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Dampfkraftanlage, insbesondere Blockanlage mit Zwangdurchlaufkessel
Hochdruck- und Hochtemperaturturbinen, insbesondere solche mit Zwischenüberhitzung,
vertragen bekanntlich frischdampfseitig nur begrenzte Laständerungen bzw. Lastände.rungsgeschwindigkeiten,
während Laständerungen unter Benutzung der Turbinenentnahmestellen ohne weiteres
zugelassen werden können. Außerdem besitzt der Durchlaufkes.sel gegenüber anderen
Kesselarten, wie z. B. dem Trommelkessel, eine sehr geringe Speicherfähigkeit. Es
wurden daher bereits. verschiedentlich Maßnahmen zur Vergrößerung der Speicherfähigkeit
von Durchlaufkesseln vorgeschlagen.
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So ist bereits eine Einrichtung bekanntgeworden zur Vergrößerung der
Speicherfähigkeit einer in Blockschaltung arbeitenden Dampfkraftanlage mit Zwangdurchlaufkessel
und einer Turbine mit ungesteuerten Entnahmen für die Speisewasservorwärmung durch
Entnahmedampf, bei der die wasserstandsabhängig gesteuerte Abführung des Kondensats
aus dem Kondensator durch unmittelbare Einwirkung auf die wasserstandsabhängige
Steuerung zusätzlich abhängig von der Laständerung, beispielsweise druckabhängig,
gesteuert ist. Dabei wird bei steigendem Kesseldruck (Lastminderung) die Förderung
der Kond.ensatpumpe für die Niederdruckvorwärmer zum Speisewasserbehälter erhöht
und bei fallendem Druck (Laststeigerung) verringert.
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Bei der Dampfkraftanlage nach der Erfindung handelt es sich insbesondere
um eine Blockanlage, und der Dampferzeuger ist ein Zwangdurchlaufkessel mit Speisewasservorwärmung
durch Entnahmedampf und Speisewasserspeicherung zum Ausgleich von Lastschwankungen
und einem Heißwasserspeicher. Speisewasserspeicherungen hat man schon vielfach angewendet,
um damit Lastschwankungen auszugleichen. Im allgemeinen werden dabei Behälter herangezogen,
die als Kondensatbehälter im Gegensatz zu Speisewasserbehältern Kesselspeisewasser
einer niedrigeren Druckstufe aufnehmen. Die bekannten Speicher sind vor der Kesselspeisepumpe
angeordnet. Es ist lediglich bekannt, parallel zu den Hochdruckvorwärmern eine zusätzliche
Speicherpumpe vorzusehen, die der Füllung des Heißwasserspeichers dient. Demgegenüber
besteht das erfinderisch Neue darin, daß der zusätzlich zum Speisewasserbehälter
und gegebenenfalls einem Kaltkondensatspeicher vorgesehene Heißwasserspeicher einen
höheren Druck und eine höhere Temperatur aufweist als der vor der Kesselspeisepumpe
angeordnete Speisewasserbehälter und die Füllung des Heißwasserspeichers mit Wasser
aus dem Speisewasserbehälter in an sich bekannter Weise unter stufenweiser Vorwärmung
durch Entnahmedampf, die Entleerung des Heißwasserspeichers in den Speisewasserbehälter
in ebenfalls an sich bekannter Weise durch Rücklauf von Heißwasser unter stufenweiser
Wärmeabgabe an das Speisewasser bzw. Dampfabgabe an die Turbine erfolgt, und zwar
jeweils in Abhängigkeit von Richtung und Größe der Laständerungen.
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Dem Heißwasserspeicher wird damit auf höchstem Druck- und Temperaturniveau
Heißwasser zugeführt und entnommen und damit eine wirtschaftliche Speicherung der
bei der Entlastung frei werdenden und eine wirtschaftliche Abgabe der bei der Belastung
benötigten Speicherwärme erzielt.
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In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Füllung und Entleerung
des Heißwasserspeichers durch an sich bekannte getrennte Ventile, welche außer von
Lastsignalen auch nach dem Wasserstand in der Weise geregelt werden, daß im Beharrungszustand
(konstante Last) ein mittlerer Wasserstand eingeregelt und bei Laständerungen ein
über- und Unterschreiten von Laständerungen verhindert wird. Weiterhin kann der
Heißwasserspeicher wasserzufiußseitig an dieSpeicherwasserdruckleitung hinter derSpeisepumpe
imBereich der Hochdruckvorwärmstufen angeschlossen sein und zusätzlich zu der Beaufschlagung
mitHeißwasser in an sich bekannter Weise mit Dampf aus einer der obersten Turbinenentnahmestellen
oder der Frischdampfleitung beheizt werden. Die Beaufschlagung des Heißwasserspeichers
mit Entnahmedampf oder Frischdampf dient insbesondere der Warmhaltung des Speichers
bei gleichbleibender Last.
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Die Speicherwirkung kann dadurch erhöht werden, daß außer dem Heißwasserspeicher
und dem Speise-
Wasserbehälter einKaltwasserspeicher von niedrigerem
Druck und niedrigerer Temperatur als der Speisewasserbehälter vorgesehen ist. Dabei
werden unter Konstanthaltung des Wasserspiegels im Speisewasserbehälter Heißwasserspeicher
und Kaltwasserspeicher gegenläufig gefüllt und entleert, so daß z. B. im Belastungsfall
heißes Wasser aus dem Heißwasserspeicher entnommen wird, während das kalte Kondensat
nicht über die Niederdruckvorwärmer in den Speisewasserbehälter, sondern in den
Kaltwasserspeicher geleitet wird. Auf diese Weise wird eine Abgabe von Entnahmedampf
an die Niederdruckvorwärmer unterbunden, so daß dieser Dampf zur Arbeitsleistung
in der Turbine zur Verfügung steht.
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Die - in Strömungsrichtung des aus dem Heißwasserspeicher abgeführten
Speicherwasser gesehenerste Wärmeabgabe kann zunächst entweder in einem Entspanner
oder in einem Wärmetauscher Wasser/ Wasser erfolgen. An diese Wärmeabgabe schließen
sich eine oder mehrere Entspannungstufen an. Bei Verwendung eines Wärmetauschers
Wasser/Wasser befindet sich das'erste Entspannungsventil in Gestalt des Speicherentladeventils
hinter dem Wärmetauscher. Die Wärmeabgabe in einem Wärmetauscher Wasser/Wasser kann
ohne Druckabsenkung, d. h. mit derselben Temperatur erfolgen, wie sie im Heißwasserspeicher
herrscht. Sie stellt gewissermaßen eine indirekte Dampflieferung dar, da durch Einhaltung
des hohen Temperaturniveaus die Zufuhr von Entnahmedampf der obersten Stufe aus
der Turbine verringert oder ganz abgestellt werden kann. Die hier übertragene Wärmemenge
ist wesentlich größer als diejenige, die in einer Entspannungsstufe erzielt werden
kann.
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Demgegenüber ergibt die Wärmeabgabe mit Entspannung eine direkte Dampflieferung
an eine der Entnahmestufen.
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Auch der Speisewasserbehälter kann, z. B. durch lastabhängige Sollwertänderung
seiner Wasserstandsregelung, mit zur Speicherung herangezogen werden, indem auch
seine Füllung gleichläufig zum Heißwasserspeicher zwischen einem oberen und unteren
Grenzwasserstand Schwankungen unterworfen wird. Durch lastabhängige Regelung des
Zuflußventils zum Speisewasserbehälter kann ein wechselnder Kondensatdurchfluß durch
die Niederdruckentnahmestufen und damit eine der Speicherung dienende Regelung der
Niederdruckentnahmen erzielt werden.
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Bei einem Belastungsstoß wird der bei der Entspannung von Wasser aus
dem Heißwasserspeicher in einer der Vorwärmstufen frei werdende überschußdampf mit
Hilfe einer Differenzdruck-überströmregelung einer der folgenden Entnahmestufen
zugeführt. Der durch Entspannung frei werdende Dampf würde bei einem Rückströmen
in die Turbine über seine eigene Entnahmeleitung infolge seiner niedrigen Temperatur
eventuell einen Temperaturschock in der Turbine verursachen. Durch die Differenzdruck-Überströmregelung
wird der Zeitpunkt erfaßt, in dem eine Überschußdampfmenge vorhanden ist und das
Rückschlagventil geschlossen wird. Diese Regelung erfolgt unabhängig von der Last,
da sie nur die Drücke in den Abschnitten der Entnahmeleitung vor und hinter dem
Rückschlagventil erfaßt.
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Zusätzlich zur Füllung bzw. Entleerung des Heißwasserspeichers und
zur Füllung des Speisewasserbehälters durch stufenweise Aufwärmung durch Entnahmedampf
kann auch in Abhängigkeit von Richtung und Größe der Laständerungen die Entleerung
des Speisewasserbehälters durch stufenweise Wärmeabgabe unter Benutzung der unteren
Turbinenentnahmestellen erfolgen. Damit ist auch eine zusätzliche Dampflieferung
an die Turbinen oder die Niederdruckentnahmestufen möglich.
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Weiterhin kann parallel zur Speisepumpe und den Hochdruckvorwärmem
zur Füllung des Heißwasserspeichers zusätzlich eine Speicherpumpe und eine besondere,
zum Hauptspeisewasserkreislauf parallele Speisewasservorwärmung vorgesehen sein.
Dabei ist die zur Auffüllung des Heißwasserspeichers zu verwendende Pumpe für niedrigeren
Förderdruck und kleinere Mengen auszulegen als die Kesselspeisewasserpumpe.
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Die Entleerung des Heißwasserspeichers kann in Weiterbildung der Erfindung
unter Umgehung des Speisewasserbehälters erfolgen.
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung in ihren
wesentlichen Merkmalen in vereinfachter schematischer Darstellung. Dabei werden
für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die Fig. 1 zeigt einen Kessel 1 mit Zwischenüberhitzer 2 und Turbine
3 mit Hochdruck-, Mitteldruck-und Niederdruckteil. Der Turbinenabdampf wird im Kondensator
4 niedergeschlagen und das Kondensat durch die Kondensatpumpe 5 über den Kondensatkühler
8 und die Niederdruckvorwärmer 9, 10 und 11 dem mit Mischvorwärmer und Entgaser
versehenen Speisewasserbehälter 12 zugeführt. Von hier aus wird das Kondensat mit
Hilfe der Kesselspeisepumpe 13 über den Kondensatkühler 14, die Hochdruckvorwärmer
15, 16, den Enthitzer 16a und Hochdruckvorwärmer 17 dem Kessel 1 zugeführt.
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Der Heißwasserspeicher 19 ist wasserzuflußseitig an die Speisewasserdruckleitung
im Bereich der höchsten Vorwärmstufe 17 und zusätzlich dampfseitig einmal über die
überström- und Kühlstation 20 mit der Frischdampfleitung, andererseits über den
Entspanner 22 mit der obersten Entnahmestufe I verbunden.
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Bei einem Belastungsstoß wird über das lastabhängige Speichersignal
31 das Speicherentladeventil 29 geöffnet, so daß Heißwasser aus dem Speicher 19
in den Entspanner 18 a und von dort über die Entspanner 23 und 24 in den Speisewasserbehälter
12 fließen kann. Durch Wärmeabgabe in den Entspannern gehen die Entnahmen in den
Stufen 1I, III und IV bis auf Null zurück.
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Weiter stellt 25 ein überproduktionsventil, 26 ein Reduzierventil,
21 ein An- und Abfahrventil sowie Schwachlastventil, 36 bis 41 Ablaufregelventile
und 28 ein Speicherladeventil dar. Über das Speichersignal 32 kann die Zufuhr zum
Heißwasserspeicher 19, über das Speichersignal 31 der Abfluß aus dem Heißwasserspeicher
19 geregelt werden. Mit 34 sind Turbinenregelventile, mit 35 Schnellschlußventile
bezeichnet.
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Bei einem Entlastungsstoß wird über das Speichersignal 32 das Speicherladeventil28
geöffnet. Gleichzeitig kann der Heißwasserspeicher 19 über die Entnahmeleitung I
und den Entspanner 22 mit hochtemperiertem Dampf aufgeheizt werden. Die Kesselspeisepumpe
13 fördert eine verstärkte Speisewassermenge über den Kondensatkühler 14 und die
Hochdruckvorwärmer 15 und 16, 16a, wobei aber das zusätzlich geförderte Speisewasser
nicht dem Kessel l., sondern über das Ventil 28 dem Heißwasserspeicher 19 zufließt.
Auf diese Weise wird also die bei einem Entlastungsstoß
anfallende
Wärme über die Entnahmestufen 1I und III nicht nur an das der Kessellast entsprechende,
im Zwangdurchlauf strömende Arbeitsmittel, sondern an eine zusätzliche Kondensatmenge
übertragen, die in einer Umlaufströmung dem Speisewasserbehälter 12 entnommen und
dem Heißwasserspeicher 19 zugeführt wird. V, VI und VII stellen Niederdruckentnahmen
dar.
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Bei der Anlage nach Fig. 2 ist zusätzlich zu dem Heißwasserspeicher
19 ein Kaltwasserspeicher 7 vorgesehen, der gegenläufig zum Heißwasserspeicher 19
gefüllt und entleert wird, wobei im Speisewasserbehälter ein konstanter Wasserstand
gehalten wird. Bei einem Belastungsfall strömt der im Entspanner 24 frei werdende
Überschußdampf mit Hilfe eines überströmventils 27 mit Differenzdruck-Überströmregelung
über die nächste Entnahmeleitung niederen Druckes der Turbine zu und steht hier
zur mechanischen Arbeitsleistung zur Verfügung. Ferner kann mit Hilfe des lastabhängig
über das Speichersignal 33 betätiten Wasserstandsregelventils 30 der Speisewasserdurchfluß
durch die Niederdruckvorwärmstufen 8, 9, 10 und 11 zusätzlich zur Wasserstandsregelung
bis auf Null gedrosselt werden, so daß die Kondensatpumpe 5 das Turbinenkondensat
in den Kaltkondensatspeicher 7 fördert. Damit steht der im Normalbetrieb die Entnahmeleitungen
V bis VII durchströmende Dampf zur Arbeitsleistung in der Turbine zur Verfügung.
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Bei einem Entlastungsstoß kann ein Speicherimpuls 33 auf das Wasserstandsregelventi130
gegeben werden, so daß die Kondensatpumpe 6 außer der von der Kondensatpumpe 5 geförderten
Kondensatmenge zusätzlich noch Kondensat aus dem Kaltkondensatspeicher 7 über die
Niederdruckvorwärmer 8 bis 11 dem Speisewasserbehälter 12 zuführt. Damit wird die
bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschriebene, der Lieferung einer zusätzlichen
Speisewassermenge dienende Entleerung des Speisewasserb,hälters 12 ausgeglichen,
so daß in diesem im Beharrungszustand wieder ein konstanter Wasserstand eingeregelt
werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach der Fig.3 unterscheidet sich von den
Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 zunächst dadurch, daß zur Aufwärmung des
dem Heißwasserspeicher 19 zufließenden Wassers getrennte Speicherwasservorwärmer
46 und 47 vorgesehen sind. Diese Speicherwasservorwärmer können über die Leitung
50 mittels einer zusätzlichen Pumpe 45 aus dem Speisewasserbehälter 12 versorgt
werden.
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Bei einem Belastungsstoß gibt das den Heißwasserspeicher 19 verlassende
Wasser seine Wärme nicht entsprechend den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und
2 an einen Entspanner, sondern zuerst an einen Wärmetauscher Wasser/Wasser 18 und
erst anschließend an die Entspanner 23 und 24 sowie den Speisewasserbehälter 12
zurück. Durch die Wärmeabgabe im Wärmetauscher Wasser/Wasser ohne Druckabsenkung
geht nicht nur die Entnahme aus den Stufen II bis VII bis auf Null zurück, sondern
es wird auch die oberste Entnahme I zurückgedrängt und dadurch der Turbine zusätzlich
hochwertiger Dampf zur Arbeitsleistung zur Verfügung gestellt.
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Der Hochdruckvorwärmer 15 wird durch Dampf aus dem Entspanner 23 und
die Turbine über die Entnahmeleitung IV mit überschußdampf aus dem Erstspanner 24
zur mechanischen Arbeitsleistung versorgt. Die bei einem Entlastungsstoß zusätzlich
aus dem Kaltkondensatbehälter 7 geförderte Kondensatmenge wird nicht erst nach Durchströmen
der Hochdruckvorwärmer 15 und 16, sondern bereits vor der Speisepumpe 13 von der
Hauptspeisewasserleitung 50 abgezweigt und über die Pumpe 45 und die Speicherwasservorwärmer
46 und 47 dem Heißwasserspeicher 19 zugeführt.
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Das in der Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel besitzt noch einen
zusätzlichen Entspanner 24 a, der bei einem Belastungsstoß Wasser aus dem Speisewasserbehälter
12 entspannt und über ein wasserstandsabhängig gesteuertes Ventil 42 den Niederdruckvorwärmern
10 und 9 zur weiteren Wärmeabgabe zuführt.
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Nach Fig. 4 wird bei einem Belastungsstoß der Entspanner 24 a nicht
aus dem Speisewasserbehälter 12, sondern unter Umgehung des letzteren über ein Ablaufregelventi140
mit Wasser aus dem wasserstandsabhängig gesteuerten Entspanner 24 versorgt. Der
im Entspanner 24 a erzeugte Dampf wird dem Niederdruckvorwärmer Il zugeführt. Das
im Entspanner 24 a anfallende Wasser fließt über Ablaufventile 42 und 43 den Niederdruckvorwärmern
10 und 9 zu.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorwärmung des dem Heißwasserspeicher
19 zufließenden Wassers über parallel zum Hauptspeisewasserkreislauf entsprechend
der Fig. 3 angeordnete Speicherwasservorwärmer 46 und 47 vorgenommen werden.