KR20190128719A; EP3583355A1; WO2018177738A1; ES2882191T3; CA3058356C; JP2020512522A; KR102315403B1; EP3583355B1; CN110476014B; CA3058356A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger, wobei dem Zwangdurchlaufdampferzeuger Speisewasser als Arbeitsfluid zugeführt wird, und dort zuerst einen Speisewasservorwärmer (1) und dann einen Verdampfer (2) durchströmt und dabei zumindest teilweise verdampft, wobei das teilweise verdampfte Arbeitsfluid einem Wasserabscheidesystem (3) zugeführt wird, in dem nicht verdampftes Arbeitsfluid von verdampftem Arbeitsfluid abgetrennt und gesammelt wird, bei dem zumindest ein Teil des im Wasserabscheidesystem (3) gesammelten nicht verdampften Arbeitsfluids dem Verdampfer (2) geodätisch zugeführt wird und ab einer bestimmten Menge anfallenden nicht verdampften Arbeitsfluids ein übriger Teil automatisch aus dem Wasserabscheidesystem (3) ausgeschleust wird. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger sowie eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger.
Abhitzedampferzeuger mit Zwangdurchlaufverdampfer sind als sogenannte horizontale (mit horizontalem Rauchgaspfad) und vertikale (mit vertikalem Rauchgaspfad) BENSON Abhitzedampferzeuger bekannt. Die Ausführungsform mit vertikalem Rauchgaspfad weist Kostenvorteile gegenüber der horizontalen Bauform auf. Demgegenüber stehen betriebliche Nachteile des vertikalen BENSON Abhitzedampferzeugers in Form eines erheblich höheren Wasserverbrauchs, verursacht durch einen deutlich größeren Wasserausstoß (Blowdown) beim Anfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers, d.h. mit einem vertikalen Rauchgaspfad, in einem Abhitzedampferzeuger anzugeben, bei dem der Wasserverbrauch gegenüber dem Stand der Technik verringert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine entsprechende Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger anzugeben.
Die Erfindung löst die auf ein Verfahren zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einem derartigen Verfahren zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger, wobei dem Zwangdurchlaufdampferzeuger Speisewasser als Arbeitsfluid zugeführt wird, und dort zuerst einen Speisewasservorwärmer und dann einen Verdampfer durchströmt und dabei zumindest teilweise verdampft, wobei das teilweise verdampfte Arbeitsfluid einem Wasserabscheidesystem zugeführt wird, in dem nicht verdampftes Arbeitsfluid von verdampftem Arbeitsfluid abgetrennt und gesammelt wird, zumindest ein Teil des im Wasserabscheidesystem gesammelten nicht verdampften Arbeitsfluids dem Verdampfer geodätisch zugeführt wird und ab einer bestimmten Menge anfallenden nicht verdampften Arbeitsfluids ein übriger Teil automatisch aus dem Wasserabscheidesystem ausgeschleust wird.
Durch die Rückführung des nicht verdampften Arbeitsfluids wird der Wasserverbrauch der Gas- und Dampfturbinenanlage erheblich reduziert. Die für die Entsorgung des anfallenden Abwassers erforderlichen Systeme können kleiner (und damit kostengünstiger) ausgelegt werden. Die für die Nachspeisung des notwendigen Deionats erforderlichen Systeme können ebenfalls kleiner (und damit kostengünstiger) ausgelegt werden.
Aufgrund der geodätischen Rückführung entfällt die Notwendigkeit für den Einsatz von Pumpen. Dies wirkt sich sowohl bei den Investitionen als auch bei der Ausfallsicherheit der Anlage positiv aus.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Wasserabscheidesystem einen Abscheider und eine Flasche umfasst und das nicht verdampfte Arbeitsfluid aus dem Abscheider rückgeführt wird, da dies den Aufwand für eine geodätische Rückführung im Vergleich zu einer Ausführung ohne Trennung von Abscheider und Flasche gering hält.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Rückführung des nicht verdampften Arbeitsfluids aus dem Wasserabscheidesystem in den Verdampfer lediglich eine Absperrarmatur geöffnet wird und die Menge an rückgeführtem Arbeitsfluid allein durch die Geometrie des Wasserabscheidesystems geregelt wird.
Die auf eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger gerichtete Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Speisewasservorwärmer, dem mittels einer Speisewasserpumpe über eine Speisewasserzuleitung Speisewasser als Arbeitsfluid zugeführt werden kann, einem Verdampfer, der dem Speisewasservorwärmer in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids nachgeschaltet ist und vom Arbeitsfluid durchströmt werden kann und dieses zumindest teilweise verdampfen kann, einem Wasserabscheidesystem am Ausgang des Verdampfers, das unverdampftes Arbeitsfluid von verdampftem Arbeitsfluid trennen kann, wobei das Wasserabscheidesystem einen Abscheider und eine Flasche umfasst, welche als separate Behälter ausgeführt sind, wobei eine Rückleitung vom Abscheider in eine Einbindestelle des Verdampfers mündet und ein Arbeitsmittelauslass für die Rückleitung im Abscheider so weit oberhalb der Einbindestelle liegt, dass ein geodätischer Rücklauf des nicht verdampften Arbeitsfluids über die Rückleitung in den Verdampfer möglich ist, wobei ferner eine Ablaufleitung vom Abscheider abzweigt und in die Flasche mündet und so im Wasserabscheidesystem angeordnet ist, dass sie zumindest zum Teil oberhalb der Rückleitung angeordnet ist.
Sollte mehr Wasser am Abscheider ankommen, als in den Verdampfer zurücklaufen kann, wird der Füllstand im Abscheider bis zu einem durch die Anordnung der Ablaufleitung definierten Punkt ansteigen und dann automatisch in die Flasche ablaufen. Dieses in die Wasserflasche ablaufende Wasser wird auf dem bisher bekannten Weg ausgeschleust.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Absperrarmatur in der Rückleitung angeordnet, so dass bei Beendigung des Wasserausstoßes die Rückleitung zum Verdampfer geschlossen werden kann.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Rückschlagklappe in der Rückleitung angeordnet ist, so dass die Strömung des unverdampften Arbeitsfluids auch nur in einer Richtung möglich ist und zwar vom Wasserabscheidesystem hin zum Verdampfer.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Ablaufleitung ein durch den Boden des Abscheiders in den Abscheider hineinragendes Rohr.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn eine erste Entleerungsleitung so an einem unteren Ende des Abscheiders angeordnet ist und in die Flasche mündet, dass eine möglichst vollständige Entleerung des Abscheiders möglich ist.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn ein Teilstück der Ablaufleitung zwischen Abscheider und Flasche siphonartig ausgebildet ist und an seiner tiefsten Stelle mit einer zweiten Entleerungsleitung versehen ist, die in die Flasche mündet.
Die genannten Ausführungen haben alle den Vorteil, dass Rücklauf und Ablauf automatisch erfolgen und sich aus der Geometrie des Wasserabscheidesystems ergeben und keine aktive Regelung notwendig ist, wie beispielsweise bei einer Lösung, bei der in der Rückleitung eine Ventilanordnung mit der Funktion eines Drei-Wege-Ventils angeordnet ist, von der eine Leitung in die Flasche abzweigt.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:

1 eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers mit Wasserabscheidesystem, gemäß der Erfindung bei dem Abscheider und Flasche getrennt sind,
2 eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers mit Wasserabscheidesystem, bei dem Abscheider und Flasche eine Einheit bilden,
3 eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers gemäß der Erfindung, wobei die Ablaufleitung für den Überlauf zur Flasche ein durch den Boden des Abscheiders gestecktes Rohr umfasst,
4 eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers gemäß der Erfindung, wobei die Ablaufleitung einen zwischen Abscheider und Flasche angeordneten Siphon umfasst und
5 eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers bei der Rezirkulation und Ablauf zur Flasche über ein Drei-Wege-Ventil erfolgen.

Die 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers mit Speisewasservorwärmer 1, dem mittels einer Speisewasserpumpe 7 über eine Speisewasserzuleitung 8 Speisewasser als Arbeitsfluid zugeführt werden kann, und Verdampfer 2, sowie mit einem Wasserabscheidesystem 3. Für die Umsetzung der erfinderischen Vorrichtung ist es notwendig, im Wasserabscheidesystem 3 den Abscheider 4 von der Wasserflasche 5 zu trennen. Eine technisch weniger vorteilhafte Lösung mit einem gemeinsamen Behälter für Abscheider und Flasche ist in der 2 gezeigt.
In der Ausführungsform der 1 liegt das untere Ende 17 des Abscheiders 4 deutlich oberhalb einer Einbindestelle 10 in den Verdampfer 2, beispielsweise oberhalb des Eintrittssammlers 20. Ein geodätischer Ablauf vom Abscheider 4 zum Verdampfer 2 wird dadurch möglich. Der Ablauf erfolgt von Arbeitsmittelauslass 11 über die Rückleitung 9 und die darin befindliche Absperrarmatur 6 bis zur Einbindestelle 10. Ferner ist im Ausführungsbeispiel der 1 eine Rückschlagklappe 13 in der Rückleitung 9 angeordnet.
Sobald beim Anfahren das vom Verdampfer 2 ausgestoßene Wasser im Abscheider 4 ankommt und abgeschieden wird, kann dieses Wasser in den Verdampfer 2 zurücklaufen. Die Effizienz dieser Maßnahme nimmt zu, wenn der Verdampfer 2 zum Anfahren nicht vollständig gefüllt wird. Sollte mehr Wasser am Abscheider 2 ankommen, als in den Verdampfer 2 zurücklaufen kann, wird der Füllstand im Abscheider 4 bis zum Überlauf 21 in die Wasserflasche 5 ansteigen. Dieses über eine Ablaufleitung 12 vom Abscheider 4 in die Wasserflasche 5 überlaufende Wasser wird auf dem bisher bekannten Weg ausgeschleust. Ist der Wasserausstoß beendet (Druckanstieg im System) wird die Absperrarmatur 6 in der Rückleitung 9 zum Verdampfer 2 geschlossen. Eine zweite, möglichst klein ausgeführte, erste Entleerungsleitung 16 vom Abscheider 4 zur Wasserflasche 5 dient ausschließlich der möglichst vollständigen Entleerung des Abscheiders 4 während des Betriebs und im Stillstand der Anlage.
2 zeigt eine weniger vorteilhafte Lösung des Problems. Für die Umsetzung dieser Lösung können Abscheider 4 und Wasserflasche 5 des Wasserabscheidesystems 3 allerdings in einem gemeinsamen Gefäß verbleiben. Der Rücklauf des nicht verdampften abgetrennten Arbeitsfluids in den Verdampfer 2 erfolgt wiederum über die Rückleitung 9 und die darin befindliche Absperrarmatur 6 bzw. die Rückschlagklappe 13. Sobald beim Anfahren das vom Verdampfer 2 ausgestoßene Wasser im Abscheider 4 ankommt und abgeschieden wird, steigt zunächst der Wasserstand in der Wasserflasche 5 bis zum Niveau des Anschlusses der Rückleitung 9 an. Dann kann Wasser in den Verdampfer 2 zurücklaufen. Ist der Wasserausstoß beendet (Druckanstieg im System), wird die Absperrarmatur 6 in der Rückleitung 9 zum Eintrittssammler 20 des Verdampfers 2 geschlossen. Die Effizienz dieser in 2 beschriebenen Lösung ist geringer als die der Ausführungsform der 1, da ein Rücklauf in den Verdampfer 2 erst möglich ist, wenn die Wasserflasche 5 weitgehend gefüllt ist.
Die Ausführungsform der 3 weist, wie auch die folgende Ausführungsformen, wieder ein Wasserabscheidesystem 3 auf, bei dem Abscheider 4 und Flasche 5 getrennt sind und unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 durch die Ausbildung der Ablaufleitung 12. Der Überlauf zur Flasche 5 erfolgt hier nicht über die Außenwand des Abscheiders 4, sondern über ein durch den Boden 14 des Abscheiders 4 durchgestecktes Rohr 15. Die Länge dieses Rohres 15 bestimmt dabei den sich einstellenden Füllstand im Abscheider 4.
Die Ausführungsform der 4 unterscheidet sich von den 1 und 3 durch die Ausbildung der Ablaufleitung 12. Der Überlauf zur Flasche 5 erfolgt hier nicht über die Außenwand des Abscheiders 4 oder über ein Rohr 15, sondern über einen zwischen Abscheider 4 und Flasche 5 angeordneten Siphon 22. Die Höhe dieses Siphons 22 bestimmt dabei den sich einstellenden Füllstand im Abscheider 4. Zu diesem Zweck ist ein Teilstück der Ablaufleitung 12 zwischen Abscheider 4 und Flasche 5 siphonartig ausgebildet und an seiner tiefsten Stelle 18 mit einer zweiten Entleerungsleitung 19 versehen, die in die Flasche 5 mündet.
5 zeigt eine Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers mit von den bisherigen Figuren abweichender Rückleitung 9 bzw. Ablaufleitung 12. In der Rückleitung 9 ist eine Ventilanordnung 23 mit der Funktion eines Drei-Wege-Ventils angeordnet, von der eine Leitung 24 in die Flasche 5 abzweigt, so dass beide, Rezirkulation und Ablauf zur Flasche 5, hier über ein Drei-Wege-Regelventil 23 erfolgen. Die Stellung dieses Drei-Wege-Regelventils 23 wird über den Füllstand im Abscheider 5 geregelt.

Claims

Verfahren zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger, wobei dem Zwangdurchlaufdampferzeuger Speisewasser als Arbeitsfluid zugeführt wird, und dort zuerst einen Speisewasservorwärmer (1) und dann einen Verdampfer (2) durchströmt und dabei zumindest teilweise verdampft, wobei das teilweise verdampfte Arbeitsfluid einem Wasserabscheidesystem (3) zugeführt wird, in dem nicht verdampftes Arbeitsfluid von verdampftem Arbeitsfluid abgetrennt und gesammelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im Wasserabscheidesystem (3) gesammelten nicht verdampften Arbeitsfluids dem Verdampfer (2) geodätisch zugeführt wird und ab einer bestimmten Menge anfallenden nicht verdampften Arbeitsfluids ein übriger Teil automatisch aus dem Wasserabscheidesystem (3) ausgeschleust wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wasserabscheidesystem (3) einen Abscheider (4) und eine Flasche (5) umfasst und das nicht verdampfte Arbeitsfluid aus dem Abscheider (4) rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Rückführung des nicht verdampften Arbeitsfluids aus dem Wasserabscheidesystem (3) in den Verdampfer (2) eine Absperrarmatur (6) geöffnet wird und die Menge an rückgeführtem Arbeitsfluid allein durch die Geometrie des Wasserabscheidesystems (3) geregelt wird.
Vorrichtung zum Anfahren eines vertikalen Zwangdurchlaufdampferzeugers in einem Abhitzedampferzeuger mit - einem Speisewasservorwärmer (1), dem mittels einer Speisewasserpumpe (7) über eine Speisewasserzuleitung (8) Speisewasser als Arbeitsfluid zugeführt werden kann, - einem Verdampfer (2), der dem Speisewasservorwärmer (1) in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids nachgeschaltet ist und vom Arbeitsfluid durchströmt werden kann und dieses zumindest teilweise verdampfen kann, - einem Wasserabscheidesystem (3) am Ausgang des Verdampfers (2), das unverdampftes Arbeitsfluid von verdampftem Arbeitsfluid trennen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserabscheidesystem (3) einen Abscheider (4) und eine Flasche (5) umfasst, welche als separate Behälter ausgeführt sind, wobei eine Rückleitung (9) vom Abscheider (4) in eine Einbindestelle (10) des Verdampfers (2) mündet und ein Arbeitsmittelauslass (11) für die Rückleitung (9) im Abscheider (4) so weit oberhalb der Einbindestelle (10) liegt, dass ein geodätischer Rücklauf des nicht verdampften Arbeitsfluids über die Rückleitung (9) in den Verdampfer (2) möglich ist, wobei ferner eine Ablaufleitung (12) vom Abscheider (4) abzweigt und in die Flasche (5) mündet und so im Wasserabscheidesystem (3) angeordnet ist, dass sie zumindest zum Teil oberhalb der Rückleitung (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Absperrarmatur (6) in der Rückleitung (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei eine Rückschlagklappe (13) in der Rückleitung (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Ablaufleitung (12) ein durch den Boden (14) des Abscheiders (4) in den Abscheider (4) hineinragendes Rohr (15) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei eine erste Entleerungsleitung (16) so an einem unteren Ende (17) des Abscheiders (4) angeordnet ist und in die Flasche (5) mündet, dass eine möglichst vollständige Entleerung des Abscheiders (4) möglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein Teilstück der Ablaufleitung (12) zwischen Abscheider (4) und Flasche (5) siphonartig ausgebildet ist und an seiner tiefsten Stelle (18) mit einer zweiten Entleerungsleitung (19) versehen ist, die in die Flasche (5) mündet.