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Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Wasserflusses einer Dampfkraftanlage
In Dampfkraftanlagen ist es längst üblich, im Wasserkreislauf zwischen Kondensator
und Dampfkessel einen größeren Speisewasserbehälter aufzustellen, weil, besonders
in den alten Anlagen, die Speisung des Kessels mit Unterbrechungen erfolgte. Bei
einer bestimmten Maschinenleistung ist der Rauminhalt des Behälters bedingt durch
die Länge der Unterbrechungen in der Kesselspeisung, welche ihrerseits abhängt vom
Wasserinhalt des Kessels. Alte Kessel mit im Verhältnis zur Leistung großem Wasserinhalt
bedingen große Speisewasserbehälter. Im Sinne einer Faustregel wurde beispielsweise
festgelegt, daß der Wasservorrat für eine halbe Stunde Vollastbetrieb genügen müsse.
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In älteren Anlagen, in welchen nur eine bescheidene Speisewasservorwärmung
stattfand, konnte der Behälter nach dem letzten Vorwärmer an den Wasserkreislauf
angeschlossen werden, ohne daß dadurch der Druck in diesem Behälter allzu hoch gestiegen
wäre. Der Behälterdruck muß mindestens so hoch sein wie der Siededruck des darin
enthalttnen Wassers. In modernen Hochdruckanlagen wird aus Ersparnisgründen die
Vorwärmung des Speisewassers auf Zoo ° C und darüber getrieben, was verhältnismäßig
sehr hohe Behälterdrucke bedingt. Einer Vorwärmtemperatur von 200°C entspricht ein
Behälterdruck von etwa 16 ata und einer solchen von 220'C gar ein Behälterdruck
von etwa 24 ata. Beträgt beispielsweise die Einheitsleistung 50000 kW, so
ergibt sich ein Behälterinhalt von etwa ioo m8. Gefäße dieser Größe für die erwähnten
hohen Drucke sind kaum noch wirtschaftlich tragbar; aber selbst wenn der
Behälterinhalt
auf etwa 50 m9 herabgesetzt würde, so ergäben sich bei großen Wandstärken
schwere und teure Behälter. Dazu kommen noch teure Gebäudekonstruktionen, da aus
betriebstechnischen Gründen die Behälter hoch über der Speisepumpe angeordnet werden
müssen.
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In letzter Zeit war es üblich, den Speisewasserbehälter im Wasserkreislauf
vor den letzten Vorwärmern anzuordnen. Bei dieser Anordnung ergeben sich dabei einerseits
Vorwärmer, die unter Kesseldruck stehen und die deshalb, einschließlich der nötigen
Umgehungsleitungen und Armaturen, kostspielig sind. Anderseits sind solche Hochdruckvorwärmer
der augenblicklichen Belastung der zugehörigen Turbine nicht eindeutig zugeordnet,
sobald mehrere Turbogruppen parallel laufen. Es kann d ann der Fall eintreten, daß
durch die Vorwärmer- einer schwach belasteten Gruppe, die durch Anzapfdampf mit
niedrigem Druck beheizt werden, verhältnismäßig große Kondensatmengen hindurchfließen,
die dann schlecht vorgewärmt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung zur selbsttätigen
Regelung des Wasserflusses einer Dampfkraftanlage mit Anzapfdampfspeisewasservorwärmern,
die gekennzeichnet ist durch einen an den Wasserkreislauf nach den Vorwärmern angeschlossenen
Heißwasserausgleichbehälter mit kleinstmöglichem, durch die Schwankung des Wasserinhalts
des Dampfkessels zwischen Leerlauf und Vollast bei unverändertem mittlerem Wasserstand
desselben gegebenem Raumihhalt, von welchem Ausgleichbehälter aus, in Abhängigkeit
von seinem Wasserstand, die den Zu- und Abfluß von Kondensat regelnden Ventile eines
an den Wasserkreislauf vor den Vorwärmern angeschlossenen Kondensatspeichers mit
im Verhältnis zum Ausgleichbehälter großem Rauminhalt ferngesteuert werden.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Fernsteuerung der Zu- und Abflußventile
des Kondensatspeichers durch elektrischen Strom. Es ist ferner angezeigt, das aus
dem Kondensatspeicher abfließende Kondensat über den Kondensator dem Wasserkreislauf
zuzuführen. Zwecks guter Entlüftung dieses aus dem Kondensatspeicher in den Kondensator
fließenden Wassers ist es auch angebracht, dessen Temperatur ständig etwas höher
zu halten als die Kondensattemperatur im Kondensator.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß
der Erfindung schematisch dargestellt. An Hand dieser Zeichnung sei die Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.
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Der im Dampfkessel i erzeugte Dampf treibt die Turbine 2 mit angekuppeltem
Generator 3 und wird im Kondensator 4 niedergeschlagen. Das Kondensat wird im Normalbetrieb
von der Kondensatpumpe 5 durch eine Anzahl von Vorwärmern gefördert, hier beispielsweise
durch vier Anzapfdampfspeisewasservorwärmer 6, 6', 6" und 6"', welche durch die
Leitungen 7, 7', 7", 7"' mit Dampf aus der Turbine 2 beheizt werden. Die Speisepumpe
8 fördert im Normalbetrieb das anfallende, vorgewärmte Kondensat wieder in den Dampfkessel
1. Der erfindungsgemäß vorgesehene Heißwasserausgleichbehälter 9, von welchem aus
der Zu- und Abfluß von Kondensat zu bzw. aus einem Kondensatspeicher 17 geregelt
wird, ist durch die Leitung io nach dem letzten Vorwärmer an den Wasserkreislauf
angeschlossen. Dieser Ausgleichbehälter könnte als Durchflußbehälter ausgebildet
sein, er kann aber auch, wie hier beispielsweise gezeigt, durch eine Abzweigung
an den Wasserkreislauf angeschlossen sein. Der Ausgleichbehälter hat im Verhältnis
zum Kondensatspeicher einen sehr kleinen Rauminhalt. Die untere Grenze der zulässigen
Größe seines Rauminhalts ist gegeben durch die Schwankung des Wasserinhalts des
Dampfkessels zwischen Leerlauf und Vollast bei unverändertem mittlerem Wasserstand
desselben. Für einen modernen Hochdruckkessel von beispielsweise etwa ioo t/h Wasserverdampfung,
der mit oberen und unteren Trommeln versehen ist, dürfte der Wasserinhalt des Ausgleichbehälters
etwa 6m3 betragen. Die Schwankung des Wasserinhalts des Dampfkessels soll durch
den Ausgleichbehälter aufgenommen werden, in welchem der Wasserspiegel entsprechend
der Kesselbelastung bis zu einem Höchststand bzw.Tiefststand steigt bzw. fällt.
Die Grenzlagen des Wasserstandes im Ausgleichbehälter sind durch Schwimmerregler
i i und 12 festgelegt. Der Regler ii ist so angeordnet, daß er bei voller Kesselbelastung
gerade noch nicht anspricht; ebenso soll der Regler 12 bei niedrigster Kesselbelastung
gerade noch nicht ansprechen. Sind im Normalbetrieb nur kleine Schwankungen der
Belastung der Anlage zu berücksichtigen, so kann der Rauminhalt des Ausgleichbehälters
entsprechend kleiner bemessen werden. Die Dampfleitung 32 dient zur Aufrechterhaltung
eines Dampfpolsters im Ausgleichbehälter 9.
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Der in jeder Dampfkraftanlage benötigte größere und jederzeit sofort
verfügbare Vorrat an Kondensat wird im Kondensatspeicher 17 gespeichert. Dieser
Speicher ermöglicht es auch, bei Bedarf größere Konderisatmengen aus dem Wasserkreislauf
abzulassen und zu speichern, beispielsweise wenn der Wasserinhalt eines Kessels
entleert werden soll. Die Hauptmenge des vorrätigen Kondensats wird gemäß der vorgesehenen
Anordnung bei verhältnismäßig tiefer Temperatur gespeichert. Der Speicher 17 könnte
offen sein und das Kondensat könnte dementsprechend unter Atmosphärendruck stehen.
Bei dieser Anordnung würde sich aber das Kondensat mit Luft sättigen. Es ist deshalb
vorteilhafter, einen geschlossenen Behälter vorzusehen und diesen durch eine Leitung
22 mit Blende 23 an den Vakuumraum des Kondensators anzuschließen.
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Der Kondensatspeicher 17 ist durch eine Leitung 13 mit Regelventilen
14 an den Wasserkreislauf angeschlossen; die Abzweigung der Leitung 13 ist im Wasserkreislauf
vor dem ersten Vorwärmer 6 vorgesehen. Obschon das Kondensat im Behälter 17 über
die Leitung 22 dauernd entlüftet wird, ist es vorteilhaft, es mit Hilfe einer Leitung
15 mit Regelventil 16 über den Kondensator 4 dem Wasserkreislauf zuzuführen, da
so eine letzte restlose Entlüftung stattfinden kann. Die Regelventile 14 und 16
in den
Kondensatleitungen zum und vom Behälter 17 sind von den Schwimmerreglern
ii und 12 des Ausgleichbehälters 9 ferngesteuert. Die Übertragung der Regelungsimpulse
erfolgt vorteilhaft auf elektrischem Wege.
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Es ist selbstverständlich möglich, den Speicherbehälter 17 mit Rücksicht
auf den Kondensator 4 und unter Berücksichtigung der Temperatur- bzw. Druckunterschiede,
die zwischen Speicherinhalt und Kondensat im Kondensator auftreten können, so anzuordnen,
daß das aus dem Speicher abfließende Kondensat ohne Mithilfe einer Pumpe über den
Kondensator dem Wasserkreislauf zufließt. Für eine gute Entlüftung des aus dem Speicher
dem Kondensator zufließenden Kondensats ist es vorteilhaft, dessen Temperatur ständig
etwas höher zu halten als die Kondensattemperatur im Kondensator. Zu diesem Zweck
ist es angebracht, alles aus Entwässerungen anfallende Kondensat in den Speicher
17 zu leiten, was durch die Entwässerungsleitungen 21 angedeutet ist. Für den Fall,
daß diese Wärme nicht ausreichen würde, ist es vorteilhaft, eine zusätzliche Heizleitung18
mit Regelventil i9 vorzusehen, welch letzteres von einem Druckregler 2o gesteuert
wird. Durch diese Leitung, die zweckmäßig von der untersten Anzapfleitung 7 abzweigt,
wird dem Kondensat im Speicher bei Bedarf Heizdampf zugeführt.
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Die Betriebssicherheit des Dampfkessels verlangt, daß in keinem Fall
seine Versorgung mit Speisewasser versagen darf. Mit Rücksicht hierauf sind sehr
zuverlässig wirkende Schwimmerregler ii und 12 vorzusehen. Außerdem ist es angebracht,
den Wasserstandsanzeiger des Ausgleichbehälters 9 in an sich bekannter Weise mit
Alarmkontakten zu versehen. Um die Betriebssicherheit noch weiter zu erhöhen, kann
schließlich auch noch eine von einer Dampfturbine 27 angetriebene Kesselspeisepumpe
28 vorgesehen werden, die selbsttätig einspringt, wenn der Wasserspiegel im Dampfkessel
einen vorbestimmten Tiefstand zu unterschreiten droht. Diese Notpumpe saugt direkt
durch die Leitung 3o aus dem Speicher 17. Ihre Antriebsturbine 27 erhält Kesseldampf
durch die Leitung25 mit Regelventi126,welchesvom Schwimmerregler 29 geöffnet wird,
wenn im Kessel der tiefste zulässige Wasserstand erreicht wird. Um das Anspringen
der Pumpe zu erleichtern, wird im Bedarfsfall der Speicher 17 durch die Abdampfleitung
31 der Dampfturbine 27 unter Druck gesetzt. Der höchstzulässige Druck im Speicher
ist begrenzt durch das Sicherheitsventil 24, das ins Freie abbläst.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:
Der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter 9 steht normalerweise in einer der Kesselbelastung
entsprechenden Lage zwischen den Schwimmerreglern ii und 12. Steigt der Wasserspiegel
höher, so bedeutet dies, daß im Wasserkreislauf der Anlage augenblicklich ein Überschuß
an Wasser vorhanden ist. Hat der Wasserspiegel den festgesetzten Höchststand erreicht,
so wird durch den Schwimmerregler ii das Ventil 14 in Leitung 13 betätigt, wodurch
`'Wasser aus dem Kreislauf in den Speicherbehälter 17 abgelassen wird. Das Ventil
14 wird erst wieder geschlossen, wenn der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter 9 sich
der durch die Kesselbelastung gegebenen Normallage nähert.
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Befindet sich umgekehrt aus irgendeinem Grunde zuwenig Wasser- im
Kreislauf, so fällt der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter g. Sinkt der Wasserspiegel
auf den festgelegten tiefsten Stand, so betätigt der Schwimmerregler 12 das Ventil
16 in der Leitung 15, und es strömt Wasser aus dem Kondensatspeicher 17 in den Kondensator
4 und damit auch in den Kreislauf. Auch das Ventil 16 wird erst wieder geschlossen,
wenn der Wasserspiegel im Ausgleichbehälter 9 sich der durch die Kesselbelastung
gegebenen Normallage nähert.