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Dampfkraftanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage
mit Kreislauf eines Arbeitsmittels durch einen Zwangdurchlaufdampferzeuger, eine
mindestens in zwei Druckstufen unterteilte Dampfkraftmaschine, einen zwischen zwei
Druckstufen eingeschalteten Zwischenüberhitzer sowie einen Kondensator. Die Erfindung
ist gekennzeichnet durch zwei an das zum Dampferzeuger gehörende Rohrsystem angeschlossene
Entnahmevorrichtungen für Arbeitsmittel, von denen die eine im Umwandlungsbereich
zwischen der Zone flüssigen und der Zone überhitzten dampfförmigen Arbeitsmittels
an das Rohrsystem des Dampferzeugers und die zweite, die vorzugsweise als Wasserabscheider
ausgebildet ist, am Ende dieses Rohrsystems angeschlossen ist, und ferner durch
zweierlei an diese Entnahmevorrichtungen angeschlossene Abführleitungs-Systeme,
von denen das erste System unter Parallelschaltung der beiden Entnahmevorrichtungen
in den Arbeitsmittelkreislauf zurückführt und das zweite System in Hintereinanderschaltung
die erste Entnahmevorrichtung mit der zweiten verbindet und aus der zweiten an eine
Stelle außerhalb des Kreislaufs führt.
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Die Ausrüstung von Dampfkraftanlagen mit zwei Entnahmevorrichtungen
für Arbeitsmittel ist bekannt. Jedoch ist bei diesen Anlagen im Gegensatz zur Erfindung
nur eine Entnahmevorrichtung direkt mit (lern Rohrsystem des Dampferzeugers verbunden,
und überdies sind die Entnahmevorrichtungen weder au zweierlei Abführleitungssysteme
angeschlossen, noch ist daher eine wahlweise Hintereinander- oder Parallelschaltung
derselben möglich, wie sie die Erfindung vorsieht.
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In weiterer Durchführung der Erfindung kann im zweiten Abführleitungssystem
hinter der zweiten Entnahmevorrichtung ein Abscheide- angeordnet sein, aus dem abgeschiedener
Dampf dem Arbeitsmittel an einer Stelle nach seinem Austritt aus der Kraftmaschine
und vor Wiedereintritt in den Dampferzeuger zugeführt und abgeschiedenes Wasser
all eine Stelle außerhalb des Kreislaufs abgeführt wird.
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Es kann vorteilhaft sein, das zweite Abführleitungssystem an die Wasseraufbereitungsanlage
außerhalb des Kreislaufs zu führen, aus der aufbereitetes Wasser wieder in den Kreislauf
zurückgeführt wird. Ferner kann es zweckmäßig sein, in der zweiten Entnahmevorrichtung
abgetrennten Dampf dem Kreislauf an einer Stelle vor dem Zwischenüberhitzer zuzuführen.
In den Abführleitungssystemen können Regelorgane angeordnet sein, welche, nach Betriebsgrößen
geregelt, die abzuführende Arbeitsmittellänge einstellen. Mittels der im ersten
Abführleitungssystem vorgesehenen Regelorgane kann, nach Betriebsgrößen während
des Anfahrens oder anomalen Betriebes der Anlage geregelt, die abzuführende Arbeitsmittelmenge
eingestellt werden. Es kann auch vorteilhaft sein, mittels im zweiten Abführleitungssystem
angeordneten Regelorganen, die nach Betriebsgrößen während des Dauer-Betriebes geregelt
werden,- die aus dem Kreislauf abgeschlämmte Flüssigkeitsmenge einzustellen.
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Weitere Merkmale der. Erfindung sind auch aus des Zeichnung und der
Beschreibung zu entnehmen, in der Beispiele von Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung
an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Schaltbilder erläutert sind.
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Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer bei unterkritischen Druck betriebenen
Dampfkraftanlage. In Fig.2 ist das Schaltbild für eine .mit kritischem oder überkritischem
Druck betriebene Dampfkraftanlage wiedergegeben.
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In beiden Figuren sind die gleichen Einrichtungen mit den gleichen
Bezugsziffern versehen. Mit 1 ist der Zwangdurchlaüfdampferzeuger bezeichnet. Die
in zwei Druckstufen unterteilte Dampfkraftmaschine ist mit 2 und 3 bezeichnet. 4
ist der von der Kraftmaschine angetriebene Generator. Mit 5 ist der zwischen den
beiden Druckstufen eingeschaltete Zwischenüberhitzer bezeichnet. Der Kondensator
ist mit 6, die Speisewasserpumpe mit 7 und der Economiser mit -8 bezeichnet.
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Das Arbeitsmittel gelangt nach Fig. 1 mittels der Speisewasserpumpe
7 zu dem Economiser 8 im Dampferzeuger und von hier zu der Verdampferheizfläche
9.
Von dieser Heizfläche strömt das Arbeitsmittel zu der Entnahmevorrichtung
10. Von hier gelangt ein Teil des Arbeitsmittels über die Leitung 11 zu dem
Überhitzerteil
12 und von hier über die Leitung
13, die mit den üblichen Regelventilen 14 ausgerüstet ist, zu der
Hochdruckstufe 2 der Turbinenanlage. Der die Hochdruckstufe verlassende Dampf wird
über die Leitung 15 dem Zwischenüberhitzer 5 und von diesem über die
Niederdruckstufe 3 der Kraftmaschine und die Leitung 16 dem Kondensator
6 zugeführt. Die Verbindung zwischen dem Kondensator und der Speisewasserpumpe
7 ist mittels der Leitung 17 mit der Pumpe 18 und dem Speisewassergefäß
19 hergestellt.
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In der Entnahmevorrichtung 10, die als Kesselwasserabscheider
ausgebildet ist, wird das von der Verdampferheizfläche 9 kommende Arbeitsmittel
in Wasser und Dampf getrennt. Das abgeschiedene Wasser verläßt die Entnahmevorrichtung
über die Leitung 20, die mit einer zweiten Entnahmevorrichtung
21 verbunden ist. In der Leitung 20 ist ein Regelventil 22 vorgesehen,
dessen Öffnung durch die erste Wasserstandsmeßeinrichtung 23 für einen relativ
niedrigen Wasserstand in begrenzter Höhe in der Entnahmevorrichtung 10 geregelt
wird. Die Impulsübertragungsleitung von dieser Meßvorrichtung ist mit 24 bezeichnet.
Zwischen dem Regelorgan 22 und dem Austritt aus der Entnahmevorrichtung
10 ist eine Rückschlagklappe 25 angeordnet. Von der Austrittsleitung
20 zweigt zwischen der Rückschlagklappe und der Entnahmevorrichtung noch
eine Leitung 26 ab, die über einen Kühler, beispielsweise eine Einspritzvorrichtung
26a, zu dem Kondensator 6 führt. In der Leitung 26 ist ebenfalls ein Regelorgan
27 vorgesehen, dessen Betätigung von einer zweiten Wasserstandsmeßeinrichtung
28 für einen relativ höheren Wasserstand in der Entnahmevorrichtung
10 über die Impulsübertragungsleitung 29 beeinflußt wird.
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Das über die Leitung 20 in die Entnahmevorrichtung
21 gelangende Arbeitsmittel wird in dieser, die zweckmäßig als Anfahrkühler
ausgebildet ist und in der ein niedrigerer Druck herrscht als in der Entnahmevorrichtung
10, noch weiterhin in Dämpf und Wasser getrennt. Der hier abgetrennte Dampf
strömt über die Leitung 30 in die zum Zwischenüberhitzer 5
führende Leitung
15. Die Austrittsseite des Zwischenüberhitzers ist zweckmäßig über die mit
einem Absperrorgan versehene Leitung 15a an den Einspritzkühler 26a angeschlossen.
Das in der Entnahmevorrichtung 21 abgetrennte Wasser wird über die mit einem
Absperrorgan 31 versehene Leitung 32 dem Ausdampfgefäß 33 zugeführt.
Die Öffnung des Organs 31 wird von der ersten Wasserstandsmeßeinrichtung
34 für einen niedrigen Wasserstand in begrenzter Höhe der Entnahmevorrichtung
21 über die Impulsübertragungsleitung 35 beeinflußt. Zwischen dein
Regelorgan 31 und der Entnahmevorrichtung 21 ist auch hier eine Rückschlagklappe
36 vorgesehen. Von der Leitung 32 zweigt zwischen der Rückschlägklappe und
der Entnahmevorrichtung noch die Leitung 37
ab, die in die zum Kondensator
6 führende Leitung 26 einmündet. Die Leitung 37 ist ebenfalls mit einem Regelventil
38 ausgerüstet, das in Abhängigkeit von dem Wasserstandsmeßgerät 39 für einen höheren
Wasserstand diese- Entnahmevorrichtung über die Impulsiibertragungsleitung 40 geregelt
wird.
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Das über die Leitung 32 in das Ausdampfgefäß 33 eintretende
Arbeitsmittel wird in diesem nochmals in Dampf und Wasser getrennt, und der Dampfanteil
wird über die Leitung 41 in das Speisewassergefäß 19 oder in einen Vorwärmer 19a
geführt. Das aus dem Ausdampfgefäß 33 über die Blende 42 abgeführte salzhaltige
'\@jasser kann einer hier nicht- gezeigten Entsalzungsanlage zugeführt werden, nach
deren Durchlauf es in entsalztem Zustand dem Kreislauf des Arbeitsmittels an der
passenden Stelle wieder zugefiihrt werden kann.
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Während des Normalbetriebes der Dampfkraftanlage übernehmen die von
den Meßgeräten 23 bzw. 34 beeinflußten Ventile 22 bzw. 31 der Entnahmevorrichtungen
10 bzw. 21 die Abführung von in diesen beiden Entnahmevorrichtungen
abgeschiedenem Wasser. Das Ventil 22 wird so beaufschlagt, daß es etwa 4
1/o des bei Normalbetrieb umlaufenden Arbeitsmittels über die Leitung
20 der Entnahmevorrichtung 21 zuführt, wo etwa ein Drittel dieser
Menge ausdampft. Dieser Dampf wird über den Zwischenüberhitzer in den Kreislauf
zurückgeführt. Das in der Entnahmevorrichtung 21 anfallende Wasser wird in
das Ausdampfgefäß 33 geführt, und der hier abgetrennte Dampf gelangt in das
Speisewassergefäß. Es ist zweckmäßig, wenigstens einen Teil des im Ausdampfgefäß
33 anfallenden Abschlämmwassers über die Blende oder Ablaßregeleinrichtung
42 in die Speisewasseraufbereitungs- oder Reinigungsanlage, z. B. eine Totalentsalzungsanlage,
zurückzuführen und zu entsalzen. Durch die mehrfache Ausdampfung und durch das Zurückführen
der Wärme des aus der Anlage abgeführten Wassers auf einer möglichst hohen Stufe
in den Prozeß gelingt es, den ökonomischen Betrieb der ganzen Anlage bedeutend zu
verbessern.
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Beim Anfahren und bei Schwachlast oder bei anomalem Betrieb fällt
eine wesentlich größere Wassermenge in den Entnahmevorrichtungen an. Es ist unzweckmäßig,
eine derartig große Wassermenge auf dem für Normalbetrieb der Kesselanlage üblichen
Weg abzuführen, weil durch die dabei in der Entnahmevorrichtung 21 entstehende
große Dampfmenge die Temperatur vor dem Zwischenüberhitzer zu tief abgesenkt werden
könnte und andererseits das Speisewassergefäß, in das der größte Teil des in flüssiger
Form aus der Entnahmevorrichtung 21 abgeführten Arbeitsmittels zuletzt einmündet,
mit zu großen Sicherheitsventilen oder anderen geeigneten Mitteln zur Abführung
des Schwadendampfes ausgerüstet werden müßte. Um dies zu vermeiden, sind die in
den Leitungen 26 und 37 angeordneten Ventile 27 und 38 größer
dimensioniert als die Ventile 22 und 31, so daß sie in der Lage sind, den Abfluß
der bei den anomalen Betriebsfällen anfallenden großen Wasser-oder Kondensatmengen
in den Kondensator ohne weiteres zu regeln. Steigt also der Wasserspiegel in den
Entnahmevorrichtungen 10 und 21 über die Höhe hinaus, bis zu welcher
die Wasserstandseinrichtungen 23 und 34 die Regelaufgabe für die Ventile 22 und
31 übernehmen, so fällt die weitere Regelaufgabe den Ventilen 27 und
38 zu, und die in den Entnahmevorrichtungen anfallenden großen Wassermengen
werden über den Einspritzkühler 26a in den Kondensator zurückgeführt. Dieser Einspritzkühler
kann so ausgebildet sein, daß die bei der Entspannung des abgeführten Arbeitsmittels
entstehenden voluminösen Dampfschwaden in den Abdampfstutzen der Turbine und nur
das Restwasser in den unteren Teil des Kondensators gelangen.
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Während z. B. jedes der Ventile 22 und 31 für die Bewältigung von
maximal 1001o der Arbeitsmittelmenge eingerichtet sind, werden im Kesselnormalbetrieb
über das Ventil 22 etwa 4'Qln der Arbeitsmittelmenge allgeführt. Davon werden
über das nachgeschaltete Ventil 31 etwa 2,5 alo an flüssigem Arbeitsmittel
dem Ausdampfgefä.ß 33 zugeführt, und etwa 1,5 "in strömt in Danßpfform
dem Zwischenüberbitzer
zu. Während des Normalbetriebes bleiben die
Ventile 27 und 38 geschlossen. Bei anomalem Betrieb werden über das Ventil
27 etwa maximal 20o% und über das Ventil 38, zu dem auch noch die mit dem
Bypassventil 43 versehene Bypassleitung 44 führt, maximal etwa 30 bis 50 % der Arbeitsmittelmenge
abgeführt. Aus dem Ausdampfgefäß 33 strömt etwa 1 % des Arbeitsmittels ab, um einer
Entsalzungsanlage zugeführt zu werden. Etwa 1,5'% der Arbeitsmittelmenge wird in
Form von Dampf dem Speisewassergefäß zugeführt.
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Die Regelventile 22 und 31 sind normalerweise dauernd
in Betrieb, so daß unter Umständen mit ihrer schnelleren Abnutzung gerechnet werden
muß. Während der Zeit, in welcher eine Überholung dieser Ventile durchgeführt wird,
können die Ventile 27 und 38 als Reserveventile benutzt werden. Die letzteren übernehmen
den Betrieb automatisch, sobald die Ventile 22 und 31 durch besondere Absperrventile
außer Betrieb gesetzt worden sind und demzufolge der Wasserstand in den Entnahmevorrichtungen
gestiegen ist.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung wird es ermöglicht, einerseits
411/o, unter Umständen auch mehr, je nach Arbeitsmitteldruck, aus dem Kreislauf
des Arbeitsmittels in der Kesselanlage abzuführen, wobei festgestellt wurde, daß
bei diesen abgeführten Wassermengen die erstrebte Salzkonzentration auf die günstigste
Art erreicht wird, während andererseits aber aus ökonomischen Gründen nur etwa 0,5
bis 1 % dieser Menge dauernd zur Wasseraufbereitung abgeführt zu werden braucht.
Ferner wird erreicht, daß die mit dem abgeführten Wasser anfallende Wärme auf einer
möglichst hohen Stufe bzw. in zwei Stufen dem Arbeitsmittelkreislauf wieder zugeführt
wird und durch die stattfindende zweistufige Ausdampfung die Salzkonzentration im
schließlich abgeführten Restwasser ungefähr verdoppelt wird.
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Während bisher die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtungen für
einen bei unterkritischem Druck betriebenen Dampferzeuger beschrieben ist, so lassen
sich diese auch für einen Dampferzeuger, der für überkritischen Druck ausgelegt
ist, anwenden. Auch ein derartiger Dampferzeuger läßt sich mit der erfindungsgemäßen
Schaltung sehr ökonomisch mit stark reduzierten Abschlämmengen betreiben. In Fig.
2 ist ein derartiger überkritisch betriebener Dampferzeuger schematisch dargestellt.
Die Entnahmevorrichtung kann entweder, wie in Fig.2 gezeigt ist, außerhalb des Kessels
oder innerhalb des Kessels angeordnet sein. Da bei überkritisch betriebenen Dampferzeugern
an jeder Stelle ihres Rohrsystems nur eine Phase des Arbeitsmittels vorhanden ist,
kann hier auch die Regelung für die aus der Entnahmevorrichtung abzuführende Arbeitsmittelmenge
nicht mehr durch die Höhe des Wasserstandes geregelt werden, sondern für die aus
dieser Entnahmevorrichtung abzuführende Arbeitsmittelmengen ist z. B. eine von der
Temperatur des Arbeitsmittels an bestimmten Stellen im Rohrsystem des Dampferzeugers
abhängige Regelung vorgesehen. Die Regelung kann aber auch z. B. in Abhängigkeit
vom Salzgehalt des Arbeitsmittels erfolgen.
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Nach Fig. 2 gelangt das Arbeitsmittel vom Teil 8 des Economisers über
den zweiten in der Brennkammer untergebrachten Economisertei150 zu dem ersten Überhitzerteil
51. Zwischen diesen beiden Heizflächenteilen befindet sich der Umwandlungsbereich
zwischen der Zone flüssigen und dampfförmigen Arbeitsmittels. In diesem Bereich
ist eine Entnahmevorrichtung 52 außerhalb des Dampferzeugers untergebracht, die
gegebenenfalls bei Normalbetrieb z. B. durch Absperrorgane 55 und eine Bypassleitung
56 außer Betrieb gesetzt werden kann. An diese Entnahmevorrichtung ist die Entnahmeleitung
20 angeschlossen, die zu den parallel geschalteten Ventilen 22 und 27 führt. Die
Betätigung dieser Ventile wird hier von dem Temperaturfühler 53, der an einer geeigneten
Stelle der Überhitzerheizfläche 51 vorgesehen ist, über die Impulsleitung 54 beeinflußt.
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Während des Normalbetriebes bleiben die beiden Ventile 22 und 27 geschlossen.
Beim Anfahren und bei sonstigem anomalem Betrieb werden sie aber entsprechend den
in der Heizfläche 51 herrschenden und vom Temperaturfühler 53 festgestellten Temperaturverhältnissen
betätigt. Wenn z. B. die vom Temperaturfühler festgestellte Temperatur zu tief ist,
so öffnet bei kleiner Abweichung von der Solltemperatur das Ventil 22 und läßt eine
gewisse Arbeitsmittelmenge zu der Entnahmevorrichtung 21 abströmen. Wird aber die
Solltemperatur an der Stelle 53 stark unterschritten und werden damit die abzuführenden
Wassermengen sehr groß, so öffnet das Ventil 27 und läßt Flüssigkeit zu dem Kondensator
6 abströmen. Auch bei dieser überkritisch betriebenen Anlage arbeiten also die verschieden
groß dimensionierten Ventile 22 und 27 ebenso, wie dies bei der mit unterkritischem
Druck betriebenen Dampfanlage der Fall ist, nur daß sie hier temperaturabhängig
gesteuert werden.
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Bei einem großen Wasseranfall im Dampferzeuger, wie er z. B. beim
Anfahren vorkommt und bei dementsprechend sehr niederer Temperatur an der Temperaturmeßstelle
53, läßt das Ventil 27 eine bestimmte Wassermenge zu dem Kondensator abströmen,
bei geringem Wasseranfall und dementsprechend etwas höherer Temperatur an der Meßstelle
53 öffnet das Ventil 22 und gibt den Weg für eine bestimmte kleinere Wassermenge
zu der Entnahmevorrichtung 21 frei. Diese wird dort ausgedampft und zum Teil als
Dampf dem Zwischenüberhitzer und zum Teil als Flüssigkeit dem Ausdampfgefäß 33 zugeführt,
wie es auch bei der bei unterkritisch betriebenen Kesselanlage der Fall ist. Auch
hier wird daher ein schnelles Hochfahren der Anlage erreicht und überdies auch die
Wärme des abgeführten Wassers dem Kreislauf des Arbeitsmittels auf möglichst hohem
Niveau wieder zugeführt. Ferner werden auch hier, wie beim unterkritisch betriebenen
Dampferzeuger, die Nachteile der bei normalem Betrieb sehr ökonomisch wirkenden
Schaltung für den anomalen Betrieb der Kesselanlage vermieden.