DE4132315C2

DE4132315C2 - Überkritischer Druckkessel mit Trennvorrichtung und Rückführpumpe für Zyklusbetrieb

Info

Publication number: DE4132315C2
Application number: DE4132315A
Authority: DE
Inventors: Alexander H Rudd
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: IT1250132B; US5048466A; ITRM910811A1; CA2055323C; ITRM910811A0; DE4132315A1; JPH04302902A; CA2055323A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Zyklusbetrieb eines Zwangsdurchlaufkessels und ein Verfahren zum Anfahren eines derartigen Zwangsdurchlaufkessels von einer Leerlaufbedingung nach einem kurzen Stillstand.

Es hat sich in der elektrischen Stromerzeugungsindustrie eine Tendenz entwickelt zum Zyklusbetrieb großer, fossil beheizter Kesseleinheiten, im Gegensatz zu der früheren Mehrzweckpraxis des Grundlastbetriebs dieser größeren, effizienteren Einheiten. Diese Tendenz hat zu Entwurfproblemen geführt, welche thermische Drücke und ihre entsprechenden Auswirkungen auf die Dauerhaltbarkeit involvieren. Wenn eine überkritische Druckkesseleinheit nach einem kurzen Abstellen im Leerlauf ist, fällt der Druck auf unterkritische Niveaus ab. In derartigen, von der Babcock and Wilcox Gesellschaft entworfenen und hergestellten Einheiten muß der Heizofendruck auf überkritische Niveaus wiederhergestellt werden, und zwar durch Pumpen und einem in den Kreisläufen des Heizofens hergestellten Minimalfluß, bevor das Beheizen wieder aufgenommen werden kann. Da unter diesen Bedingun gen nur relativ kaltes Speisewasser von einer Zwangsdurchlaufeinheit zur Verfügung steht, werden Druckteile durch seine Verwendung mit jedem Wiederbeginn ther misch geschockt. Daraus ergibt sich, daß die Einheit nicht geeignet ist für den durch diese Tendenz verlangten Ein-/Aus-Zyklusbetrieb.

Stevens, et al. (US 3 954 087) offenbart ein Anfahrsystem und -Verfahren eines Dampfkraftwerkes einschließlich vertikaler Trennvorrichtungen, welche sich in dem Hauptstrompfad stromaufwärts der Überhitzer befinden. Während des Anfahrens fließt Trennvorrichtungsflüssigkeit in einem Hilfsstromkreislauf zu dem Kondensor oder dem Hauptstrompfad stromaufwärts des Vorwärmers. Dampf von den Trenn vorrichtungen strömt direkt in den Hauptstrompfad zu dem Überhitzer und der Turbine. Das System arbeitet bei variablem Druck während des Anfahrens und überkritischem Druck während des Betriebes. Stevens, et al. (US 4 099 384) ist dem System von US 3 954 087 ähnlich, bis auf das Hinzufügen einer Drucksteuerungs station stromaufwärts der Trennvorrichtungen, um überkritischen Druck in dem Heizofen während des Anfahrens aufrechtzuerhalten. Gorzegno (US 42 41 585) beschreibt ein Verfahren zum Betreiben des Dampferzeugers, welcher in Stevens, et al. (US 4 099 384) offenbart ist, in welchen voller Turbinendrosseldruck bei einer höheren Last erreicht wird als der in dem zuvor erwähnten Patent ′384 von Stevens, et al. Miszak (US 44 30 962) offenbart eine Dampferzeugungsanlage, welche ähnlich ist dem Patent ′087 von Stevens, et al. Das System beinhaltet eine vertikale Trennvorrichtung stromaufwärts der Übererhitzer und wird bei variier barem Druck bei Teillasten und vorzugsweise bei überkritischem Druck bei Vollast betrieben.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Zyklusbetrieb eines Zwangsdurchlaufkessels sowie ein Verfahren zum Anfahren eines derartigen Zwangsdurchlaufkessels nach einem kurzen Stillstand bereitzustellen, welches einen thermischen Schock der Druckteile des Kessels nach dem Anfahren des Kessels reduziert.

Dieses Ziel wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie dem unabhängigen Verfahrensanspruch 3 gelöst.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Dampfkraftwerk, wie es in der elektrischen Stromerzeugungsindustrie verwendet wird, welches insbesondere angepaßt ist für Lastzyklus- und Zweischichten-Ein/Aus-Zyklusbetrieb. Das erfindungsgemäße System weist einen Hauptfluidstrom pfad und einen damit verbundenen ersten und zweiten Hilfsfluid strompfad auf. Der erste Hilfsfluidstrompfad beinhaltet eine Dampftrennvorrichtung und eine Zirkulationspumpe, um Fluid von dem Auslaß des Heizofenabschnitts rückzuführen, und zwar zurück in den Hauptstrompfad. Gespeicherte Wärme von Fluiden und Metallen von diesem und dem Vorwärmerabschnitt wird verwendet, um einen thermischen Schock nach Lastwiederanstieg als Folge einer begrenzten Ausfalldauer zu eliminieren. Die Verwendung einer Dampftrennvorrichtung in dem ersten Hilfs kreislauf stellt einen Schutz gegen Kavitation bei der Zirkulationspumpe bereit. Der zweite Hilfskreislauf stellt sicher, daß passende Dampfbedingungen für Turbinenbe trieb bereitgestellt sind, während man noch auf der Umleitung während des Anfahrens ist.

Die verschiedenen Neuheitsmerkmale, die die Erfindung charakterisieren, werden gesondert in den Ansprüchen herausgestellt, die einen Teil dieser Offenbarung bilden. Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und die durch seine Verwendung erreichten Betriebsvorteile wird auf die begleitende Zeichnung und beschreibendes Material hingewiesen, in welchem ein bevorzugtes Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt ist.

Die alleinige Figur ist eine schematische Darstellung des Systems der Erfindung.

Mit Bezugnahme auf die Figur stellt das Schema einen überkritischen Druckkessel dar, wie er in der elektrischen Stromerzeugungsindustrie angewandt wird. Pfeile in den Leitungen, welche die verschiedenen, unten beschriebenen Gegenstände ver binden, geben die normale Richtung des Fluidstroms darin an. Die Hauptgegen stände einer Kesselausrüstung, welche seriell in einem Hauptfluidstrompfad zu sammengeschlossen sind, beinhalten einen Vorwärmer (ECON) 10, einen Heizofen (FURN) 12, einen primären Überhitzer (PSH) 14, und einen sekundären Über erhitzer (SSH) 16. Eine Hochdruckturbine oder Turbinenstufe (HP) 18, ein Wieder erwärmungs-Übererhitzer (RH) 20 (ebenfalls ein Teil des Kessels), eine Nieder druckturbine oder Turbinenstufe (LP) 22, ein Kondensor (COND) 24, eine Warm wasserbehälterpumpe 26, ein Niederdruckerhitzer (LPHTR) 28, ein Entlüfter (DA) 30, eine Hauptspeisepumpe 32, und ein Hochdruckerhitzer (HPHTR) 34, welcher Fluid zu dem Vorwärmer 10 abläßt, vervollständigen den Hauptfluidstrompfad. Ein erster Hilfsstrompfad ist an den Hauptfluidstrompfad angeschlossen, und zwar stromabwärts des Heizofens 12, und enthält eine vertikale Dampftrennvorrichtung 36. Eine Zirkulationspumpe 38 empfängt den Wasserabfluß von der Trennvor richtung 36 zum Ablassen in den Hauptfluidstrompfad stromaufwärts des Vor wärmers 10. Ein zweiter Hilfsstrompfad ist an den Hauptfluidstrompfad angeschlos sen, und zwar stromabwärts des Anschlusses des ersten Hilfsstrompfads und bein haltet einen Kondensatsammler 40. Ein Kondensatsammlerabfluß wird an den Hauptstrompfad stromaufwärts des Vorwärmers 10 zurückgeführt.

Hinsichtlich des ersten Hilfsstrompfades, wenn keine Trennvorrichtung 36 mit der Zirkulationspumpe 38 verwendet wird, kann die Enthalpie des Fluids am Pumpen einlaß nicht genau gemessen oder gesteuert werden und kann durch einen Kavita tionsbereich gehen, wodurch die Pumpe beschädigt werden kann, insbesondere bei einem heißen Wiederbeginn. Es wird weiter erklärt, daß die einzige praktische Art und Weise, die Enthalpie von Hochdruckwasser zu bestimmen darin besteht, die Temperaturmessung durchzuführen. Bei 24,1 MPa (3500 psi) ändert sich die Temperatur von Wasser/Dampf sehr wenig zwischen ca. 1863,2 kJ/kg (800) und 2561,9 kJ/kg (1100 BTU/LB). Unglücklicherweise liegt die Enthalpie, bei der Kavitation aller Wahrscheinlichkeit nach auftritt, bei einer Pumpe in einem Bereich von ca. 1979,7 kJ/kg (850) bis 2212,6 kJ/kg (950 BTU/LB). In diesem Enthalpie bereich verhält sich das überkritische Druckwasser ähnlich wie eine gesättigte Flüssigkeit bei unterkritischen Drucken. Dampfblasen bilden sich und brechen zusammen um die Pumpenflügelräder und das Gehäuse, wodurch ernsthafte Erosion verursacht wird. Um Pumpenkavitation in einem System mit einer Zirkulations pumpe und keiner Trennvorrichtung zu vermeiden, wird Fluid von dem Heizofen auslaß bei einer hohen Enthalpie mit Speisewasser bei einer niedrigen Enthalpie gemischt, und zwar stromaufwärts der Zirkulationspumpe. Die einzige Art und Weise, den Kavitationsbereich zu vermeiden, ist daher, mit der Temperatur un terhalb von ihm zu bleiben, indem man hohe Mengen von Speisewasser oder sehr kaltes Speisewasser mit dem Fluid von dem Heizofenauslaß vermischt, und zwar stromaufwärts der Pumpe, was zu einem thermischen Schock (durch Kühlen) an den Einlaßkomponenten des Kessels führen würde. Zusätzlich besteht eine Tendenz eines Überschwingens auf der kalten Seite wegen Verzögerungen beim Beheizen in einem Wiederbeginn, wodurch der thermische Schock weiterhin erhöht wird. Durch Verwenden einer Trennvorrichtung wird jedoch nur gesättigte Flüssigkeit rückge führt, und ihre Enthalpie ist entweder durch Temperatur oder Druck meßbar. Sein Mischungsverhältnis mit dem Speisewasser kann daher gesteuert werden, um Kavitation und thermischen Schock zu verhindern. Ein Verhindern von beiden Phänomenen ist beim Zyklusbetrieb notwendig, um Kavitation und Versagen durch Ermüdung zu verhindern.

Es versteht sich, daß nur die Gegenstände und Merkmale der Grundausrüstung der Erfindung in der Figur eingeschlossen wurden. Andere Gegenstände, wie Wasser aufbereitungssysteme, verschiedene Ventile und Stromkreisläufe, Temperaturregler und andere für ein Verständnis der Erfindung nicht essentielle Komponenten wurden der Klarheit zuliebe ausgelassen.

Während einer Leerlaufperiode, wenn der überkritische Druckkessel zeitweilig abgestellt ist, herrschen die folgenden Bedingungen vor:

a) alle Ventile sind geschlossen außer Ventil 380 und Ventil D;
b) Ventil 202 wird sich absatzweise öffnen, um die Trennvorrichtung 36 auf einen Druck von 5,52 MPa (800 psi) unterhalb des Kesseldruckes zu halten (oder nicht mehr als 37,8°C (100°F) Unterschied der Sättigungstemperatur, d. h. falls der Heizofen druck auf 6,89 MPa (1000 psi) abgefallen ist (285°C (545°F) Sättigungstemperatur), dann wird die Trennvorrichtung 36 auf 2,76 MPa (400 psi) gesteuert (229,7°C (445°F) Sättigungstemperatur);
c) das motorbetriebene Ablaßventil C wird sich absatzweise öffnen, um die Zirkulationspumpe 38 und die Ventilleitung innerhalb von 11,1K (20°F) der Tempera tur der Trennvorrichtung 36 zu halten;
d) der Entlüfter 30 und Hochdruckerhitzer 34 werden so hoch unter Druck gesetzt, wie es die Hilfsdampfquelle (nicht gezeigt) und der Entwurf des Entlüfters gestatten;
e) das Ventil 302 wird sich öffnen, um den hohen Pegel der Trennvorrichtung 36 zu steuern;
f) das Ventil D wird sich nur bei hohen Trennvorrichtungspegeln schließen, und das Ventil 207 wird sich nur bei Trennvorrichtungsüberdruck öffnen.

Während einem Wiederanfahren des Kessels, ist die Betriebssequenz wie folgt:

1) die Speisepumpe 32 wird angefahren, und ein Teil des Stroms wird rückgeführt (nicht gezeigt) von dem Auslaß des Hochdruckerhitzers 34 zurück zu dem Entlüfter 30;
2) Ventil 207 wird geöffnet und moduliert, um einen Druck des Kondensatsamm lers 40 zu erhalten, dessen Sättigungstemperatur innerhalb von 37,8°C (100°F) der Einlaßtemperatur des Vorwärmers 10 ist, und Ventil 220 wird geöffnet, um Dampf des Kondensatsammlers 40 zu dem Hochdruckerhitzer 34 gelangen zu lassen (der Entwurfdruck des Hochdruckerhitzers 34 ist die obere Grenze des Druckeinstellpunktes des Kondensatsammlers 40);
3) Unter diesen bestehenden Bedingungen ist es wahrscheinlich, daß das Ventil 202 fast nur Dampf passieren läßt, und daß wenig Wasser in der Trennvor richtung 36 zum Rückführen zur Verfügung steht, wobei Wärmerückgewinnung von Dampf der Trennvorrichtung 36 mittels des Ventils 207 benötigt wird, um seinen thermischen Schock des Vorwärmers 10 zu minimieren;
4) Wenn der Druck des Kondensatsammlers 40 einen Einstellpunkt erreicht, öffnet sich das Ventil 383 in der Ablaßleitung 42, und wenn der Pegel der Trennvorrichtung 36 über dem unteren Einstellpunkt liegt, wird das Ventil 382 in der Rückführleitung 44 geöffnet, und die Zirkulationspumpe 38 wird ange lassen (die Erfahrung kann eine Modifikation des Druckeinstellpunktes des Kondensatsammlers 40 verlangen, um einen zu raschen Druckabfall in dem Kessel zu verhindern);
5) Bei laufender Zirkulationspumpe 38 wird das Ventil 381 B geöffnet, und das Ventil 381 wird moduliert, um den Wasserpegel der Trennvorrichtung 36 zu steuern;
6) das Ventil 313 wird geöffnet, um den Speisewasserstrom zu dem Vorwärmer 10 und dem Heizofen 12 auf den Minimalwert von 25% des Vollaststroms zu erhöhen (falls vielgesättigtes Wasser von der Trennvorrichtung 36 zur Verfügung steht, steigt die Temperatur der gemischten Zufuhr zu dem Vor wärmer 10 an, und der Druckeinstellpunkt für den Kondensatsammler 40 kann reduziert werden. Die Öffnung des Ventiles 207 würde dann abnehmen, wo durch der Druckabfall des Kessels verlangsamt wird);
7) ein andauernder Betrieb der Hauptzuführpumpe 32 erhöht den Kesseldruck 10. Wenn er einen Betriebswert von 24,1 MPa (3500 psi) erreicht, öffnet sich das Ventil 202, um den Druck an diesem Ventil zu begrenzen. Der erhöhte Strom zu der Trennvorrichtung 36 wird Dampf oder Wasser sein; das Wasser wird durch die Pumpe rückgeführt. Wenn das Ventil 202 umschaltet zu Kesseldrucksteue rung (bei 24,1 MPa (3500 psi), wird die Wirkung von Ventil 207 geändert, um den Druck der Trennvorrichtung 36 (und des primären Übererhitzers 14) auf 18,6 MPa (2700 psi) zu steuern (5,5 MPa (800 psi) unterhalb des Druckes des Heizofens 12);
8) mit dem Strom zu dem Kessel (kombinierter Strom der Ventile 313 und 381) bei dem Minimalfluß von 25% und Kesseldruck bei 24,1 MPa (3500 psi), wird das Beheizen begonnen, und zwar begrenzt, um 537,8°C (1000°F) Heizofenaustrittsgastempe ratur zu erreichen (FEGT). (Erfahrung mit anderen Kesselanfahrbedingungen wird wahrscheinlich diktieren, wie schnell ein Speisewasserstrom auf ein Minimum ohne unakzeptierbaren Kühlschock an dem Vorwärmer 10 und unteren Teilen des Heizofens 12 hochgefahren werden kann. Eine größere Verwendung von Hilfsdampf, um das Speisewasser zu erwärmen, verringert auch ein thermisches Schocken. Das Hochfahren selbst sollte so schnell wie möglich sein, so daß das Beheizen soweit wie möglich nach dem Beginnen des Speisewasserstroms begonnen werden kann. Hat das Beheizen einmal begonnen, kann es sein, daß ein Reinigen von Wasser reduziertes Beheizen diktiert. Die Geschwindigkeit des Wasserreinigens kann durch Voreinstellen des Ventils 381 auf eine mehr geschlossene Stellung erhöht werden. Das Ventil 302 öffnet sich, um den Pegel in der Trennvorrichtung 36 zu steuern, wobei mehr Wasser in den Kondensatsammler 40 gelenkt wird, wovon es zu dem Kondensor 28 und Wasserpoliersystem 46 gelenkt werden kann (falls gewünscht). Diese Aktion verringert das Energieniveau in dem Kessel und verlängert das An fahren, aber es kann dennoch notwendig sein.);
9) ist das Wasser einmal gereinigt und das Ventil 302 geschlossen, empfängt der Kondensatsammler 40 nur Dampf (kein Wasser) über das Ventil 207, und seine Trennungsfähigkeit wird daher nicht mehr benötigt. An diesem Punkt besteht seine einzige nützliche Funktion darin, einen Zugang zu dem Hoch druckerhitzer 34 und dem Entlüfter 30 zur Speisewassererwärmung bereitzustel len. Wird der Kessel derart beheizt, daß man 537,8°C (1000°F) Heizofenaustrittsgastem peratur erreicht, sollte eine beträchtliche Menge Wasser in der Trennvor richtung 36 zum Rückführen vorrätig sein und daher eine geringe Notwendig keit zur Speisewassererwärmung durch den Entlüfter 30 bestehen;
10) mit dem Ventil 381, welches den Pegel der Trennvorrichtung 36 steuert, arbeitet der Kessel wie ein Trommelkessel, und die Beheizungsrate steuert den Druck der Trennvorrichtung 36 (und des primären Übererhitzers 14); das Ventil 207 würde sich nur öffnen, falls der Kessel zu stark beheizt wird, und würde überhitzten Dampf von dem Auslaß des primären Übererhitzers 14 an den Kondensatsammler 40 überführen;
11) um zu verhindern, daß die Entwurfstemperatur-Grenzen des Kondensatsammlers 40 durch zu starkes Beheizen überschritten werden, würde ein Ablaßventil E für gesättigten Dampf in der gestrichelt gezeigten Leitung in der Figur auf machen, um gesättigten Dampf von der Trennvorrichtung 36 in den Kon densatsammler 40 aufzunehmen, wodurch der überhitzte Dampf moduliert wird;
12) mit Verwendung von entweder Ventil E oder Ventil 207 wird der Dampfnach schub an die Hochdruckturbine oder Turbinenstufe 18 auf Ventil 201 geschal tet, um den Drosseldruck auf einen nominalen Druck von 0,7 MPa (100 psi) zu steuern, wobei die Beheizungsrate eingestellt wird, um den Druck der Trennvorrichtung 36 auf 17,9 MPa (2600 psi) oder 0,7 MPa (100 psi) unterhalb der Einstellpunkte der Ventile 207 oder E zu steuern. Wenn der Druck der Trennvorrichtung 36 unterhalb 17,9 MPa (2600 psi) geht, schließen sich diese Ventile, wobei der Druck des Kondensatsamm lers 40 unterhalb des Drosseldruckes fällt, was ein Schließen des Ventils 205 nach Überprüfung und ein Stoppen des Dampfstroms vom Kondensatsammler 40 an den sekundären Übererhitzer 16 bewirkt;
13) der Kessel arbeitet nun als ein Trommelkessel beim Druck der Trennvor richtung 36, und Dampf- oder Wassertemperaturregler (nicht gezeigt) steuern die Temperatur. Ein Speisewasserstrom durch das Ventil 313 muß einer Turbinenlast oder dem Gesamtstrom von 25% zu dem Kessel folgen, je nachdem, was größer ist. Werden die Beheizungsrate und Turbinenlast erhöht, erhöht sich die Dampfqualität am Ventil 202, der Zirkulationsstrom nimmt ab, aber der Speisewasserstrom durch das Ventil 313 nimmt zu, um ein Minimum zum Kessel aufrecht zu erhalten. Wenn der Rückführstrom durch das Ventil 381 sich Null nähert, erreicht die Dampfqualität bei Ventil 302 100%, und ein Strom durch den primären Übererhitzer 14 kann zu einem Geradeausstrom geändert werden, und die Trennvorrichtung 36 und Zirkulationspumpe 38 können vom Betrieb entfernt werden (dies geschieht normal nahe an dem Minimallaststrom (25%), aber kann auch dahingehend geändert werden, daß es bei einer höheren Last auftritt, durch übermäßiges Speisen durch das Ventil 313, wenn man sich dem Minimum nähert. Eine Extraktionserwärmung des Speisewassers sollte bei den geringstmöglichen Turbinenlasten eingeschoben werden.);
14) Geradeaus- bzw. Zwangsbetrieb wird erreicht, indem man das Ventil B öffnet, um den Druck des primären Übererhitzers 14 auf 24,1 MPa (3500 psi) hochzufahren. Wenn das Ventil B 90% offen ist (bei einem Druckabfall von 2,1 MPa (300 psi), wird ein Ventil A geöffnet (wobei die ersten 25% der Wegstrecke gepulst werden). Wenn der primäre Übererhitzer 14 unter Druck gesetzt wird, wird das Ventil 201 geringfügig geschlossen, um den Drosseldruck der Hochdruckturbine zu halten. Wenn Ventil A offen ist, wird der Druckeinstellpunkt von Ventil 207 auf seine Überdruckentlastungseinstellung geändert. Wenn der Druck des primären Überhitzers 14 den Druck der Trennvorrichtung 36 überschreitet, wird Ventil B gesperrt (durch Rückschlag). Wenn Ventil B aufmacht, schließt Ventil 202, um den Druck am Auslaß des Konvektionsdurchganges (nicht gezeigt, aber in dem Hauptstrompfad stromabwärts des Heizofens 12 angeord net) konstant zu halten. Die Wirkung dieser Ventile D und 202 könnte durch die Kesselsteuerungseinrichtungen "geglättet" werden, und zwar indem man ihren Hub für einen gleichen Gesamtstrom der beiden kennzeichnet. Ein Unter-Druck-Setzen des primären Übererhitzers 14 verursacht, daß eine gering förmige "Zacke" der Dampftemperatur sich durch die Einheit bewegt, weil sich die "Sättigungs"-Temperatur an dem Einlaß des primären Übererhitzers 14 von 362,8°C (685°F) auf 390,6°C (735°F) ändert (d. h., wenn der Druck von 18,6 MPa (2700 psi) auf 24,1 MPa (3500 psi) ansteigt). Der Unterschied stellt eine kleine Änderung der Wärmespeicherung in den Metallen des primären Übererhitzers 14 dar.
15) Mit geöffnetem Ventil A wird der Kesseldruck durch die Pump-/Beheizungs rate gesteuert, und die Ventile 201/200 steuern das Anfahren des Drosseldrucks in dem konventionellen Geradeaus-Modus;
16) Die Ventile 381, 381B und 383 werden geschlossen, die Pumpe 38 wird aus dem Betrieb genommen, und die Trennvorrichtung 36 und die Pumpe 38 werden heiß gehalten (unter Druck), und zwar durch absatzweises Öffnen der Ventile 202 und C, wie in dem zeitweiligen Abstellmodus während einer Leerlaufperiode.

Lastverringerung zu einem Leerlaufmodus ist im wesentlichen das umgekehrte Vorgehen des vorhergehenden, und wird im Interesse der Kürze nicht im Detail beschrieben. Weiterhin wird bemerkt, daß die Trennvorrichtung 36 ihre eigene Ergänzung an Sicherheitsventilen haben muß, oder sie und die an sie angeschlosse nen Rohrleitungen müssen für den Kesseldruck ausgelegt sein. Die Entlastungs kapazität des Kondensatsammlers 40 muß auch die Kapazität des Ventils 302 und des Ventils E berücksichtigen.

Es ist evident, daß System und Verfahren der Erfindung Probleme des thermischen Schocks eliminieren, die zu Ermüdungsausfällen beim Zyklus und Ein-/Ausbetrieb von Nutzkesseln führen. Das hohe Niveau der Wärmerückgewinnung von einer Kesselleerlaufbedingung minimiert Hilfsdampfanforderungen und thermischen Schock beim Wiederbeginn. Die Einheit kann bis hin zu sehr tiefen Lasten betrieben werden ohne eine Wärmeabweisung an dem Kondensor 24. Schließlich sind die Fluidbedingungen an der Zirkulationspumpe 38 sowohl meß- als auch steuerbar.

Claims

1. System zum Zyklusbetrieb eines Zwangsdurchlaufkessels, welches einen thermischen Schock der Druckteile des Kessels nach dem Anfahren des Kessels von einer Leerlaufbedingung nach einem kurzen Stillstand reduziert, wobei das System aufweist:
einen Hauptfluidstrompfad, der einen mit einem Heizofen (12) in Serie geschalteten Vorwärmer (10) hat;
einen ersten Hilfsfluidstrompfad, der an den Hauptfluidstrompfad stromabwärts des Heizofens (12) angeschlossen ist;
eine Trennvorrichtung (36) in dem ersten Hilfsfluidstrompfad zum Trennen von aus dem Hauptfluidstrompfad entnommenem Fluid in Dampf und Wasser während des Anfahrens des Kessels;
eine Einrichtung zum Ablassen von Dampf von der Trennvorrichtung (36) in den Hauptfluidstrompfad;
eine Einrichtung zum Ablassen von Wasser von der Trennvorrichtung (36) zu einer Zirkulationspumpe (38) im ersten Hilfsfluidstrompfad,
eine Einrichtung zum Ablassen von Wasser von der Zirkulationspumpe (38) in den Hauptfluidstrompfad stromaufwärts des Vorwärmers (10);
einen zweiten Hilfsfluidstrompfad, der an den Hauptfluidstrompfad angeschlossen ist, und zwar stromabwärts von der Einrichtung zum Ablassen von Dampf von der Trennvorrichtung (36) in den Hauptfluidstrompfad;
einen Kondensatsammler (40) in dem zweiten Hilfsfluidstrompfad zum Trennen von dahin gesendetem Fluid in Dampf und Wasser während des Anfahrens des Kessels;
eine Einrichtung zum Ablassen von Dampf aus dem Kondensatsammler (40) in den Hauptfluidstrompfad; und
eine Einrichtung zum Ablassen von Wasser aus dem Kondensatsammler (40) zu einer Wärmerückgewinnungseinrichtung (30, 34) in dem Hauptfluidstrompfad.

2. System nach Anspruch 1, worin der Hauptfluidstrompfad weiterhin aufweist:
einen Überhitzer, eine Turbine, einen Kondensator und eine Hauptzuführpumpe zum Zirkulieren von Fluid in dem Hauptfluidstrompfad.

3. Verfahren zum Anfahren eines Zwangsdurchlaufkessels von einer Leerlaufbedingung nach einem kurzen Stillstand, welches einen thermischen Schock der Kesseldruckteile verringert, wobei
ein Hauptfluidstrompfad mit einem Vorwärmer (10), einem Heizofen (12), einem primären Überhitzer (14), und einem sekundären Über hitzer (16), die alle fluidisch in Serie geschaltet sind;
ein erster Hilfsfluidstrompfad mit einem Ventil (202), einer Trennvorrichtung (36) zum Trennen von Fluid in Wasser und Dampf, und einer Zirkulationspumpe (38) zum Empfangen des Wassers; und
ein zweiter Hilfsfluidstrompfad mit einem Kondensatsammler (40) vorgesehen sind;
und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erstellen eines Speisewasserstromes in dem Hauptfluidstrompfad, um Wärme von dem Vorwärmer (10) und Heizofen (12) zu absorbieren;
Steuern von Fluid, welches von dem Hauptfluidstrompfad bei einem ersten Punkt zwischen dem Heizofen (12) und dem primären Überhitzer (14) entnommen wird, und zwar durch das Ventil (202) in dem ersten Hilfsfluidstrompfad, und Ablassen von Dampf von der Trennvorrichtung (36) in den Hauptfluidstrompfad bei einem zweiten Punkt, der sich zwischen dem ersten Punkt und dem primären Überhitzer (14) befindet;
Steuern von Dampf, welcher von dem Hauptfluidstrompfad entnommen worden ist, durch ein Ventil (207) in den Kondensatsammler (40), und Ablassen von Wasser und Dampf von dem Kondensatsammler (40) in eine Wärmerückgewinnungseinrichtung (30, 34), die sich in dem Hauptfluidstrompfad befindet, um das Speisewasser zu erwärmen und einen thermischen Schock der Kesseldruckteile zu verringern.

4. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin den folgenden Schritt aufweist:
Verwenden der Zirkulationspumpe (38) zum Ablassen des dadurch empfangenen Wassers in den Hauptfluidstrompfad stromaufwärts des Vorwärmers (10) zum Vermischen mit und weiterem Erwärmen des Speisewassers und Verringern des thermischen Schocks der Kesseldruckteile.

5. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin den folgenden Schritt aufweist:
Steuern des Ventils (207) im Hauptfluidstrompfad, um den Druck in dem Kondensatsammler (40) auf einen Einstellpunktwert zu steuern, der benötigt wird, um eine Sättigungstemperatur innerhalb von 37,8°C (100°F) der Temperatur des Speisewassers bei dem Einlaß des Vorwärmers (10) zu erzielen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, welches weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
Öffnen eines Steuerventils (381) in einer Ablaßleitung, die die Trennvorrichtung (36) mit einem Punkt in der Hauptfluidstromleitung stromabwärts der Wärmerückgewinnungseinrichtung (30, 34) verbindet, sobald der Druck in dem Kondensatsammler (40) den Einstellpunktwert erreicht;
Öffnen eines Ventils (382) in einer Rückführleitung, die einen Auslaß der Zirkulationspumpe (38) und die Trennvorrichtung (36) verbindet; und
Anfahren der Zirkulationspumpe (38).

7. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Steuern des Wasserpegels in der Trennvorrichtung (36) durch Verändern der Stellung des Steuerventils (381).

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
Erhöhen des Speisewasserstromes zu dem Vorwärmer (10);
Verringern des Druckeinstellpunktwertes an dem Kondensatsammler (40), wenn die Temperatur des Speisewassers bei dem Einlaß des Vorwärmers (10) ansteigt, und Schließen des Ventils (207) im Hauptfluidstrompfad zum Verlangsamen des Druckabfalles in dem Kessel.

9. Verfahren nach Anspruch 8, welches weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
Erhöhen des Drucks in dem Heizofen (12) auf 24,1 MPa (3500 psi);
Öffnen eines Ventils (202) im ersten Hilfsfluidstrompfad zum Steuern des Kesseldruckes und Erhöhen des Stroms von Dampf und Wasser zu der Trennvorrichtung (36);
Steuern des Druckes der Trennvorrichtung (36) und des primären Überhitzers (14) mit dem Ventil (207) im Hauptfluidstrompfad auf 18,6 MPa (2700 psi), Erstellen eines Minimalstromes in dem Hauptfluidstrompfad; und
Einleiten des Beheizens in dem Kessel, um eine bestimmte Heizofenaustrittsgastemperatur zu erzielen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
Voreinstellen des Steuerventils (381) zu einer mehr geschlossenen Stellung bezüglich der Stellung des Steuerventils (381) zum Steuern des Wasserpegels in der Trennvorrichtung (36);
Öffnen eines Ventils (302), welches sich in einer Leitung befindet, die die Trennvorrichtung (36) und den Kondensatsammler (40) verbindet, um den Wasserpegel in der Trennvorrichtung (36) zu steuern, indem mehr Wasser zu dem Kondensatsammler (40) gelenkt wird; und
Lenken von Wasser von dem Kondensatsammler (40) zu einem Kondensor (24) und einem Kondensataufbereitungssystem (46), um die Wasserreinigungsrate zu erhöhen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
Schließen des in der die Trennvorrichtung (36) und den Kondensatsammler (40) verbindenden Leitung angeordneten Ventils (302), um es nur dem Ventil (381) in der Ablaßleitung zu gestatten, den Pegel der Trennvorrichtung (36) zu steuern;
Steuern der Beheizungsrate zum Steuern des Drucks in der Trennvorrichtung (36) und dem primären Überhitzer (14), und es dem Ventil (207) nur dann gestatten, sich zu öffnen, falls der Kessel übermäßig beheizt wird, um überhitzten Dampf von dem Auslaß des primären Überhitzers (14) zu dem Kondensatsammler (40) zu überführen.