DE1271723B - Procedure for starting up a once-through steam generator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

F22bF22b

Deutsche Kl.: 13 g-9German class: 13 g-9

Nummer: 1271723Number: 1271723

Aktenzeichen: P 12 71 723.6-13 (C 31447)File number: P 12 71 723.6-13 (C 31447)

Anmeldetag: 18. November 1963Filing date: November 18, 1963

Auslegetag: 4. Juli 1968Open date: 4th July 1968

Zum Anfahren von Dampferzeugern mit Zwangdurchlauf trennt man mit Hilfe von Drosselventilen den Überhitzer- und Turbinenteil vom Dampferzeuger und benutzt Hilfsdampf im Überhitzerteil zum Anfahren der Turbine, während gleichzeitig der Dampferzeugungsteil auf die gewünschte Temperatur und den gewünschten Druck gebracht wird. Man kann auch über das Drosselventil Arbeitsflüssigkeit besonders hohen Druckes so expandieren lassen, daß Dampf entsteht, der überhitzt und zum Anwärmen und Anfahren der Turbine benutzt wird. Alle diese Verfahren benötigen kostspielige zusätzliche Anlageteile, z. B. Flüssigkeitsabscheider mit Leitungen und Ventilen, die nur beim Anfahren und Abfahren benötigt werden und deshalb unwirtschaftlieh sind. Auch ist meist eine Nebenschlußleitung zur Turbine nötig, die von einem Punkt zwischen dem Überhitzer und dem Turbinen ventil, ζ. B. in den Kondensator, führt.To start up steam generators with forced flow, the system is disconnected with the help of throttle valves the superheater and turbine part of the steam generator and uses auxiliary steam in the superheater part to start up the turbine, while at the same time the steam generating part to the desired temperature and the desired pressure is applied. Working fluid at particularly high pressure can also be expanded in this way via the throttle valve allow steam to form, which is superheated and used to warm up and start up the turbine. All of these methods require expensive additional equipment, e.g. B. liquid separator with Lines and valves that are only needed when starting up and shutting down and are therefore uneconomical are. Also, a shunt line to the turbine is usually necessary, from a point between the Superheater and the turbine valve, ζ. B. in the capacitor leads.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren liegt das Drosselventil zwischen Vor- und Nachüberhitzer. Es strömt dann die in den Verdampferflächen und im Vorüberhitzer erhitzte und unter hohem Druck stehende Arbeitsflüssigkeit unter Druckabsenkung in den Nachüberhitzer. Auch hier ist sowohl hinter dem Vorüberhitzer als auch hinter dem Nachüberhitzer eine Rückführung zum Kondensator erforderlich. Es muß auch derDampfdruck und die Temperatur amDrosselventil sehr genau geregelt werden, wenn man durch den Druckabfall, der allein die Dampferzeugung bestimmt, nur Dampf im Endüberhitzer erzeugen will.In a further known method, the throttle valve is located between the pre-superheater and post-superheater. It the heated in the evaporator surfaces and in the pre-superheater then flows under high pressure Standing working fluid under pressure reduction in the post-superheater. Again, both are behind the Pre-superheater as well as after the post-superheater a return to the condenser is necessary. It must the steam pressure and the temperature at the throttle valve can also be regulated very precisely if you go through the Pressure drop, which alone determines the steam generation, only wants to generate steam in the final superheater.

Die Erfindung geht von diesen bekannten Verfahren aus und beruht auf der Erkenntnis, daß man bei Anordnung des Drosselventils zwischen den Verdampferflächen und den Uberhitzerflächen im Vor-Überhitzer beim Anfahren einen Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten kann, aus dem Dampf sowohl durch Druckabsenkung als auch durch Erhitzung erzeugt werden kann, der dann über den Nachüberhitzer der Turbine zugeführt wird.The invention is based on these known methods and is based on the knowledge that one when the throttle valve is arranged between the evaporator surfaces and the superheater surfaces in the pre-superheater can maintain a liquid level when starting up, both from the vapor through Pressure reduction and heating can be generated, which is then via the post-superheater Turbine is fed.

Dementsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anfahren eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers mit einer Verdampfer-und mindestens zwei nachgeschalteten Überhitzerflächen, bei dem der Dampfdruck im Eingangsbereich einer Überhitzerfläche während des Anfahrvorganges abgesenkt wird, um dadurch Anfahrdampf zu erzeugen. Dabei wird die Arbeitsflüssigkeit zunächst nur in den Verdampferheizflächen auf hohen Druck gebracht und gehalten, dann den nachgeschalteten Überhitzerheizflächen unter Drosselung des Hochdruckes und Regelung des Flüssigkeitsstromes zugeführt.The invention accordingly relates to a method for starting up a once-through steam generator with an evaporator and at least two downstream superheater surfaces, in which the Steam pressure in the entrance area of a superheater surface is reduced during the start-up process, in order to generate start-up steam. The working fluid is initially only in the evaporator heating surfaces brought to high pressure and held, then the downstream superheater heating surfaces supplied with throttling of the high pressure and regulation of the liquid flow.

Verfahren zum Anfahren eines
Zwangdurchlauf-DampferzeugersProcedure for starting a
Once-through steam generator

Anmelder:Applicant:

Combustion Engineering, Inc.,Combustion Engineering, Inc.,

Windsor, Conn. (V. St. A.)Windsor, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,

7000 Stuttgart 1, Rotebühlstr. 707000 Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Edward Leslie Kochey jun.,
Colebrook, Conn. (V. St. A.)Named as inventor:
Edward Leslie Kochey Jr.,
Colebrook, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. November 1962
(238 885)Claimed priority:
V. St. v. America November 20, 1962
(238 885)

Erfindungsgemäß werden Drosselventile so gesteuert, daß ein Dampf-Wasser-Gemisch in den Vorüberhitzer gelangt und sich durch die Trennung von Wasser und Dampf ein Flüssigkeitsspiegel ausbildet. According to the invention throttle valves are controlled so that a steam-water mixture in the Pre-superheater arrives and a liquid level is formed through the separation of water and steam.

Diese Teilung der Funktionen zwischen Vor- und Endüberhitzer, nämlich, daß der erstere aus einem gegebenen Flüssigkeitsspiegel den Dampf durch Entspannung und Erhitzung erzeugt und der letztere lediglich der Erhitzung des Dampfes dient, bedingt im wesentlichen die Vorteile der Erfindung. Es sind nämlich weder besondere Dampfabscheider u. dgl. erforderlich, noch benötigt man eine sehr präzise Steuerung von Druck und Temperatur am Ausgang der Verdampferflächen.This division of functions between preheater and final superheater, namely that the former consists of one given liquid level the vapor is generated by relaxation and heating and the latter only serves to heat the steam, essentially due to the advantages of the invention. There are namely, neither special steam separators and the like are required, nor is a very precise one needed Control of pressure and temperature at the exit of the evaporator surfaces.

Die Erfindung betrifft auch einen Zwangdurchlauf-Dampferzeuger zur Durchführung des erwähnten Verfahrens. Gemäß weiterer Erfindung werden nämlich bei einem solchen Dampferzeuger mit einem Verdampfer und mindestens zwei in Reihe geschalteten Uberhitzerflächen und Drosselgliedern, die den Druck des Arbeitsmittels in der Überhitzerfläche absenken, Druckmeßvorrichtungen vorgesehen, die die statische Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der ersten Vorüberhitzerfläche messen und die Drosselglieder steuern.The invention also relates to a once-through steam generator for performing the aforesaid Procedure. According to a further invention, namely, in such a steam generator with an evaporator and at least two superheater surfaces and throttle elements connected in series, which lower the pressure of the working medium in the superheater surface, pressure measuring devices provided, which is the static pressure difference between the inlet and the outlet of the first preheater surface measure and control the throttles.

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Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen wie folgt beschrieben. These and other features of the invention will now be described with reference to the drawings as follows.

F i g. 1 ist ein Schema eines Dampfkraftwerkes, in dem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist, bei dem der Flüssigkeitsstand im Vorüberhitzer abhängig von Druckmeßvorrichtungen gesteuert wird;F i g. 1 is a schematic of a steam power plant in which an embodiment of the present invention is realized in which the liquid level in the preheater depends on pressure measuring devices is controlled;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Druckmeßvorrichtungen;Fig. 2 is a schematic representation of the pressure measuring devices;

Fig. 3 zeigt abweichend von Fig. 1 ein Dampfkraftwerk, bei dem der Wasserstand im Vorüberhitzer durch Wassersäule, Schwimmer und Übertragungsgerät gesteuert wird.FIG. 3 shows, in a departure from FIG. 1, a steam power plant, at which the water level in the pre-superheater by water column, float and transmission device is controlled.

Gemäß F i g. 1 versorgt eine Speisepumpe 12 den Zwangdurchlauf-Dampfgenerator 10 mit Speiseflüssigkeit aus einer Quelle 14 über die Leitung 16 mit Speiseventil 18. Die Arbeitsflüssigkeit durchströmt in Reihenschaltung Vorwärmer bzw. Ekonomiser 20, die Leitungen 21 und 22, die Dampferzeugerrohre 24, mit denen die Brennkammer 25 ausgekleidet ist, die Rohre 26, den Sammler 28, die Leitung 30, den Vorüberhitzer 32, die Leitung 34, den Endüberhitzer 36, die Leitung 38 und gelangt dann über ein Ventil 42 zur Dampfturbine 40. Er wird schließlich im Kondensator 14 kondensiert und als Flüssigkeit dem Dampferzeuger 10 über die Speisepumpe 12 wieder zugeführt. Die Führung von Brennstoff und Verbrennungsgasen erfolgt in an sich bekannter Weise.According to FIG. 1 supplies a feed pump 12 to the once-through steam generator 10 with feed liquid from a source 14 via line 16 with feed valve 18. The working fluid flows through Series connection of preheater or economizer 20, lines 21 and 22, the steam generator pipes 24, with which the combustion chamber 25 is lined, the tubes 26, the collector 28, the line 30, the Pre-superheater 32, line 34, final superheater 36, line 38 and then passes through a valve 42 to the steam turbine 40. It is finally condensed in the condenser 14 and as a liquid fed back to the steam generator 10 via the feed pump 12. The leadership of fuel and Combustion gases take place in a manner known per se.

Eine Rückführpumpe 50 führt über eine Rückführleitung 46 und eine Mischtrommel 48 einen abgezweigten Teil der Arbeitsflüssigkeit dem Eingang der Dampferzeugerrohre 24 zu, um während des Anfahrvorganges und bei Betrieb mit niedriger Last eine minimale, zur Sicherheit erforderliche Geschwindigkeit in den Dampferzeugerrohren 24 aufrechtzuerhalten. Ein Ventil 52 gestattet die Drosselung und die Abschaltung des Rückführkreises über die Leitung 46. Um eine Mindestgeschwindigkeit in den Dampferzeugerrohren 24 - aufrechtzuerhalten, kann auch ein Überschuß der Flüssigkeit über die Abführleitung 54 abgeführt werden. Zur Steuerung der Strömung über die Leitung 54 dient das Kesselausgangsventil 55.A return pump 50 leads via a return line 46 and a mixing drum 48 diverted part of the working fluid to the inlet the steam generator pipes 24 to during the start-up process and during operation with low load to maintain a minimum speed in the steam generator tubes 24 required for safety. A valve 52 allows throttling and disconnection of the feedback loop the line 46. In order to maintain a minimum velocity in the steam generator tubes 24 -, an excess of the liquid can also be discharged via the discharge line 54. For controlling The boiler outlet valve 55 is used for the flow via the line 54.

Mit Hilfe der Drosselventile 56 und 57 ist es möglich, den Anfahrvorgang des Überhitzer- und Turbinenabschnittes kurz nach dem Anfahren des Dampferzeugerabschnittes zu beginnen. Dazu muß überhitzter Dampf über den Endüberhitzer 36 der Turbine zugeführt werden, lange bevor er von den Dampferzeugerrohren 24 erzeugt werden kann. Dies gilt auch deshalb, weil die Heizflächen des Endüberhitzers 36 gegen die Erwärmung durch die Verbrennungsgase während der Endperiode des Anfahr-Zeitraumes geschützt werden müssen.With the help of the throttle valves 56 and 57 it is possible to start the superheater and turbine section to begin shortly after starting up the steam generator section. For this purpose, superheated steam must over the end superheater 36 of the Turbine are supplied long before it can be generated by the steam generator tubes 24. this also applies because the heating surfaces of the end superheater 36 resist the heating by the combustion gases must be protected during the end of the start-up period.

Gemäß der Erfindung wird deshalb der Vorüberhitzer 32 als Dampferzeuger für Dampf betrieben, der anfangs wesentlich geringeren Druck, als den Betriebsdruck im Dampferzeugerabschnitt 24 besitzt.According to the invention, the preheater 32 is therefore operated as a steam generator for steam, which initially has a significantly lower pressure than the operating pressure in the steam generator section 24.

Um in dem Vorüberhitzer 32 den dafür gewünschten Flüssigkeitspegel 58 aufrechtzuerhalten, wird durch ein Druckmessergerät 60 der Strom des Hochdruckmediums über das Drosselventil 57 mit Hilfe eines Reglers 62 gesteuert. Wie in F i g. 1 und 2 gezeigt, ist das Gerät 60 mit den Druckmeßgliedern 64 und 66 verbunden, von denen jedes als Diaphragma ausgebildet sein kann, das den jeweiligen Druck in üblicher Weise hydraulisch auf das Druckmeßgerät 60 überträgt. Dies kann auch elektrisch geschehen.In order to maintain the required liquid level 58 in the preheater 32, the flow of the high pressure medium is controlled by a pressure measuring device 60 via the throttle valve 57 with the aid of a regulator 62. As in Fig. 1 and 2, the device 60 is connected to the pressure measuring members 64 and 66 , each of which can be designed as a diaphragm which hydraulically transmits the respective pressure to the pressure measuring device 60 in the usual manner. This can also be done electrically.

F i g. 3 zeigt eine Flüssigkeitssäule 67 und einen Schwimmer 68, um den Flüssigkeitspegel 58 zu messen und auf das Ubertragungsgerät 70 zu geben. Auch andere übliche Geräte zur Anzeige des Flüssigkeitspegels können verwendet werden.F i g. 3 shows a liquid column 67 and a float 68 to increase the liquid level 58 measure and give to the transmission device 70. Also other common devices for indicating the liquid level can be used.

Zur Reinigung des Dampferzeugers wird bei geschlossenen Ventilen 56 und 57 Arbeitsflüssigkeit durch den Vorwärmer 20 und die Brennkammerrohre 24 gepumpt und über die Leitung 54 abgeführt. Dann wird das Ventil 55 geschlossen oder so eingestellt, daß das Arbeitsmittel entsprechend der Erhitzung und durch die Speisepumpe 12 auf einen vorgegebenen Hochdruck gebracht wird. Zugleich wird die Brennkammer befeuert, bis an einem Punkt 72 eine vorgegebene Temperatur des Arbeitsmittels erreicht wird, das mit Hilfe der Rückführpumpe 50 zurückgeführt wird. Nun wird das Ventil 57 teilweise geöffnet, so daß das Arbeitsmittel in den Vorüberhitzer 32 strömt. Das Turbinenventil 42 wird so geregelt, daß in dem Vorüberhitzer ein gewünschter niedriger Druck aufrechterhalten wird. Der Druckabfall über die Ventile 56 und 57 wird mit Druckmeßgeräten 73 gemessen.When the valves 56 and 57 are closed, working fluid is used to clean the steam generator pumped through the preheater 20 and the combustion chamber tubes 24 and discharged via the line 54. Then the valve 55 is closed or adjusted so that the working medium according to the heating and is brought to a predetermined high pressure by the feed pump 12. Simultaneously the combustion chamber is fired until a predetermined temperature of the working medium at a point 72 is achieved, which is returned with the aid of the return pump 50. Now valve 57 becomes partial opened so that the working fluid flows into the preheater 32. The turbine valve 42 is controlled so that a desired low pressure is maintained in the preheater. The pressure drop The valves 56 and 57 are used to measure with pressure gauges 73.

Ein Teil des Arbeitsmittels setzt sich sofort in Dampf um, während der restliche Teil einen Flüssigkeitspegel 58 bildet, so daß der Vorüberhitzer 32 jetzt als Dampferzeuger arbeitet, der Wärme von den Verbrennungsgasen aufnimmt. Der gesättigte Dampf, der so durch plötzliche Entspannung und Verdampfung erzeugt wurde, strömt in den Endüberhitzer 36, kühlt seine Rohre und wird darin überhitzt. Part of the working fluid is immediately converted into vapor, while the remaining part is a liquid level 58 forms, so that the preheater 32 now works as a steam generator, the heat from the Absorbs combustion gases. The saturated vapor created by sudden relaxation and evaporation is generated, flows into the final superheater 36, cools its tubes and is superheated therein.

Sobald das Druckmeßgerät 74 und das Temperaturmeßgerät 76 geeignete Werte messen, wird das Ventil 42 geöffnet, um der Turbine 40 überhitzten Dampf zuzuführen, sie zu heizen und anzutreiben. Über das Ventil 57 wird der Konvektionsüberhitzer 32 weiter gespeist.As soon as the pressure gauge 74 and the temperature gauge 76 measure appropriate values, it will Valve 42 opened to deliver superheated steam to turbine 40, heat it, and drive it. The convection superheater 32 is further fed via the valve 57.

Nach und nach wird dann der Punkt erreicht, wo die ganze Flüssigkeit in dem Vorüberhitzer 32 verdampft wird, dessen zeitweiliger Betrieb als Verdampfer damit allmählich in den normalen Betrieb als Dampfüberhitzer übergeht. Die Drücke in dem Dampf erzeugenden Teil 25 und in den überhitzenden Teilen 32 und 36 nähern sich, so daß immer weniger Dampf durch plötzliches Entspannen und immer mehr durch Verdampfen in den Rohren 24 erzeugt wird und der Flüssigkeitsspiegel im Überhitzer 32 schließlich ganz verschwindet.Gradually the point is then reached where all the liquid in the preheater 32 evaporates its intermittent operation as an evaporator gradually returns to normal operation passes over as a steam superheater. The pressures in the steam generating part 25 and in the superheating Parts 32 and 36 approach each other, leaving less and less steam due to sudden relaxation and always more is generated by evaporation in the tubes 24 and the liquid level in the superheater 32 eventually disappears entirely.

Sobald das Druckmeßgerät 73 gleiche Drücke über die Ventile 56 und 57 anzeigt, werden diese völlig geöffnet und der Dampfkessel unter normalen Betriebsbedingungen und normaler Stellung weiterbetrieben.As soon as the pressure measuring device 73 indicates the same pressures via the valves 56 and 57, these are completely opened and the steam boiler continues to operate under normal operating conditions and normal position.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Anfahren eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers mit einem Verdampfer und mindestens zwei nachgeschalteten Überhitzerheizflächen, bei dem der Dampfdruck im Eingangsbereich einer Überhitzerheizfläche während des Anfahrvorganges gedrosselt wird, um dadurch Anfahrdampf zu erzeugen, wobei die Arbeitsflüssigkeit zunächst nur in der Verdampferheizfläche auf hohen Druck gebracht und gehalten wird und dann nachgeschalteten Über-1. Procedure for starting up a once-through steam generator with an evaporator and at least two downstream superheater heating surfaces where the steam pressure is in the inlet area a superheater heating surface is throttled during the start-up process in order to thereby To generate start-up steam, the working fluid initially only in the evaporator heating surface is brought to high pressure and held and then downstream over- hitzerheizflächen unter Drosselung des Hochdrucks zur Regelung des Flüssigkeitsstromes zugeführt wird, gekennzeichnet durch eine solche Steuerung von Drosselventilen, daß ein Dampf-Wasser-Gemisch in den Vorüberhitzer gelangt und sich durch die Trennung von Wasser und Dampf ein Flüssigkeitsspiegel ausbildet.Hitzer heating surfaces supplied with throttling of the high pressure to regulate the liquid flow is characterized by such a control of throttle valves that a steam-water mixture reaches the preheater and the separation of water and steam creates a liquid level. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserspiegel auf einer bestimmten Höhe gehalten wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the water level on a certain Height is maintained. 3. Zwangdurchlauf-Dampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Verdampfer und mindestens zwei in Reihe nachgeschalteten Überhitzern und Drosselgliedern, um den Druck des Arbeitsmittels in der Überhitzerheizfläche abzusenken, dadurch ge-3. Forced once-through steam generator for performing the method according to claim 1 or 2, with an evaporator and at least two superheaters and throttles connected in series, to lower the pressure of the working medium in the superheater heating surface, thereby kennzeichnet, daß die Drosselventile durch Druckmeßvorrichtungen gesteuert werden, die die statische Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der ersten Überhitzerheizfläche messen.indicates that the throttle valves are controlled by pressure measuring devices which the static pressure difference between the inlet and the outlet of the first superheater heating surface measure up. 4. Zwangdurchlauf-Dampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerglieder, die aus Wassersäule, Schwimmer und Übertragungsgerät bestehen, vorgesehen sind, um den Wasserstand auf einer bestimmten Höhe zu halten.4. Forced once-through steam generator for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that control members, which consist of water column, float and transmission device, are provided to control the water level to hold at a certain height. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 989 038, 3 019 774;
Zeitschrift »Mitteilungen der Dürr-Werke«, Nr. 1, September 1956, S. 3 bis 8.Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,989,038, 3,019,774;
Journal "Mitteilungen der Dürr-Werke", No. 1, September 1956, pp. 3 to 8. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 568/77 6.68 © Bundesdruckerei Berlin809 568/77 6.68 © Bundesdruckerei Berlin