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Vereinigte Speisewasser- und Luftvorwärmung in Dampfkraftwerken Es
ist bekannt, in Dampfkraftwerken eine Vorwärmung des Kesselspeisewassers durch Anzapfdampf
der Hauptmaschinen oder durch Abdampf von Hilfsmaschinen durchzuführen. Dabei wird
der Abdampf der Hilfsmaschinen besonders dann herangezogen, wenn entweder betrieblich
der Wunsch besteht, Hilfsmaschinen, insbesondere Kesselspeisepumpen, mit Turbinenantrieb
zu betreiben, oder aber wenn bei Errichtung von Vorschaltanlagen die vorhandenen
Niederdruckmaschinen keine geeignete Anzapfstelle aufweisen, bzw. wenn bedingt durch
die Bauart der Turbine, z. B. Ljungströmturbine, die gewünschten Anzapfungen nur
schwer herzustellen sind. Es ist ferner des öfteren der Vorschlag gemacht worden,
auch die Hilfsmaschinen der Kessel, insbesondere die Gebläse für Frischluft und
Saugzug, durch Turbinen anzutreiben, ohne daß dieser Vorschlag bereits in nennenswertem
:Maße verwirklicht wurde, da bei den bisher verwendeten Kesselgrößen die Antriebsleistungen
so gering blieben, daß bei den kleinen erforderlichen Turbinen der Wirkungsgrad
zu sehr beeinträchtigt wurde. Bei steigender Einheitsleistung der Kessel wird diesem
Gedanken jedoch größere Bedeutung zukommen.
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Es ist ferner bereits seit langer Zeit der Vorschlag gemacht worden,
die Verbrennungsluft der Kessel in dampfbeheizten Vorwärmapparaten vorzuwärmen,
bevor sie dem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer oder dem Kessel unmittelbar zugeführt
wird. Bisher wurde dieser Vorschlag auch nur in geringem Maße ausgeführt. In der
letzten Zeit steht jedoch diese Aufgabe stärker zur Erörterung. Es ist nun nach
den räumlichen Gegebenheiten naheliegend, bei Wahl von turboangetriebenen Gebläsen
den Abdampf dieser Gebläse für die dampfbeheizten Luftvorwärmer zu verwenden. Dabei
ergibt sich aber, daß die Wärmeaufnahmefähigkeit der Luft und die Wärmelieferung
im Abdampf der Gebläse nicht ohne weiteres in Übereinstimmung zu bringen sind, so
daß je nach Art des Kesselbrennstoffes, der gewählten Luftvorwärmer und
der
Dampfschaltung der Antriebsturbinen entweder an keinem Punkt eine Übereinstimmung
zu erzielen ist oder in einem Teilbereich ein Überschußdampf, in einem anderen Bereich
ein Unterschuß an Dampf entsteht. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, wird gemäß
der Erfindung vorgeschlagen, an das Abdampfnetz der Gebläseturbinen außer einem
Vorwärmer für die Verbrennungsluft einen den Überschußdampf aufnehmenden, in den
Speisewasserkreislauf eingeschalteten Vorwärmapparat anzuschließen. Zur Deckung
des Heizdampfbedarfes bei zu geringem Abdampfanfall aus den Gebläseturbinen ist
ferner das gemeinsame Heizdampfnetz für den Luft- und den Speisewasservorwärmer
über ein gegendruckgesteuertes Druckminderventil mit einem Dampfnetz höheren Druckes
verbunden, so daß auch bei allen Betriebszuständen der Druck in diesem Dampfnetz
gleichbleibend erhalten wird. Auf diese `''eise wird ein einwandfreier selbständiger
Betrieb gewährleistet und eine gleichmäßige Luftvorwärmung erzielt.
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Bei Vorwärmung des Kesselspeisewassers durch den Abdampf von Kesselspeisepumpenturbinen
ergibt sich insbesondere bei Hochdruckanlagen, daß nur von einer gewissen Mindestlast
ab der Abdampf der Kesselspeisepumpenturbinen im Speisewasserkreislauf wirtschaftlich
niedergeschlagen werden kann, während unterhalb dieses Teillastpunktes ein Überschuß
an Dampf besteht infolge der Verschlechterung des Wirkungsgrades des Speisepumpenaggregats
einschließlich der Antriebsturbine. Diese Charakteristik verläuft entgegengesetzt
dem Verhalten bei der Luftvorwärmung, bei der der Überschuß an Dampf bei hoher Kessellast
entsteht. Wenn nun erfindungsgemäß das den Vorwärmer für die Verbrennungsluft der
Kessel und die erste Stufe der Speisewasservorwärmung versorgende Abdampfnetz der
Gebläseturbine über ein gegendruckgesteuertes Druckminderventil an das Abdampfnetz
höheren Druckes der Kesselspeisepumpenturbine angeschlossen ist, ergibt sich in
dieser Hinsicht ein gewisser Ausgleich.
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Es besteht damit auch die Möglichkeit, die dampfbeheizten Luftvorwärmer
in den Heizflächen klein auszulegen, d. h. mit größerer Temperaturdifferenz zu bauen,
denn es muß nicht mehr das Bestreben sein, unbedingt den Spitzenanfall an Abdampf
der Gebläseturbinen in den Luftvorwärmern niederzuschlagen. Es wird demnach in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den Lliftvorwärmer so auszulegen, daß
bei einem bestimmten Teillastpunkt die gewünschte Luftvorwärmung erzielt wird und
bei Abweichung von diesen Verhältnissen, sei es bei hoher Kessellast, sei es bei
einer Steigerung der Luftmenge infolge von veränderter Seuerführung, die Temperatur
der Verbrennungsluft in geringem Maße absinken zu lassen: Der Gegenstand der Erfindung
ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Hierin stellen
Abb. i ein Wärmeschaltbild und Abb. 2 ein Kurvenblatt dar, welches die Verhältnisse
der Luft-und der Speisewasservorwärmung bei verschiedenen Betriebsverhältnissen
wiedergibt.
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In Abb. i bezeichnet a einen Höchstdruckkessel für eine Dampferzeugung
von 115 ata und 5oo°, aus dessen Dampfnetz b eine Gegendruckturbine c gespeist wird.
Der Abdampf der Turbine c wird einem Dampfnetz d von i9 ata zugeführt, welches außerdem
mit dem Dampfnetz b über ein Druckminderventil c mit nachgeschaltetem Dampfkühler
f verbunden ist. An das i9-ata-Netz d ist über einen Zwischenüberhitzer g ein Dampfnetz
h von 16,5 ata und 400° sowie über ein Druckminderventil i ein 4,5-ata-Dampfnetz
k angeschlossen. Aus dem Dampfnetz h werden die Antriebsturbine l der Kesselspeisepumpe
m, die Turbine n
für das Saugzuggebläse o und die Turbine p des Frischluftgebläses
q gespeist. Der Abdampf der Turbine L
geht in das Dampfnetz k von 4,5
ata, derjenige der Turbinen n, p in das Dampfnetz r von r,i ata, welches
noch über ein druckgesteuertes Druckminderventil s bei zu geringem Dampfanfall aus
den Turbinen n, p zusätzlichen Dampf aus dem Dampfnetz k bezieht. Zur Vorwärmung
der Verbrennungsluft des Kessels a dient der von dem Abdampf der Gebläseturbinen
n, p beheizte Luftvorwärmer t.
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DerÜberschußdampf der Gebläseturbinen wird einem in den Speisewasserkreislauf
eingeschaltetenVorwärmapparat u zugeführt. Das aus dem Luftvorwärmer
t
anfallende Kondensat wird zusammen mit dem Kondensat aus dem Speisewasservorwärmer
u dem Speisewasserkreislauf durch eine Pumpe v zugeführt. In dem Speisewasserbehälter
w wird das Speisewasser durch Abdampf der Antriebsturbine l der Kesselspeisepumpe
m aus dem Dampfnetz k weiter auf Z47` erwärmt, worauf es vor dem Eintritt
in den Kessel a in dem an das Dampfnetz d angeschlossenen Wärmeaustauschapparat
x auf eine Temperatur von 1950
gebracht wird. Da das aus dem Vorwärmer u kommende
Speisewasser durch den Abdampf der Antriebsturbine L der Kesselspeisepumpe
rra auf i:17° erwärmt wird, bedeutet die Dampfabführung aus dem 4,5-ata-Netz
k in das i,i-ata-Netz r keine Verschlechterung gegenüber dem Zustand,
der sich ergeben würde, wenn man den Druck schwanken lassen und nur den Überschußdampf
aus dem i,i-ata-Netz r etwa durch ein Überstromventil in den Speisewasservorwärmer
zc überleiten würde.
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In dem Kurvenblatt (Abb.2) sind die Betriebsverhältnisse der Luftvorwärmung
und der Gebläseturbine bei der normalen Auslegung (ausgezogene Kurven) eines 250-t'h-Höchstdruckkessels
und bei den maximal in der Auslegung zu berücksichtigenden Verhältnissen und verschmutzter
Heizfläche und bei schlechtem C02 Gehalt (gestrichelte Kurven) dargestellt.
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Die Kurve i zeigt, in welchem Bereich der Speisewasservorwärmung ein
Dampfmangel (unterhalb der Nullinie) auftritt und wann ein Dampfüberschuß (oberhalb
der Nullinie) nicht mehr niedergeschlagen werden 'kann. Dies gilt für eine Vorwärmstufe,
die durch den Abdampf der Kesselspeisepumpenantriebsturbine beheizt wird.
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Die Kurven 8 und 9 zeigen die Charakteristik des Luftvorwärmers, wobei
der Temperaturpunkt der Kurve 9 bei 165 t/h Kesselleistung der festgelegte Auslegungspunkt
ist. Es zeigt sich also, daß, wenn der Luftvorwärmer für die Vorwärmung auf 73°
bei 165 t/h Kessellast bemessen wird, die Lufttemperatur bei 250 t/h Kesselleistung
nur auf 69° absinkt und die
niedrigste Temperatur bei dem Höchstwert
nur auf W gesenkt wird. E s kann also mit dieser verhältnismäßig geringen
Veränderung der Lufttemperatur eine starke Begrenzung der Heizfläche des Luftvorwärmers
erzielt werden.
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Die Kurven 6 und 7 zeigen die entsprechenden Wärmeaufnahmen der Luft
in dem dampfbeheizten Luftvorwärmer und die Kurven .l und 5 die aus den Antriebsturbinen
der Gebläse anfallenden Wärmemengen.
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Die Kurven ? und 3 zeigen die Differenz zwischen den Kurven .1 und
6 bzw. j und 7, d. h. sie zeigen, in welchem Maße ein Cberschuß an Wärmeabgabe der
Gebläseturbine eintritt. Bei anderen Kesselverhältnissen und bei anderem Brennstoff
kann eine Verschiebung dieser Kurven gegenüber der Nullinie eintreten.
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Bei der hier vorgeschlagenen Vereinigung der Speisewasser- und Luftvorwärmung
erfolgt zwischen der Kurve i einerseits und den Kurven 2 und 3 andererseits ein
gewisser Ausgleich, wie die Kurven io und i i zeigen, so daß der Dampfmangel in
dem Vorwärmnetz der hesselspeisepumpenturbine verringert wird. Wird bei anderen
Verhältnissen die Kurve 3 niedriger liegen als in dem vorliegenden Beispiel, so
kann auch eine Erweiterung des Bereiches erzielt werden, von (lern ;in der Abdampf
der Kesselspeisepumpenturbine niedergeschlagen werden kann.