EP0088756A1 - Verfahren und anlage zur verringerung der an- und abfahrverluste, zur erhöhung der nutzbaren leistung und zur verbesserung der regelfähigkeit eines wärmekraftwerkes. - Google Patents

Verfahren und anlage zur verringerung der an- und abfahrverluste, zur erhöhung der nutzbaren leistung und zur verbesserung der regelfähigkeit eines wärmekraftwerkes.

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EP0088756A1 EP82900106A EP82900106A EP0088756A1 EP 0088756 A1 EP0088756 A1 EP 0088756A1 EP 82900106 A EP82900106 A EP 82900106A EP 82900106 A EP82900106 A EP 82900106A EP 0088756 A1 EP0088756 A1 EP 0088756A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/004—Accumulation in the liquid branch of the circuit

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for reducing start-up and shutdown losses, for increasing the usable power and for improving the regulatability of a thermal power plant.
  • start-up and shutdown times are up to one hour and more, depending on the state of the plant.
  • many conventional power plant units have to be switched off regularly on weekends and at night. the so that the amount of heat released during these start-up and shutdown periods makes up a significant proportion of the total thermal energy converted.
  • Control deviations of the electrical power of a power plant block from the power setpoint can only be compensated for with the time behavior of steam generation and the limited storage capacity of the steam generator, which decisively determines the control capacity of the power plant block.
  • the invention has for its object to improve the economy of a power plant by reducing the start-up and start-up losses and increasing its usable performance. Another object of the invention is to improve the controllability of a power plant.
  • This object is achieved in that one or more pressure heat stores are integrated into the water-steam cycle of the power station, which are recharged by supplying excess heat generated in the power station and increased heat demand by releasing storage heat in the water-steam cycle .
  • the pressure heat accumulators are charged with start-up steam or shutdown steam of the power plant during the start-up and shutdown processes. During periods of high load or periods of increased power requirements for electrical power generation, the pressure heat stores return their charging energy to the water / steam cycle of the power plant.
  • control deviations of the electrical power from the power setpoint of a power plant unit are at least partially compensated for by changes in the charging or discharging flow of the pressure heat accumulators.
  • the power block the steam flows successively through a high pressure turbine 31, ei ⁇ nen intermediate superheater 34, an intermediate pressure turbine 32, and a double-flow low pressure turbine 33.
  • the sator in a Konden ⁇ 1 condensate is ump through condensate p '2 and low- Medium-pressure preheaters 4a to 4n are fed into a feed water tank 6 and from there via a feed water pump 7 back into the steam generator.
  • a bypass condensate store is designated.
  • a pressure heat accumulator 21 is connected to the condensate system on the water side via lines 23, 26 and a pump 22 in shunt.
  • a pressure line after the discharge pump 22 opens between the last medium-pressure low-pressure preheater 4n and in front of the feed water tank 6 into a condensate line 30.
  • the pressure line can also lead directly into the feed water tank 6.
  • the pressure heat accumulator 21 is connected via a line 27 to the medium pressure or reheater network of the power station block and / or to other economically suitable steam networks and steam systems with a higher steam pressure than it
  • Steam is charged from the medium-pressure reheater network to charge the pressure heat accumulator 21 during an arrival or departure Via line 27, possibly with the interposition of a reducing station, introduced into the pressure heat store 21, which is pre-filled with cold condensate, and the condensate filling is heated.
  • the anode shutdown steam heats a condensate flow in a regulated or unregulated manner directly or via a steam reducing station to a boiling water or hot water flow with which the pressure heat accumulator 21 is charged.
  • the pressure heat accumulator 21 In power mode, the pressure heat accumulator 21 is charged with hot condensate via the low pressure / medium pressure preheaters 4a to 4n in low or partial load periods and the hot condensate flow from the same withdrawal 28, which also supplies the feed water tank 6 with steam, in a mixing preheating and degassing stage, not shown in the figure, immediately warmed up immediately before the pressure heat accumulator 21.
  • hot condensate from the pressure heat accumulator is mixed via line 26, the expansion vessel 24 and the discharge pump 22, to the condensate flowing in line 30 to the feed water tank 6. If the pressure heat accumulator 21 is operated temporarily with increased pressure compared to the feed water tank 6, the hot storage discharge current in the expansion vessel 24 can be expanded to the pressure in the feed water tank 6 and introduced into the condensate line 30.
  • the expansion steam flow is led via a line 35 directly into the feed water tank 6 or into a steam line 25 leading to the feed water tank 6.
  • thermodynamic states of the discharge current and the feed water tank content are achieved.
  • the expansion vessel 24 and the line 35 can be dispensed with and the discharge current can be conducted directly into the condensate line 30 with the enthalpy of the pressure heat storage content.
  • a control safety circuit is therefore necessary which allows evaporation in the condensate line 30 and on the feed prevents water tank entry.

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Description

Verfahren und Anlage zur Verringerung der An- und Abfahrver- ϊuste, zur Erhöhung der nutzbaren Leistung und zur Verbesse¬ rung der Regelfähigkeit eines Wärmekraftwerkes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Ver¬ ringerung der An- und Abfahrverluste, zur Erhöhung der nutz¬ baren Leistung und zur Verbesserung der Regεlfähigkeit eines Wä-rmekraftwerkes.
Bei konventionell betriebenen Wärmekraftwerken müssen während der An- und Abfahrperioden große Dampfmengen unter Umgehung der Turbinengrύppe über den Kondensator gefahren werden. Über das Kondensatorkühlwasser und den Kühlturπ** werden, dabei enorme Wärmemengen ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben.
Insbesondere bei großen Kra twerkseinheiten betragen die An- und Abfahrzeiten abhängi'g vom Anlagenzustaπd bis zu einer Stunde und mehr. Zudem müssen viele kon entionelle Kraftwerkseinhei¬ ten regelmäßig an den Wochenenden und nachts abgeschaltet wer- den, so daß die während dieser An- und- Abfahrperioden ungenutzt abgegebene Wärmemenge einen bedeutenden Anteil der insgesamt umgesetzten Wärmeenergie ausmacht.
Als unbefriedigend wird auch empfunden, daß ein Kraftwerksblock nicht an seiner Leistungsgrenze, insbesondere der zulässigen Feuerwärmeleistung, geregelt betrieben werden kann, da für ei¬ nen Leistungsregelbetrieb eine gewisse Leistungs-Regelreserve zum Ausgleich von Leistungsschwankungen vorgehalten werden muß.
Der Ausgleich von Regelabweichungen der elektrischen Leistung eines Kraftwerksblockes vom Leistungssollwert kann nur mit dem Zeitverhalten der Dampf erzeugung und der begrenzten Speicher¬ fähigkeit des Dampferzeugers erfolgen, der die Regelf hϊgkeit des Kraftwerksblockes maßgeblich bestimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit eines Kraf werkes zu verbessern durch Verringerung der Ab- und Anfahrverluste sowie du Erhöhung seiner nutzbaren Leistung. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Regelfähigkeit eines Kraftwerkes zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Wasser-Dampf¬ kreislauf des Kraftwerkes ein oder mehrere Druckwärmspeicher integriert wer den, die durch Zufuhr von im Kraftwerk erzeugter Überschußwärme aufgeladen bei erhöhtem Wärmebedarf durch Abgabe von Speicherwärme in den Wasser-Dampf kreislauf wieder entladen werden.
Die Druckwärmespeicher werden während der An- und Abfahrvorgänge mit Anfahr dampf bzw. Abfahrdampf des Kraftwerkes aufgeladen. Während Hochlastperioden oder Perioden erhöhter Leistungsanfor derung an die elektrische Energieerzeugung geben die Druckwärm speicher ihre Ladeenergie in den Wasser-Da pfkreislauf des. Kraftwerkes zurück.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es somit, einen we sentlichen Anteil der bisher beim An- und Abfahre eines Kraft werksblockεs ungenutzt in die Atmosphäre abgegebenen Energie zu speichern und sie in Perioden erhöhter Leistungsanforderung zu nutzen.
Zur weiteren Erhöhung der Leistungsgrenze ist es zudem vorteil haft, den Druckwärmespeicher während 'Schwach- oder Tεillast- perioden der elektrischen Energieerzeugung mit Entnahme-Dampf aus dem Mitteldruck-Dampfnetz und/oder geeigneten Mitteldruck- und/oder Niederdruckturbinenentnahmen über Mitteldruck/Nieder¬ druck-Vorwärmer mit heißem Kondensat aufzuladen.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wer den Regelabweichungen der elektrischen Leistung vom Leistungs¬ sollwert eines Kraftwerksblockes zumindest teilweise, durch Än¬ derungen des Be- oder Entlsdestromes der Druckwärmespeicher ausgeglichen.
Dadurch ist es darüber hinaus möglich, über das Regelvermögen der Druckwärmespeicher die notwendigerweise vorzuhaltende Lei¬ stungsregelreserve eines Kraftwerksblockes um die Regelleistung der Druckwärmespeicher zu verkleinern- und die Blocknennleistung entsprechend zu erhöhen.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Im in der Figur beispielhaft dargestellten Kraftwerksblock durchströmt der Dampf nacheinander eine Hochdruckturbine 31, ei¬ nen Zwischenüberhitzer 34, eine Mitteldruckturbine 32 sowie eine doppelflutige Niederdruckturbine 33. Das in einem Konden¬ sator 1 anfallende Kondensat wird über Kondensat-p'umpen 2 und Niederdruck-Mitteldruckvorwärmer 4a bis 4n in einen Speise¬ wasserbehälter 6 geleitet und gelangt von dort über eine Speise¬ wasserpumpe 7 wieder in den Dampferzeuger. Mit 3 ist ein Ne¬ benschluß-Kondensatspeicher bezeichnet.
Ein Druckwärmespeicher 21 ist wasserseitig über Leitungen 23, 26 und ein Pumpe 22 im Nebenschluß mit dem Kondensatsystem ver¬ bunden. Im gezeichneten Beispiel mündet eine Druckleitung nach der Entladepumpe 22 zwischen dem letzten Mitteldruck-Nieder¬ druck-Vorwärmer 4n und vor dem Speisewasserbehälter 6 in eine Kondensatleitung 30. Die Druckleitung kann jedoch auch unmittel¬ bar in den Speisewasserbehälter 6 führen.
Dampfseitig ist der Druckwärmespeicher 21 einmal über eine Lei¬ tung 27 mit dem Mitteldruck- bzw. Zwischenüberhitzer-Netz des Kraftwerksblocks und/oder mit anderen wirtschaftlich geeigne¬ ten Dampfnetzen und DampfSystemen mit höherem Dampfdruck als er
C H im Druckwärmespeicher 21 herrscht, z."B. mit einer Entnahme 28, die auch den Speisewasserbehälter 6 mit Dampf versorgt, ver¬ bunden. Zum Aufladen des Druckwärmespeichers 21 während einer An- oder Abfahrt wird Dampf aus dem Mitteldruck- Zwischenüber- hitzer-Netz über die Leitung 27, ggf. unter Zwischenschaltung einer Reduzierstation, in den mit kaltem Kondensat vorgefüllte Druckwärmespeicher 21 eingeleitet und die Kondensatfüllung er¬ hitzt.
In einer anderen Anfahr- und Abfahrschaltung heizt der An- ode Abfahrdampf direkt oder über eine Dampfreduzierstation einen Kondensatstrom geregelt oder ungeregelt zu einem Siedewasser¬ oder Heißwasserstrom auf, mit dem der Druckwärmespeicher 21 aufgeladen wird.
Im Leistungsbetrieb wird in Schwach- oder Teillastperioden der Druckwärmespeicher 21 über die Niederdruck/Mitteldruck-Vorwär¬ mer 4a bis 4n mit heißem Kondensat geladen und der Heißkonden¬ satstrom aus der gleichen Entnahme 28, die auch den Speisewas¬ serbehälter 6 mit Dampf versorgt, in einer in der Figur nicht gezeichneten Mischvorwär - und Entgasungsstufe unmittelbar vor dem Druckwärmespeicher 21 weiter aufgewärmt.
Zur Entladung wird heißes Kondensat aus dem Druckwärmespeicher über die Leitung 26 ,- das Entspannungsgefäß 24 und die Entlade¬ pumpe 22, dem in der Leitung 30 zum Speisewasserbehälter 6 fließenden Kondensat zugemischt. Wird der Druckwärmespeicher 21 zeitweάse mit erhöhtem Druck ge genüber dem Speisewasserbehälter 6 betrieben, so kann der heiß Speicher-Entladestrom in dem Entspannungsgefäß 24 auf den Druc im Speisewasserbehälter 6 entspannt und in die Kondensatleitun 30 eingeleitet werden.
Der Entspannungsdampfström wird über eine Leitung 35 unmittelb in den Speisewasserbehälter 6 bzw. in eine zum Speisewasserbe¬ hälter 6 führende Dampfleitung 25 geführt.
Damit werden gleiche thermodynamische Zustände von Entladestro und Speisewasserbehälterinhalt erreicht.
In einer vereinfachten Schaltung können das Entspannungsgefäß 24 und die Leitung 35 entfallen und der Entladestrom kann mit der Entalpie des Druckwärmespeicherinhaltes direkt in die Kon¬ densatleitung 30 geführt werden. Damit ist allerdings eine Be¬ grenzung des Entladestromes im unteren Lastbereich verbunden, wenn der Druck im Druckwärmespeicher 21 größer ist als im Spei sewasserbehälter 6. In dieser vereinfachten wärmetechnischen Schaltung wird daher eine Regelsicherheitsschaltung notwendig, die eine Ausdampfung in der Kondensatleitung 30 und am Speise¬ wasserbehältereintritt verhindert.
Durch den Einsatz der Be- und Entladeströme des Druckwärmespei chers 21 als Stellströme in einer Leistungsregelung können wäh rend des Leistungsbetriebes des Kraftwerkes auftretende Regel¬ abweichungen der elektrischen Leistung vom Leistungssollwert im gebotenen Leistungsregelbereich einfach und schnell ausger-egelt werden.
OMPI

Claims

P'atentansprüche :
1-. Verfahren zur Verringerung der An- und Abfahrverluste, zur Erhöhung der nutzbaren Leistung und zur Verbesserung der Regelfähigkeit eines Wärme¬ kraftwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß in den VJasser-Dampfkreislauf d Kraftwerkes ein oder mehrere Druckwärmespeicher integriert werden, die durch Zufuhr von im Kraftwerk erzeugter Überschußwärme aufgeladen und b erhöhtem Wärmebedarf durch Abgabe von Speicherwärme in den Wasser-Dampf kreislauf wieder entladen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwärme¬ speicher während der An- und Abfahrvorgänge mit Anfahr- bzw. Abfahr¬ dampf des Kraftwerkes aufqeladen werden. ^*-rz-n -"Ϊ—-
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne , daß die Druckwärmespeicher durch gleichzeitiges Einleiten von kal¬ tem Kondensat und An- bzw. Abfahrdampf aufgeladen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwärmespeicher durch Aufwärmen einer Kalt-Kondensatfül- lung mit An- bzw. Abfahrdampf aufgeladen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwärmespeicher im Leistungsbetrieb in Schwach- und/oder Teillastperioden der elektrischen Energieerzeugung und/oder bei vorübergehenden Leistungsminderungen mit heißem Konden¬ sat aus Mitteldruck-/Niederdruck-Vorwärmern, die an Mittel- druck/Niederdruckturbinenentπahmen angeschlossen sind, und Entnahmedampf aus einer Mitteldruck-Turbiπenentnahme aufge-
"- -laden werden.
6. Verfahren nach einem, der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß im Leistungsbetrieb die Druckwärmespeicher in Hochlas'tperioden und/oder Perioden erhöhter Lastanforderung der elektrischen Energieerzeugung und/oder bei vorübergehen¬ den Leistungserhöhungen in den Wasser-Dampfkreislauf vor ei¬ nem Speisewasserbehälter oder unmittelbar in den Speisewas¬ serbehälter entladen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in dem Wasser-Dampf reislauf ein Nebenschluß- Kondensatspeicher vorgesehen ist, und daß über den Wasser- Dampfkreislauf ein Massenaustausch im Wechsel zwischen den Druckwärmespeichern und dem Nebeπschluß-Kondensatspeich'er erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichne daß der thermodynamische Zustand des Entladestromes aus den Druckwärmespeichern dem ther odynamischen Zustand des Spei- sewasserbehälter-Inhaltes angeglichen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Regelabweichungen der elektrischen Leistung vom Leistungssollwert durch Änderungen des Be- bzw. Entlade¬ stromes der Druckwärmespeicher ausgeglichen werden.
10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Druck¬ wärmespeicher (21) wasserseitig im Nebenschluß über Lei¬ tungen (23), (26) und eine Pumpe (22) mit einem Kondensat¬ system -und dampfseitig mit einem Mitteldruck- oder Zwi- schenüberhitzer-Metz eines Wasser-Dampfkreisiaufes und/oder Mitteldruck- und/oder Niederdruckturbinenentnahmen eines Kraftwerkes verbunden sind.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckwärmespeicher (21) wasserseitig im Nebenschluß über die Leitungen (23), (26) und die Pumpe (22) mit einer Konden-
OMPI 1J
satleitung (30) hinter einem letzten Mitteldruck-Nieder- druckvorwämer (4n) und vor einem Speisewasserbehälter (6) verbunden sind.
12. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckwärmespeicher (21) wasserseitig im Nebenschluß über die Leitungen (23), (26) und die Pumpe (22) mit dem Speisewas¬ serbehälter (6) verbunden sind.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zwischen die Durckwärmespeicher (21) und den Speisewasserbehälter (6) ein Entspannungsgefäß (24) geschal¬ tet ist, und daß das Entspannungsgefäß (24) dampfseitig mit dem Dampfraum des Speisewasserbehälters (6) oder einer Dampf anschlußleitung (25) zum Speisewasserbehälter (6) oder ei¬ nem Dampfnetz mit niedrigerem Dampfdruck verbunden ist.
EP82900106A 1981-09-19 1981-12-23 Verfahren und anlage zur verringerung der an- und abfahrverluste, zur erhöhung der nutzbaren leistung und zur verbesserung der regelfähigkeit eines wärmekraftwerkes Expired EP0088756B1 (de)

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