DE1576862C - Einrichtung zum Anfahren eines Zwangdurchlaufdampferzeugers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Betrieb und insbesondere zum Anfahren eines Hochdruck-Dampferzeugers mit überlagerter Umwälzung. Eine ausführliche Beschreibung der Charakteristiken dieser Dampferzeuger finden sich in der USA.-Patentschrift 3 194 217, erteilt am 13. Juli 1965 an H. A. Grabowski mit dem Titel »Kesselreinigungsverfahren für Dampferzeuger mit überlagerter Umwälzung«.

Beim Anfahren von Hochdruck-Zwangdurchlaufdampferzeugern wird gewöhnlich der Verdampferabschnitt des Strömungskreises vom Oberhitzerabschnitt durch ein sogenanntes Kesseldrosselventil abgesperrt. Beim üblichen kalten Anfahrbetrieb wird der Kessel mit dem Arbeitsmedium bis zu dem Kesseldrosselventil gefüllt, das geschlossen ist, und der Druck wird dann nahe an den normalen Betriebsdruck durch die Speisepumpe gebracht. Sobald in der Brennkammer Wärme erzeugt wird, vergrößert sich das Volumen des Arbeitsmediums auf Grund des Temperaturanstiegs, und diese Ausdehnung verursacht ein Überströmen des Arbeitsmediums zum Kondensator oder zu einem anderen Niederdruckteil des Speisewasserkreises durch das Anfahrventil, das in dem Strömungskreis nach den Rohren der Brennkammerwand angeordnet ist. Zusätzlich muß bei einem üblichen Zwangdurchlaufkessel eine Arbeitsmittelströmung durch die Brennkammerrohre und das Anfahrventil von annähernd 30% der Vollastströmung aufrechterhalten werden, um die Brennkammerrohre während des Anfahrvorganges gegen übermäßige Wärme zu schützen. Solch eine Arbeitsweise ist z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 394 250 bekannt.

Bei einem Dampferzeuger mit überlagerter Umwälzung wird dieser Mindestdurchsatz von 30% gewöhnlich auf annähernd 10 % durch einen Umwälzungskreis über den Brennkammerrohren reduziert. Auf diese Weise bleibt die erforderliche Strömung durch die Brennkammerrohre erhalten, gleichzeitig wird jedoch die Wärmeverschwendung konventioneller Zwangdurchlaufkessel vermieden, die auftritt, wenn der größte Teil der in der 30 %igen Strömung enthaltenen Wärme an den Kondensator abgegeben wird. Dennoch ist bei einem Kessel mit überlagerter Umwälzung die Strömungsmenge, die über das Anfahrventil gewöhnlich abgeführt wird und die auf Grund der Volumenvergrößerung überströmende Menge enthält, noch beträchtlich. Die für einige Stunden stattfindende Druckminderung im Anfahrventil von einem hohen Betriebsdruck auf den im Niederdruckteil des Speisewassersystems herrschenden verursacht eine starke Abnutzung des Anfahrventils und kann nach relativ kurzen Betriebszeiten die Stillegung der Einheit und die kostspielige Reparatur des Ventils erfordern. Diese starke Beanspruchung des Anfahrventils verringert seinen Nutzen bei der Ausübung seiner Hauptfunktion, nämlich einmal einen bestimmten Druck im Verdampferteil der Brennkammerwand und/oder anderen Teilen des Kessels aufrechtzuerhalten und andererseits sich bei der Übertragung dieser Funktion auf das Absperrventil oder Turbinenventil zu beteiligen, wenn die Einheit unter normalen Bedingungen zu arbeiten beginnt.

Die Erfindung vermeidet kostspielige Wartungsarbeiten auf Grund des Versagens des Anfahrventils während des Anfahrvorganges eines Dampferzeugers mit überlagerter Umwälzung dadurch, daß die Ableitung zur Volumenvergrößerung zwischen dem Speisewasservorwärmer und dem Eingang des Verdampferabschnittes am Dampferzeuger angeschlossen ist.

Außerdem gibt die Erfindung eine Einrichtung an, bei der zwischen einer Pumpe und einem strömungsmäßig vor dem Verdampferabschnitt angeordneten Strömungsabschnitt ein Absperr- und Rückschlagventil angeordnet ist, stromaufwärts von dem eine

ίο Zapfleitung von der Druckseite der Pumpe zu einem Niederdruckteil führt und bei der die erste Ableitung die Verbindung zwischen dem Verdainpferabschnitt und der Zapfleitung herstellt.

Hiernach ergibt sich der Vorteil, daß der üblicherweise vorhandene Umwälzkreis der Speisepumpe nach Vergrößerung des darin enthaltenen Druckminderers auch zur Aufnahme der Volumenvergrößerung des Arbeitsmittels verwendet werden kann.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung jetzt an Hand der beigefügten Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Zwangdurchlaufdampferzeugers mit überlagerter Umwälzung und den Vorrichtungen gemäß der Erfindung

as zur Freisetzung der Volumenvergrößerung über das kalte Ende des Dampferzeugers,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Teils des Dampferzeugers von Fig. 1, bei dem jedoch die Vorrichtungen zur Freisetzung der Volumenvergrößerung mit einer Umwälzleitung oder Zapfleitung der Speisepumpe kombiniert sind,

Fig. 3 ein typisches Kapillarrohr zur Druckminderung.
Der Zwangdurchlaufdampferzeuger von F i g. 1 ist mit 10 bezeichnet. Er kann auf übliche Weise durch geeignete, nicht dargestellte Feuerungen beheizt werden und Dampf hohen Drucks und hoher Temperatur einem Verbraucher, wie z. B. einer Dampfturbine 12, zuführen. Die Kondensatpumpe 14 und die Speisepumpen 16 und 18 pumpen das Arbeitsmedium, wie z.B. Wasser, von einer Quelle, z.B. dem Kondensator 20, über den Demineralisator 22, den Niederdruck-Speisewasservorwärmer 24, den Entgaser 26, den Mitteldruck-Speisewasservorwärmer 27 in einen ersten Strömungsabschnitt A, der den Hochdruckspeisewasservorwärmer 28 enthalten kann. Der Dampferzeuger 10 enthält einen zweiten Strömungsabschnitts und einen dritten Strömungsabschnitt C, die zusammen mit dem Strömungsabschnitt A in Serie durchströmt werden. Der Strömungsabschnitt B enthält vorzugsweise einen Ekonomiser 30 und die Rohre32 der Brennkammerwand. Der Abschnitte enthält einen oder mehrere Überhitzerabschnitte 34. Zwischen den Abschnitten B und C kann ein sogenanntes Kesselabsperrventil BT angeordnet sein, das während des normalen Betriebs, des Dampferzeugers völlig geöffnet bleibt. Nachdem das Speisewasser in den Speisewasservorwärmern 24, 27 und 28 und im Ekonomiser 30 vorerhitzt worden ist, wird es in den Brennkammerwandrohren 32 in Dampf übergeführt. Nach dem Durchströmen des Absperrventils BT wird dieser Dampf in Strömungsabschnitt C überhitzt und während des normalen Betriebs von dort einer Turbine 12 zugeführt.

Beim Anfahren des Dampferzeugers 10 und der Turbine 12 ist das Absperrventil BT normalerweise geschlossen. Während einer späteren Phase des Anfahrvorganges wird Hochdruckwasser mit z. B.

245 atm. (3500 psi) und 427° C (800⁰F) über die Leitung 35 und das Anfahrventil BE einem Dampfabscheider oder Einspritzkessel 36 zugeführt und dadurch der Druck auf den erforderlichen Anfahrdruck z.B. 35atm. (500psi) der Turbine reduziert. Der durch Entspannung erzeugte Dampf wird von dem Wasser im Abscheider 36 abgeschieden und strömt über die Leitung 37 zum Überhitzer 34 zur weiteren Erhitzung. Dieser Dampf wird dann über die

einem der Drosselventile 46 reguliert. Der überströmende Teil des Arbeitsmediums kann außerdem in andere Teile des Speisewassersystems abgeführt werden, in denen ein niedriger Druck, wie z. B. 0,35 atm. (5 psi), herrscht.

An Stelle der Blenden 48 können auch andere Druckminderer, z.B. Kapillarrohre 50 (Fig. 3), verwendet werden. Diese Rohre haben eine Bohrung 52 mit kleinem Durchmesser und sind von geeigneter

Leitung 38 der Turbine 12 zum Anheizen und An- io Länge, um einen bestimmten Druckabfall zu erzeugen, fahren zugeführt. Das im Abscheider 36 vom Dampf In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin-

abgeschiedene Wasser wird im allgemeinen über die dung dargestellt, bei dem der überströmende Teil des Leitung 39 dem Kondensator 20 oder einem anderen Arbeitsmediums oder die Volumenvergrößerung über Speisewasser-Speicherkessel zugeführt. die Nebenschlußleitung abgeführt wird, die üblicher-

Am Beginn des üblichen Anfahrvorganges, wenn *5 weise in der Druckleitung der Kesselspeisepumpe der Druck des Wassers vom Druck im Speisewasser- vorgesehen ist. Es ist bekannt, daß eine gegen eine system zum Betriebsdruck von z. B. 245 atm. geschlossene Leitung arbeitende Pumpe sich bald (3500 psi) und die Temperatur auf 288° C (550° F) überhitzt und frißt. Demgemäß sind spezielle Vorricherhöht wird, ist die Drosselbelastung des Anfahr- tungen vorgesehen, um einen bestimmten Durchsatz ventils BE sehr groß, wodurch eine übermäßige Ab- 2° durch die Speisepumpe unabhängig von dem durchnutzung dieses Ventils verursacht wird. Dies kommt laufenden Teil des Arbeitsmediums zu erhalten. Dies daher, daß zusätzlich zum durchlaufenden Teil, der geschieht dadurch, daß eine begrenzte Menge des zwischen 10 und 30% des maximalen Durchsatzes Arbeitsmediums über die Nebenschlußleitung 54 umbetragen kann, eine überströmende Menge des gewälzt wird. Diese Nebenschlußleitung ist auf der Arbeitsmittels durch das Ventil BE geführt werden »5 Druckseite der Pumpe vor den Absperrventilen 56 muß. Wie zuvor festgestellt, ist diese Überströmung angeordnet und führt zu einem Niederdruckbereich das Ergebnis der Volumenvergrößerung des Arbeits- im Speiseteil des Kessels. In dem Ausführungsbeispiel mediums auf Grund der Erhitzung. der F i g. 2 führt die Leitung 54 zum Entgaser 26.

Zur Vermeidung dieser übermäßigen Abnutzung Die Kapazität dieses Nebenschlusses ist üblicherweise des BE-Ventils während des Beginns des Anfahrvor- 30 so', daß bei Absinken der Belastung auf den Wert Null ganges gibt die Erfindung ein Verfahren an, bei dem oder bei Schließen eines der Ventile bei mit voller das Ventil BE völlig geschlossen ist und keinen Durchsatz aufweist. Damit dieser Betrieb ohne Durchsatz
zulässig ist, muß die Menge des Arbeitsmediums, das
bei einem Dampferzeuger mit überlagerter Umwäl- 35
zung im allgemeinen über die Brennkammerrohre 32
oder die Brennkammerrohre 32 und den Ekonomiser
30 über die Umwälzleitung 40 und die Umwälzpumpe
42 umgewälzt wird, ausreichend groß sein, um die
Heizflächen vor einer Überhitzung, sogar wenn der 40 Nebenschlußleitung 54 verwendet wird, wird gemäß Dampferzeuger ohne Durchlauf arbeitet, zu schützen. der Erfindung vergrößert, um

Um das BE-Ventil von der starken Drosselbelastung zu befreien, wird gemäß der Erfindung der auf Grund der Volumenvergrößerung des Wassers während der druck- und temperaturerhöhenden Phase überströmende Teil des Arbeitsmediums über das verhältnismäßig kalte Ende des Dampferzeugers, wie z. B. durch die Leitung 44, und eines oder mehrere Ventile 46 abgeführt. Diese Leitung 44 enthält einen Druckminderer, der aus einer Serie von Blenden 48 bestehen kann. Der Druckverlust durch diese Blenden und in der Leitung 44 und den Ventilen 46 wird auf einen solchen Wert begrenzt, daß die Entspannung in Dampf auf den das Medium aufnehmenden Kessel,

wie z. B. den Entgaser 26, begrenzt ist. Es ist wichtig 55 versteht es sich, daß dies nur der Veranschaulichung und sehr günstig, den Druck in den Vorrichtungen diente und keine Beschränkung darstellt und daß zur Freisetzung der Volumenvergrößerung 44, 46 und
48 in einem solchen Ausmaß zu reduzieren, daß in
diesen Elementen keine Entspannung in Dampf stattfindet, um einen Rückstau gegen den überströmenden 6°
Teil zu verhindern, denn dies würde die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur des Arbeitsmediums
im Dampferzeuger erhöht wird, stören. Zu diesem
Zweck ist ein Druckmeßgerät 43 zur Druckmessung
am Eingang des Kessels, ein Begrenzungsregler 45, 65
der von dem Druckmeßgerät 43 beeinflußt wird, und
ein Stellglied 47 vorgesehen, das unter dem Einfluß
des Be2renzuncsreclers45 die öffnung von wenicstens

Geschwindigkeit laufender Pumpe der Durchsatz durch die Pumpe nicht unter ein bestimmtes zulässiges Minimum absinkt.

Gemäß der Erfindung wird die Überströmung auf Grund der Volumenvergrößerung in die Pumpen-Nebenschlußleitung 54 über die Leitung 58 und das Ventil 60 abgeführt. Die Kapazität der Leitung 54 und des Druckminderers 62, der üblicherweise in der

1. den auf Grund der Volumenvergrößerung überströmenden Teil des Arbeitsmediums während des Anfahrens freizusetzen und

2. einen bestimmten Mindestdurchsatz durch die Speisepumpe 18 unabhängig von dem durch den Dampfkessel durchlaufenden Teil des Arbeitsmediums aufrechtzuerhalten.

Wie in dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 kann der Druckminderer in irgendeiner geeigneten Ausführung vorliegen, z. B. als Serie von Blenden 48 oder als Kapillarrohr 50. Obwohl zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden,

Änderungen gemacht werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Anfahren eines Zwangdurchlaufdampferzeugers mit einem zwischen dem Verdampferabschnitt und dem Überhitzerabschnitt während des Anfahrens geschlossenen Absperrventil und einem vor dem Absperrventil abzweigenden, mindestens den Verdampferabschnitt umfassenden Umwälzkreis und einer Einrichtung

zur Ableitung der auf Grund der Erwärmung des Arbeitsmittels auftretenden Volumenvergrößerung des Arbeitsmittels in den Speisewasserteil der Anlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (44, 58) zwischen dem Speisewasservorwärmer (28) und dem Eingang des Verdampferabschnittes (B) am Dampferzeuger angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ableitung (44, 58) ein Druckminderer angeordnet ist, der entweder aus mehreren in Serie durchströmten Blenden (48) oder aus Kapillarrohren (50, 52) besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferabschnitt (B) einen Ekonomiser (30) enthält und die Ableitung (44, 58) in einem Teil des Strömungskreises entspringt, der stromabwärts vom Speisewasservorwärmer und stromaufwärts vom Ekonomiser liegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskreis, zwi-• sehen dem Ursprung der Ableitung und dem Speisewasservorwärmer (28) ein Absperrventil angeordnet ist.

5. Einrichtung nach irgendeinem, der Ansprüche 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß zwischen einer Pumpe (18) und einem strömungsmäßig vor dem Verdampferabschnitt (B) angeordneten Strömungsabschnitt (A) ein Absperrund Rückschlagventil (56) angeordnet ist, stromaufwärts von dem eine Zapf leitung (54) von der Druckseite der Pumpe zu einem Niederdruckteil führt und daß die Ableitung (58) die Verbindung zwischen dem Verdampferabschnitt (B) und der Zapfleitung (54) herstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen