DE2006410A1 - Verfahren zum Betneb einer Dampfkraft anlage und Anlage zum Durchfuhren des Ver fahrens - Google Patents

Description

P. 4420

Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur / Schweiz

"Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage und Anlage zum Durchführen des Verfahrens"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer aus Dampferzeuger und Kraftmaschine bestehenden Dampfkraftanlage, wobei dem im Verdampfer erzeugten Dampf durch Wärmeübertragung an dem Dampferzeuger zugeführtes Speisewasser Wärme entzogen wird. Sie betrifft ferner eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens mit Mitteln zum Erfassen von Lastspitzen und mit einem von im Verdampfer erzeugten Sattdampf und von dem Dampferzeuger zugeführten Speisewasser beaufschlagten Wärmeübertrager.

Es ist bei Naturumlaufdampferzeugern bekannt, Speisewasser, das gegebenenfalls in einer Economiser-Heizflache vorgewärmt worden ist, in den Dampfraum der Dampfwassertrommel in Strahlen oder in Tropfen verteilt einzuführen, um Sattdampf zu kondensieren. Das Speisewasser wird dadurch nahezu auf Sattdampftemperatur gebracht, wodurch der Verdampfungsbeginn an den Eintritt der Verdampferheizfläche herangeschoben wird, was eine Verbesserung des Naturumlaufes zur Folge hat.

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Bei Zwanglaufdampferzeugern ist es bekannt, Sattdampf an Speisewasser zu kondensieren, indem am Verdampfereintritt ein Oberflächenwärmeübertrager angeordnet wird. Hierdurch wird die Wasserverteilung auf den Verdampfer stabilisiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten von Dampferzeugern beim Auftreten von plötzlichen Lastspitzen zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass bei Auftreten von Lastspitzen zur erhöhten Dampfabgabe an die Kraftmaschine der Wärmeentzug aus dem Dampf vorübergehend verringert wird.

Eine Anlage zum Durchführen dieses Verfahrens ist dadurch

gekennzeichnet, dass Mittel zum Verändern der Wärmeübertragung

Dampf

zwischen im Verdampfer erzeugten und dem Dampferzeuger zugeführten Speisewasser vorgesehen sind und dass diese Mittel mit den Mitteln zum Erfassen von Lastspitzen in Wirkungsverbindung stehen.

Durch die Erfindung gelingt es, auf einfache Weise die durch plötzlich auftretende Lastspitzen bisher bedingte Absenkung des Dampfdruckes vor der Kraftmaschine zu verringern, zu verhindern oder gar in ihr Gegenteil zu verändern, so dass eine schnellere Anpassung des Dampfangebotes an den plötzlich erhöhten Dampfbezug möglich wird. Dies hat den weiteren Vorteil, dass auch das regeldynamische Verhalten der Anlage verbessert

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wird, indem die Regelschwingungsamplituden kleiner bleiben und schneller abklingen.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines Naturumlaufdampferzeugers nach der Erfindung,

Fig. 2 das Schaltbild eines erfindungsgemässen Zwanglaufdampferzeugers mit Arbeitsmittelrückführung und

Fig. 3 das Schaltbild eines abgewandelten Zwanglaufdampferzeugers.

Gemäss Fig. 1 besteht der Naturumlaufdampferzeuger im wesentlichen aus einem Economiser 3,einer Dampfwassertrommel 5, einem Vordampfer 8, dessen Beheizung nicht näher dargestellt ist, sowie oinem an den Dampfraum der Trommel 5 angeschlossenen Uoberhitzer 10. Vom Ueberhitzer 10 führt eine Frischdampfleitung 11 zu einer Dampfturbine 12, deren Austritt in einen Kondensator 13 mündet. Der Kondensator ist über eine Kondensatpumpo 14 mit einem Anfahrbehälter 1 verbunden. Der Anfahrbehälter 1 ist über eine Speisepumpe 2 an den Economiser 3 angeschlossen, der über eine Leitung 20 mit dem Dampfraum der Trommel 5

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in Verbindung steht. Unterhalb der Mündung der in die Trommel hineinragenden Leitung 20 ist oberhalb des Wasserspiegels eine Rinne 4 vorgesehen, die mit Löchern versehen ist, aus denen das zugeführte Speisewasser in Form von Strahlen oder Tropfen in den Wasserraum der Trommel gelangt.

In der Leitung 20 ist ein Dreiwegeventil 21 vorgesehen, an dessen dritten Stutzen eine Zweigleitung 22 angeschlossen ist, die unter Umgehung der Trommel 5 in die Falleitung 6 zwischen der Trommel 5 und einem mit dem Verdampfer 8 verbundenen Verteiler 7 mündet.

An der Frischdampfleitung 11 ist ein Dampfmengenmessorgan 23 angeschlossen, das über ein Differenzierorgan 24 mit dem Dreiwegeventil 21 verbunden ist. Zur Beeinflussung der Speisewasserzufuhr ist eine übliche, nicht dargestellte Dreikomponentenregelung, d. h. das Niveau in der Trommel, die Speisewassermenge und die Dampfmenge wirken auf ein Speisewassermengeneinstellorgan, vorgesehen.

Im normalen Betrieb des Dampferzeugers wird mittels der Speisepumpe 2 Speisewasser dem Anfahrbehälter 1 entnommen und über den Economiser 3 und die Leitung 20 in die Rinne A gefördert. Aus dem Wasserraum der Trommel 5 gelangt das Kesselwasser über die Ealleitung 6 und den Verteiler 7 in den Verdampfer 8,

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in dem es erwärmt und zum grossen Teil verdampft wird. Der entstehende Sattdampf sammelt sich in der Trommel 5, wo ihm ein Teil seiner Warme durch das aus der Rinne 4 fliessende Wasser entzogen wird.' Von der Trommel aus gelangt der Sattdampf in den Ueberhitzer 10 und danach über die Frischdampfleitung 11 in die Turbine 12. Nach seiner Entspannung wird der Dampf im Kondensator 13 niedergeschlagen, und das sich dabei bildende Kondensat wird von der Kondensatpumpe 14 zum Anfahrbehälter 1 zurückgeführt.

Beim Auftreten von Lastspitzen, d. h. bei plötzlich grosser werdendem Dampfbezug durch die Turbine 12 entsteht in der Frischdampfleitung 11 ein grösserer Dampfstrom, der mit einer Absenkung des Dampfdruckes verbunden ist. Die Aenderung des Dampfmengenstromes wird vom Mengenmessorgan 23 erfasst und wirkt auf das Dreiwegventil 21 derart, dass dieses so verstellt wird, dass ein mehr oder weniger grosser Teil des vom Economiser 3 kommenden Speisewassers über die Zweigleitung 22 zur Falleitung , 6 geführt wird. Damit strömt weniger Speisewasser zur Rinne 4, so dass sich der Wärmeentzug aus dem Sattdarapf verringert und damit mehr Dampf als vorher zum Ueberhitzer 10 und zur Turbine 12 strömen kann. Die infolge des erhöhten Dampfbezuges eintretende Druckabsenkung des Dampfes wird also verringert, und zwar wegen des eingeschalteten Differenzierorgans 24 vorübergehend. Beim Auftreten einer Lastspitze wird gleichzeitig, was hier nicht nä-

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her dargestellt ist, ein Signal zur Feuerung des Dampferzeugers gegeben, durch das die Feuerleistung erhöht wird. Infolge der Trägheit der Feuerung schliesst sich die mit der Erhöhung der Feuerleistung auftretende grössere Dampferzeugung an die vorübergehende Dampfabgabe infolge der Einwirkung auf das Dreiwegeventil 21 an.

Bei dem Zwanglaufdampferzeuger gemäss Fig. 2 ist anstelle der Trommel 5 ein Wasserabscheider 39 vorgesehen, dessen unteres Ende mit einer Leitung 25 in Verbindung steht, die eine Umwälzpumpe 26 aufweist, mit deren Hilfe das abgeschiedene Wasser in den Verdampfer 8 rückgeführt wird. Ausserdem ist ein besonderes Mischgefäss 27 vorgesehen, in dem der Wärmeentzug aus dem Sattdampf stattfindet und das an seinem oberen Ende mit der vom Economiser 3 kommenden Leitung 20 verbunden ist. Das untere Ende des Mischgefässes 27 mündet in die Leitung 25. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Dreiwegeventil 21· nicht in der Leitung 20, sondern in der Verbindungsleitung 28 zwischen Verdampfer 8 und Wasserabscheider 39 angeordnet. Vom dritten Stutzen des Dreiwegeventils 21* führt eine Zweigleitung 40 zum Mischgefäss 27.

Der lleberhitzer 10 ist in diesem Beispiel in zwei Abschnitte unterteilt, zwischen denen eine Wassereinspritzleitung 29 mündet, die in bekannter Weise ein von der Dampftemperatür nahe

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dem Ueberhitzeraustritt beeinflusstes Ventil 30 aufweist. Die Dampfturbine 12 ist in zwei Druckstufen eingeteilt, zwischen denen ein Zwischenüberhitzer 31 eingeschaltet ist.

Als Mittel zum Erfassen von Lastspitzen ist an der Frischdampfleitung 11 ein Druckmesaorgan 33 vorgesehen, das einerseits über einen PID-Regler 34 mit einem Laststeuergerät 35 und andererseits über einen PD-Regler 36 mit einem das Dreiwegeventil 21' beeinflussenden Stellmotor 37 in Verbindung steht. Auf den Stellmotor 37 wirkt ferner ein PI-Regler 38, dem als Istwert die die Leitung 29 durchströmende Einspritzwassermenge aufgeschaltet ist. Diese Menge wird mittels des Messorgans 41 ermittelt. In Fig. 2 ist ausserdem die Feuerung 42 des Dampferzeugers angedeutet, deren Brennstoff- und Luftzufuhr der Einfachheit halber durch nur eine Leitung 43 mit Regelventil 44 dargestellt ist. Das Regelventil 44 wird vom Laststeuergerät 35 über einen Regler 45 beeinflusst. Schliesslich ist die Beeinflussung der dem Dampferzeuger zugeführten Speisewassermenge dargestellt, die in Abhängigkeit von Niveau im Y/asserabscheider 39 erfolgt. Zu diesem Zweck ist ein Niveaumessorgan 46 vorgesehen, das über einen Regler 47 auf ein dem Economiser 3 vorgeschaltetes Regelventil 48 wirkt.

Die Arbeitsweise des Dampferzeugers ist wie folgt. Im Normalbetrieb wird mittels der Speisepumpe 2 Speisewasser aus dem Anfahrbehälter 1 über den Economiser 3 in das Mischgefäss 27' ge-

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fördert. Aus dem Mischgefäss gelangt das Wasser mittels der Umwälzpumpe 26 in den Verdampfer 8. Nach Austritt des Arbeitsmittels aus dieser Heizfläche wird es mittels des Dreiwegeventils 21' in zwei Teilströme aufgeteilt. Der eine Teilstrom gelangt in den Wasserabschneider 39, wo sich das raitgeführte Wasser vom Dampf trennt, der dann in den Ueberhitzer 10 weiterströmt. Das abgeschiedene Wasser gelangt über die Leitung 25 wieder in den Verdampfer. Der andere Teilstrom wird über die Zweigleitung 40 zum Mischgefäss 27 geführt, wo der Dampf am zugeführten Speisewasser kondensiert. Der im Ueberhitzer 10 überhitzte Dampf gelangt über die Frischdampfleitung 11 in die erste Stufe der Turbine 12 und nach teilweiser Entspannung in den Zwischenüberhitzer 31, von wo aus er zur weiteren Entspannung in die zweite Turbinenstufe strömt. Der entspannte Dampf wird im Kondensator 13 niedergeschlagen und mittels der Kondensatpumpe 14 zum Anfahrbehälter 1 zurückgefördert.

Beim Auftreten einer Lastspitze beginnt der Druck des Dampfes in der Frischdampfleitung 11 zu sinken, was im Druckmessorgan 33 ein entsprechendes Signal auslöst, das auf den PD-Regler 36 wirkt. Das daraus resultierende Ausgangssignal dieses Reglers wirkt auf den Stellmotor 37, der das Dreiwegeventil 21' derart verstellt, dass die Zufuhr von Dampf über die Zweigleitung 40 zum Mischgefäss 27 vorübergehend verringert wird, so dass gleichzeitig mehr Sattdampf im Wasserabscheider 39 anfällt, was ein weiteres Absinken des Dampfdruckes in der Frischdampfleitung 11

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verhindert. Das vom Druckmessorgan 33 ausgehende Signal wirkt zugleich über den PID-Regler 34 auf das Laststeuergerät 35, das über den Regler 45 die Brennstoff- und Luftzufuhr zur Feuerung 42 vergrössert, indem das Ventil 44 entsprechend verstellt wird. Auf den Stellmotor 37 des Dreiwegeventils 21· wirkt noch die Einspritzwassermenge, und zwar wird mit grosser werdender Einspritzwassermenge die vom Dreiwegeventil 21' zum Mischgefäss 27 geführte Dampfmenge verkleinert. Die in den . , Ueberhitzer 10 strömende Dampfmenge wird dadurch vergrössert und bei gleichbleibender Wärmezufuhr zum Ueberhitzer weniger hoch überhitzt, so dass die Einspritzwassermenge selbsttätig zurückgenommen wird.

Anstelle des Drucksignals kann nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch die die Frischdampfleitung durchströmende Dampfmenge, wie in Fig. 1 gezeigt, oder die Drehzahl der Turbine 12 verwendet werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist gegenüber dem nach Fig. 2 dadurch abgewandelt, dass als Wärmeübertrager zwischen Sattdampf und Speisewasser kein besonderes Mischgefäss vorgesehen ist, sondern der Wasserabscheider 39 zwischen Verdampfer und Ueberhitzer 10 verwendet wird. Ausserdem ist das Dreiwegeventil 21'' nicht in der vom Verdampfer 8 zum Wasserabscheider 39 führenden Leitung, sondern in der vom Economiser 3 zum Wasserabscheider 39 führenden Leitung 20 angeordnet. Die am dritten Stutzen des Dreiwegeventils 21'' angeschlossene Zweigleitung 60 führt hier in den Wasserraum des Wasserabscheiders. Das Drei-

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Wegeventil 21¹¹ wird von einem P-Regler 36' beeinflusst, dessen Eingangssignal aus der Abweichung zwischen der von einem elektrischen Generator 61 abgegebenen Leistung und einem Sollwert für diese Leistung gebildet wird. Der Istwert der elektrischen Leistung wird über eine Signalleitung 62 und der Sollwert über eine Signalleitung 63 einem Additionspunkt 64 zugeführt, von dem eine Signalleitung 65, die das der erwähnten Abweichung entsprechende Signal führt, zum P-Regler 36' führt. Eine wei- ^ tere, das gleiche Signal führende Signalleitung 66 steht mit einem die Feuerleistung beeinflussenden PID-Regler 45' in Verbindung, der das Ventil 44 verstellt. Da durch den Integralverhalten aufweisenden Regler 45' die Abweichung zwischen dem Sollwertsignal der Leitung 63 und dem Istwertsignal der Leitung 62 zum Verschwinden gebracht wird, genügt für den Regler 36 reines P-Verhalten. Er könnte zusätzlich auch mit D-Verhalten versehen werden.

ψ Auch bei diesem Beispiel wird bei Auftreten einer plötzlichen Lastspitze das Dreiwegeventil 21'' vom P-Regler 36' so verstellt, dass vorübergehend mehr Speisewasser als vorher vom Economiser 3 über die Zweigleitung 60 direkt zum Wasserraum des Wasserabscheiders 39 geführt wird, so dass weniger Sattdampf kondensiert wird und damit mehr Dampf für die Turbine 12 zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird über den Regler 45' die Feuerungsleistung entsprechend erhöht.

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Das Signal in der Signalleitung 65 kann grundsätzlich ■ so stark aufgeschaltet werden, dass bei erhöhtem Leistungsbedarf der Dampfdruck in der Frischdampfleitung 11 sogar steigt. Eine solche Schaltung kann beonders bei Gleitdruckbetrieb interessant sein.

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Claims (7)

200641Q Patentansprüche

1.^Verfahren zum Betrieb einer aus Dampferzeuger und Kraftmaschine bestehenden Dampfkraftanlage, wobei dem im Verdampfer erzeugten Dampf durch Wärmeübertragung an dem Dampferzeuger zugeführtes Speisewasser Wärme entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten von Lastspitzen zur erhöh-

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ten Dampfabgabe^rdie Kraftmaschine der Wärmeentzug aus dem

Dampf vorübergehend verringert wird.

2. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Mitteln zum Erfassen von Lastspitzen und mit einem von im Verdampfer erzeugten Dampf und von dem Dampferzeuger zugeführten Speisewasser beaufschlagten Wärmeübertrager, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Verändern der Wärmeübertragung zwischen im Verdampfer erzeugten Dampf und dem Dampferzeuger zugeführten Speisewasser vorgesehen sind und dass diese Mittel mit den Mitteln zum Erfassen von Lastspitzen in Wirkungsverbindung stehen.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mitteln zum Verändern der Wärmeübertragung und den Mitteln zum Erfassen von Lastspitzen ein Differenzierorgan eingeschaltet ist.

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4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Verändern der Wärmeübertragung ein Dreiwegeventil und eine an diesem Ventil angeschlossene, den Wärmeübertrager umgehende Zweigleitung vorgesehen sind.

5. Anlage nach Anspruch 4, mit einem eine Dampfwassertrommel aufweisenden Naturumlaufdampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwegeventil in der Speisewasser zur als Wärme-, g Übertrager wirkenden Dampfwassertrommel führenden Leitung angeordnet ist und die Zweigleitung in die Falleitung der Trommel mündet.

6. Anlage nach Anspruch 4, mit einem einen Wasserabscheider aufweisenden Zwanglaufdampferzeuger und einer vom Wasserabscheider zum Verdampfereintritt führenden Arbeitsmittelleitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwegeventil in der Speisewasser zum Dampfraum des als Wärmeübertrager wirkenden Wasserabscheiders führenden Leitung angeordnet ist und die Zweiglei- ™ tung das Ventil mit dem Wasserraum des Wasserabscheiders verbindet.

7. Anlage nach Anspruch 2, mit einem einen Wasserabscheider aufweisenden Zwanglaufdampferzeuger und einer vom Wasserabscheider zum Verdampfereintritt führenden Arbeitsmittelleitung, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Verändern

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der Wärmeübertragung ein Dreiwegeventil in der vom Verdampfer zum Wasserabscheider führenden Leitung angeordnet ist und eine an diesem Ventil angeschlossene, zum Wärmeübertrager führende Zweigleitung vorgesehen ist.

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