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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren von mit Zwangdurchlauf
betriebenen Dampferzeugern mit Verdampfer- und überhitzerheizflächen und mit einem
über die Verdampferheizflächen und einem Teil der überhitzerheizflächen dem Zwangdurchlauf
überlagerten Zwangumlauf mit Dampfabscheidegefäß.
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Mit zunehmender Höhe der Regenerativ-Vorwärmung und des Einsatzes
der ein- und mehrfachen Zwischenüberhitzung bei hohen Frischdampfdrücken geht der
Anteil der Speisewasservorwärmer- und Verdampferheizflächen im Kessel zugunsten
von überhitzerheizflächen zurück. Dadurch müssen der Hochdrucküberhitzer und Heizflächen
des ersten Zwischenüberhitzers bis tief in den ersten Zug des Kessels gezogen werden.
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Beim Anfahren solcher Kessel besteht die Notwendigkeit, diese überhitzerheizflächen
ausreichend zu kühlen, um einen zu raschen Temperaturanstieg, der insbesondere bei
den hochwarmfesten Werkstoffen zu Rißbildungen führen kann, zu verhindern. Die an
sich bekannte Einschaltung eines Umwälzsystems für die Verdampferheizflächen mit
oder ohne Einbeziehung der übergangsteile, bei welchen anschließend der dabei gebildeteDampf
dieÜberhitzerheizflächen durchströmt, genügt bei -den neuen Verhältnissen nicht
mehr, um auch die überhitzerteile ausreichend zu kühlen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei ausreichender Kühlung
aller Kesselteile, also der Verdampferheizflächen, der anschließenden überhitzerheizflächen
und des oder gegebenenfalls der Zwischenüberhitzer, eine Anfahrmöglichkeit zu schaffen,
die unter Einhaltung von zulässigen Temperaturgradienten ein allmähliches Aufheizen
dieser Kesselteile und ein schrittweise vor sich gehendes Einschalten der aufgeheizten
Kesselteile in den normalen Kesselkreislauf ermöglicht.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Anfahrphase
dem Zwangdurchlauf über die überhitzerheizflächen ein von dem überlagerten Zwangumlauf
der Verdampferheizflächen getrennter Zwangumlauf mit einem an sich bekannten Dampfabscheidegefäß
überlagert ist und der in den Dampfabscheidegefäßen anfallende Dampf den nachgeschalteten
überhitzerheizflächen unter Parallelschaltung der Dampfaustritte getrennt zugeführt
wird, während mit zunehmender Feuerleistung die Verdampferheizflächen und die ersten
überhitzerheizflächen kontinuierlich hintereinandergeschaltet werden.
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Hat die in der Verdampferheizfläche erzeugte Dampfmenge einen gewissen
Umfang erreicht und der Restverdampfungspunkt in den ersten überhitzerheizflächen
sich bis in die Nähe des Anfangs der Heizfläche gesenkt, so wird die Verdampferheizfläche
direkt auf die ersten überhitzerheizflächen geschaltet, so daß der im Trenngefäß
frei werdende Dampf nun alle Überhitzerheizflächen nacheinander kühlt. Gleichzeitig
wird die von der Wasserseite zu den ersten überhitzerheizflächen führende Leitung
abgesperrt. Der im Trenngefäß frei werdende Dampf umgeht dann also nicht mehr die
ersten überhitzerheizflächen.
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Bei Beginn des Anfahrens wird Speisewasser in dem Kreislauf, der die
Verdampferheizfläche einschließt, und in dem Umwälzkreislauf, der die ersten überhitzerheizflächen
einschließt, umgewälzt. Mit steigender Feuerleistung wird dem Umwälzkreislauf, der
die Verdampferheizfläche kühlt, im Kessel erwärmtes Speisewasser entnommen und der
Umwälzung der ersten überhitzerheizflächen zugeführt. Das im ersten wie im zweiten
Umwälzkreislauf verdampfende Wasser wird durch die Speisepumpe ersetzt, die das
Wasser in den ersten Umwälzkreislauf nachspeist. Nach einer weiteren Steigerung
des Feuers wird schließlich die zweite Umwälzung für die überhitzerheizflächen abgeschaltet
und der aus der Verdampferheizf(äche kommende- Saftdampf bzw. das Gemisch aus Flüssigkeit
und Saftdampf unmittelbar zur Kühlung der an den Verdampfer anschließenden überhitzerheizflächen
verwendet. Anstatt in einem Umwälzkreislauf, der die ersten überhitzerheizflächen
einschließt, umgewälzt zu werden, kann das Wasser, nachdem es in dem Umwälzkreislauf
des Verdampferteils umgewälzt ist, durch den ersten Cberhitzerteil getrennt hindurchgefahren
werden.
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Bei Ausfall einer der beiden Umwälzpumpen kann das System behelfsmäßig
auch mit nur einer Umwälzpumpe angefahren werden. Ist die Umwälzpumpe im Verdampferkreislauf
betriebsfähig geblieben, geschieht das mit einem Kreislauf, bei dem wie in herkömmlicher
Weise der Verdampfer gekühlt und aller im Trenngefäß frei werdende Dampf in die
dem Verdampfer nachgeschaltete überhitzerheizfläche eintritt. Ist dagegen das Umwälzsystem,
das die erste überhitzerheizfläche kühlt, betriebsfähig geblieben, so wird ein Umwälzkreislauf
über den Verdampfer und die überhitzerheizfläche bei abgeschaltetem Umwälzsystem
für den Verdampferteil gefahren.
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Bei Einbau von Zwischenüberhitzerheizflächen, die beim Anfahren des
Kessels gekühlt werden müssen, kann der in der Verdampferheizfläche und in den ersten
überhitzerheizflächen entstehende Dampf teilweise unter Umgehung des Hochdrucküberhitzers
direkt dem oder den Zwischenüberhitzern zur Kühlung zugeführt werden. Durch Veränderung
der Aufteilung des Dampfstromes l'äßt sich in Verbindung mit dem üblichen Einspritzen
ein Hochfahren aller überhitzerheizflächen mit maximalem Temperaturgradienten ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahingehend abgewandelt werden,
daß der in der Anfahrphase die ersten überhitzerheizlächen beaufschlagende Speisewasserteilstrom
ins Freie bzw. in einen Anfahrentspanner geleitet wird, während mit zunehmender
Feuerleistung der Anteil des kalten Speisewassers kontinuierlich vermindert und
der Anteil des aus dem Zwangumlauf über die Verdampferheizflächen entnommenen Siedewassers
kontinuierlich vergrößert wird.
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Die Erfindung betrifft nicht nur ein Verfahren von mit Zwangdurchlauf
betriebenen Dampferzeugern, sie betrifft auch einen Dampferzeuger, in dem das erfindungsgemäße
Verfahren Anwendung finden kann.
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Der erfindungsgemäße Dampferzeuger ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwangumlauf über die Verdampferheizflächen wasserseitig mit dem Zwangumlauf
über die ersten überhitzerheizflächen mit einer absperrbaren Leitung und dampfseitig
unter Umgehung des Zwangumlaufes der ersten Überhitzerheizflächen über eine absperrbare
Leitung mit den nachgeschalteten Heizflächen und/oder über von der Leitung abzweigende
absperrbare Leitungen mit den
Zwischenüberhitzerheizflächen und/oder
mit den Überhitzerheizflächen verbunden ist.
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Der erfindungsgemäße Dampferzeuger kann aber auch so gestaltet sein,
daß der Zwangumlauf über die ersten überhitzerheizflächen wasserseitig über eine
hinter der Speisepumpe abzweigende absperrbare Leitung und dampfseitig über eine
absperrbare Leitung mit den nachgeschalteten überhitzerheizflächen bzw. über eine
Leitung und eine von dieser abzweigenden, ebenfalls absperrbaren Leitung mit den
Zwischenüberhitzerheizflächen verbunden ist.
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Ferner kann erfindungsgemäß die Zuflußleitung für die Zwischenüberhitzerheizflächen
mit der Hochdruckleitung und die Zuflußleitung für die Zwischenüberhitzerheizflächen
mit der Abflußleitung der Zwischenüberhitzerheizflächen über Druckminderventile
enthaltende Leitungen verbunden sein, in die die Leitungen münden.
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Auch können erfindungsgemäß von der Dampfleitung des Zwangumlaufes
über die Verdampferheizflächen und von der Leitung des Zwangumlaufes der ersten
überhitzerheizflächen zwischen Dampfabscheidegefäß und Umwälzpumpe jeweils absperrbare
Leitungen abzweigen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anfahren von mit Zwangumlauf betriebenen
Dampferzeugern bietet den Vorteil, daß einerseits der Temperaturanstieg in den Kesselheizflächen,
die in der Brennkammer und im Feuerraum angeordnet sind, nunmehr regelbar ist, so
daß dieses Verfahren sich auch für ein automatisches Anfahren von Dampferzeugern
eignet, andererseits werden durch die Abkühlung der Rauchgase an den zunächst großen
flüssigkeitsdurchströmten Heizflächen die im ersten Abschnitt des Anfahrens weniger
gekühlten Überhitzerheizflächen geringer beansprucht.
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An Hand des Schaltbildes wird das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen
näher beschrieben. In dieser Schaltung ist die Möglichkeit zu erkennen, Heizflächen,
die zunächst parallel geschaltet werden, kontinuierlich und ohne Temperatursprung
hintereinander zu schalten.
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Aus der Speisepumpe 2 wird das Speisewasser über die Speiseleitung
1 in die Verdampferheizfläche 11 gefördert. An die Verdampferheizfläche 11 schließen
sich die ersten überhitzerheizflächen 21 an. Von diesem gelangt der Dampf über die
folgenden überhitzerheizflächen 31 und 41 in die Hauptdampfleitung 51, die zur Turbine
führt. Von der Turbine geht eine Leitung 38 zum ersten Zwischenüberhitzer
34
und eine weitere Leitung 54 zurück zur Turbine. Eine weitere Leitung 48
führt von der Turbine zum zweiten Zwischenüberhitzer 44 und von dort geht eine Leitung
58 zurück zur Turbine.
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Hinter der Verdampferheizfläche 11 ist bei Punkt 13 eine Umwälzleitung
14 abgezweigt, die zu einem Trenngefäß 10 führt. Von dem Trenngefäß wird das Wasser
durch eine Leitung 9 abgezogen, die bei 49 in die Hauptleitung 1 zurückführt. In
die Umwälzleitung 14/9 sind das Trenngefäß 10 und eine Umwälzpumpe
12 eingeschaltet sowie zwischen Umwälzpumpe 12 und Punkt 49 eine Regelarmatur
B.
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Der abgeschiedene Dampf wird vom Trenngefäß 10 durch eine Leitung
18 unter Zwischenschaltung einer Regelarmatur 24 hinter den überhitzerheizflächen
21 in die Hauptleitung 1 zurückgeführt, wo sie bei Punkt 27 einmündet. Von der Speiseleitung
1 ist bei Punkt 39 eine Leitung 5 abgezweigt, die unter Umgehung der
Verdampferheizfläche 11 bei Punkt 4
vor den Überhitzerheizflächen 21
in die Hauptleitung 1 einmündet. Die Leitung ist mit Hilfe einer Regelarmatur 3
absperrbar. Hinter den überhitzerheizflächen 21 ist bei Punkt 16 die Umwälzleitung
19 abgezweigt, die bei Punkt 46 in die Umführungsleitung 5 einmündet. In die Umwälzleitung
19 sind ein Trenngefäß 20 und eine Umwälzpumpe 22 eingeschaltet. Der
im Trenngefäß 20 abgeschiedene Dampf wird mit der Leitung 28 über Leitung 29 ebenfalls
nach der Hauptleitung 1 zurückgeführt und mündet bei Punkt 47 in die Hauptleitung
1 ein. In diese Verbindungsleitung ist eine Regelarmatur 57 eingeschaltet. Es gibt
somit einen ersten Umwälzkreislauf, der aus der Speiseleitung 1, der Verdampferheizfläche
11, der Leitung 14, dem Trenngefäß 10, der Umwälzleitung 9 und der Umwälzpumpe 12
besteht. Ferner gibt es einen zweiten Umwälzkreislauf, bestehend aus den ersten
überhitzerheizflächen 21,
der Umwälzleitung 19, dem Trenngefäß 20,
der Umwälzpumpe 22 und einem Stück der Speiseleitung 5. Beide Umwälzkreisläufe sind
vollkommen getrennt voneinander und können auch getrennt betrieben werden, indem
ein zwischen den Punkten 4 und 13 befindliches Absperrventil 69 sowie ein zwischen
den Punkten 4 und 62 befindliches Absperrventil 17 geschlossen wird. Der abgeschiedene
Dampf wird nach der bisher beschriebenen Schaltung aus beiden Umwälzkreisläufen
vor den überhitzerheizflächen 31 der Hauptleitung 1 zugeführt. Von der Umwälzleitung
9
ist bei Punkt 59 eine Verbindungsleitung 6 abgezweigt, die bei Punkt
55 in die Zweigleitung 5 einmündet. Die Leitung enthält eine Regelarmatur
7. Durch diese Leitung kann das aus dem Trenngefäß 10 abgezogene Wasser regelbar
der Speiseleitung 5 und damit den ersten überhitzerheizflächen 21 zugeführt werden.
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Die Leitung 1 enthält noch ein Rückschlagventil 68. Dieses
Rückschlagventi168 ist hinter dem Abzweigpunkt 39, aber vor der Einmündung
der Umwälzleitung 9 in die Leitung 1, also vor Punkt 49 angeordnet. Ein weiteres
Rückschlagventi163 ist in die Leitung 5 eingebaut. Ein Absperrorgan
23 trennt die ersten überhitzerheizflächen 21 von der zweiten überhitzerheizfläche
31. Es ist hinter der Abzweigstelle der Umwälzleitung 19 (Punkt 16), aber vor Einmündung
der Dampfleitung 29 in die Hauptleitung 1 (Punkt 47) angeordnet. Schließlich ist
die Dampfleitung 18 durch eine bei Punkt 62 abzweigende Leitung 15 mit Absperrorgan
17 mit der Hauptleitung 1 verbunden, wobei die Leitung 15
ebenfalls
bei Punkt 4 in die Hauptleitung 1 einmündet.
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Von der zur Turbine führenden Hauptleitung 51
ist bei Punkt
52 eine Leitung 35 abgezweigt, die die Leitung 51 unter Zwischenschaltung einer
Regelarmatur 30 mit der von der Turbine zum ersten Zwischenüberhitzer 34 führenden
Leitung 38 verbindet. Ferner ist von der vom ersten Zwischenüberhitzer
34 zur Turbine führenden Leitung 54 bei Punkt 53 eine Leitung
45 abgezweigt, welche die Leitung 54 mit der von der Turbine zum zweiten
Zwischenüberhitzer 44 führenden Leitung 48 verbindet, und zwar ebenfalls unter Zwischenschaltung
einer Regelarmatur 40.
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Von der Leitung 18 ist ferner unter Zwischenschaltung eines Absperrorgans
25 eine Leitung 26 abgezweigt. Die Leitung 26 mündet bei Punkt
61 in
die Leitung 29 ein. Die Leitung 29 gabelt sich hinter
der Einmündung der Leitung 26 (Punkt 61) bei Punkt 56 in zwei Leitungen 33 und 43,
die je eine Regelarmatur 32 bzw. 42 enthalten. Die erste Leitung (33) mündet bei
Punkt 50 in die Abzweigleitung 35, die zweite bei Punkt 60 in die Abzweigleitung
45. Durch diese beiden Leitungen wird die Leitung 18 mit den Zwischenüberhitzern
34 und 44 verbunden, so daß der im Trenngefäß 10 ausgeschiedene Dampf diese Zwischenüberhitzer
kühlen kann. Durch die Leitungen 28 und 29 kann den Zwischenüberhitzern 34 und 44
auch Dampf aus dem Trenngefäß 20 zugeführt werden.
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Bei der Schaltung nach F i g.1 wird beim Anfahren zunächst von der
Speisepumpe 2 das Umwälzsystem für die Verdampferheizflächen 11 sowie das für die
überhitzerheizflächen 21 gefüllt. Vor dem Zünden des Kessels werden auch die Pumpen
12 und 22 angefahren, und es setzt ein getrennter Umwälzbetrieb ein. In diesem Zeitpunkt
sind die Verdampferheizflächen 11 mit Umwälzkreislauf 14 -10 - 9 -12 und die überhitzerheizflächen
21 mit dem Umwälzkreislauf 19 - 20 - 22 - 5 zueinander parallel geschaltet, wobei
dem ersten Kreislauf stetig Speisewasser durch die Speiseleitung 1, dem zweiten
Kreislauf Speisewasser durch die Speiseleitung 5 zugeführt wird. Der in dem Umwälzsystem
der Verdampferheizfläche 11 erzeugte Dampf wird im Trenngefäß 10 abgeschieden und
durch die Leitung 18 über das Regelventil 24 den zweiten überhiizerheizflächen 31
zugeführt, die hinter den durch das zweite Umwälzsystem gekühlten überhitzerheizflächen
21 liegen. Die Vergrößerung der Verdampferheizfläche 11 nach dieser Schaltung um
die Heizfläche des ersten überhitzers 21, die in diesem Stadium des Anfahrablaufs
als Verdampfer wirkt, bedeutet nicht nur eine ausreichende Kühlung für diese Heizflächen
21, sondern bewirkt auch, daß frühzeitig eine hinreichend große Dampfmenge zur Kühlung
der nachgeschalteten überhitzer 31, 41, 34 und 44 entsteht.
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Mit steigender Feuerleistung werden die Ventile 3 und 8 gedrosselt
und das Ventil 7 in entsprechender Weise geöffnet. Dadurch wird der Anteil des verdampften
Wassers, den die Speisepumpe ersetzt,, nach und nach allein auf die Verdampferheizfläche
11 geschaltet. Die überhitzerheizflächen 21 werden zunehmend mit dem Wasser versorgt,
das von der Pumpe 12 im Siedezustand aus dem Trenngefäß 10 abgezogen wird und das
nunmehr über das Regelventil 7 und die Leitung 6 in die Leitung 5 abgeführt wird.
Es kann aber auch von vornherein bei geschlossenem Regelventil 3 des Umwälzkreislaufs
der Heizflächen 21 über das Ventil 7 und die Leitung 6 gefüllt und während des Anfahrens
beschickt werden, so daß wasserseitig eine Hintereinanderschaltung bestehen bleibt.
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Bei weiterhin zunehmender Feuerleistung wird schließlich die im Trenngefäß
10 frei werdende Dampfmenge so groß, daß mit ihr auch die überhitzerheizflächen
21 und alle folgenden Heizflächen hinreichend gekühlt werden. Der im Trenngefäß
10 frei werdende Dampf wird nicht mehr über die Regelventile 24 und 25 in die nachgeschalteten
überhitzer 31, 41, 34, 44 gegeben, sondern über das Regelventil 17 und die Leitung
15 in den Anfang der Überhitzerheizflächen 21 geschickt. Zu diesem Zeitpunkt geht
das Umwälzsystem 19 - 20 - 22 - 5 der ersten überhitzerheizflächen 21 außer Betrieb.
Das Ventil 75 in Leitung 5 wird zu diesem Zweck geschlossen. Das in! Trenngefäß
20 noch vorhandene Wasser wird durch Öffnen des Ventils 67 durch die Leitung 66
abgelassen. Ein Temperaturschock ist an der Einspeisung in diese Heizflächen 21
nicht zu erwarten, da Wasser im Siedezustand durch Sattdampf gleicher Temperatur
ersetzt wird. Von diesem Zeitpunkt an verläuft das Anfahren so, wie es beim System
mit einer Umwälzung geschieht.
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Ist das Umwälzsystem des Verdampferkreislaufes 11 ausgefallen, so
kann über das Umwälzsystem der Überhitzerheizfläche 21 angefahren werden, indem
die Rückschlagklappe 63 in »Auf«-Stellung blockiert wird. Es ergibt sich dann ein
Umwälzkreislauf über die Heizflächen 11 und 21 und das Umwälzsystem 19 - 20 - 22
- 5 über das Regelventil 3 zurück in die Speiseleitung 1.
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Die im vorstehenden beschriebene Schaltung läßt sich sinngemäß auch
zum Abfahren verwenden.