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Zwangdurchlaufdampferzeuger mit Zwischenüberhitzung Die Erfindung
betrifft einen Zwangdurchlaufdampferzeuger mit Zwischenüberhitzung des im Hochdruckteil
einer Kraftmaschine auf einen Zwischendruck entspannten Dampfes und mit einem Flüssigkeitsabscheider,
der in der die Hochdruckdampfleitung und die zum Zwischenüberhitzer führende Leitung
verbindenden Bypaßleitung angeordnet ist und der als Anfahrbehälter und Wärmespeicher
ausgebildet ist und zur Aufnahme und Abgabe von Speisewasser mit dem Speisewasserkreislauf
in Verbindung steht, während die Bypaßleitung, die den Dampfraum des Flüssigkeitsabscheiders
mit der zum Zwischenüberhitzer führenden Leitung verbindet, ein Durchflußregelorgan
aufweist.
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Bei einer bekannten Anlage dieser Art kann bei vermehrtem Dampfbedarf
im Niederdruckteil der Kraftmaschine Sattdampf aus dem Speicher entnommen und dem
Zwischenüberhitzer zugeführt werden. Der Speicher wird dabei durch Frischdampf beheizt.
Dies hat den Nachteil, daß Energieverluste auftreten, da der zum Heizen benutzte
Frischdampf nicht zur Arbeitsleistung im Hochdruckteil herangezogen wird. Außerdem
wird bei vermehrtem Dampfbedarf der Kraftmaschine durch den Zusatz von Sattdampf
aus dem Speicher die Temperatur der Zwischenüberhitzung herabgesetzt.
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Es ist ferner eine Dampfkraftanlage mit Zwischenüberhitzung des im
Hochdruckteil einer Kraftmaschine auf einen Zwischendruck entspannten Dampfes bekannt,
bei der zwischen Hochdruckteil und Zwischenüberhitzer eine Leitung abzweigt, die
zu einem Entgaser an einem Speisewasserbehälter führt. Die durch diese Leitung entnommene
Teilmenge von teilentspanntem Dampf dient zur Entgasung des Speisewassers.
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Es ist ferner eine Dampfkraftanlage mit Zwischenüberhitzung bekannt,
bei der in der Bypaßleitung ein Flüssigkeitsabscheider vorgesehen ist, der nur beim
Anfahren der Anlage in Betrieb ist und der dann über eine an einer Zwischenstelle
des Dampferzeugerrohrsystems angeschlossene Leitung regelbare Teilmengen von Hochdruckarbeitsmittel
erhalten kann. Zwangdurchlaufdampferzeuger können nur verhältnismäßig geringe Energiemengen
speichern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Speicherfähigkeit eines
Zwangdurchlaufdampferzeugers mit einfachen Mitteln zu vergrößern. Zur Lösung dieser
Aufgabe besteht das erfinderische Neue daxin, daß eine Leitung vorgesehen ist, die
dem als Anfahrbehälter und Wärmespeicher ausgebildeten Flüssigkeitsabscheider regelbare
Teilmengen von in dem Hochdruckteil teilentspanntem Dampf zuführt. Hierdurch werden
wesentliche Vorteile erzielt, indem die Speicherfähigkeit des Zwangdurchlaufdampferzeugers
mit einfachen Mitteln in betriebssicherer Weise vergrößert wird. Es treten dabei
keine Temperaturabsenkungen auf, wenn sich der Dampfbedarf der Kraftmaschine erhöht,
da in diesem Falle die Dampfzufuhr zum Speicher gedrosselt wird und dadurch mehrteilentspannterDampf,
der eine höhere Temperatur hat als der Sattdampf aus dem Speicher, zum Zwischenüberhitzer
strömt. Es treten auch keine Energieverluste im Frischdampf mehr auf, da dieser
im ganzen den Hochdruckteil der Kraftmaschine durchströmt und nicht mehr zum Heizen
des Speichers benutzt wird.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung beschrieben, deren Fig.1 ein
Schaltschema eines Ausführungsbeispiels einer Dampfkraftanlage, Fig. 2 ein Schaltschema
einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Dampfkraftanlage und Fig. 3 einen Schnitt durch
einen als Anfahrbehälter und Wärmespeicher dienenden Flüssigkeitsabscheider zeigen.
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Gemäß Fig.1 ist ein Zwangdurchlaufdampferzeuger 1 mit überhitzer 2
über eine Hoehdruckdampfleitung 32 mit Turbinenventil 25 mit dem Hochdruckteil 3
einer einen elektrischen Generator 31 antreibenden Turbine verbunden. Von dem Hochdruckteil
3 führt eine Zwischendruckdampfleitung 33 mit Absperrventil 15 zu einem Zwischenüberhitzer
4, der
seinerseits über eine Leitung 34 mit Turbinenventil
50
mit dem Mittel- und Niederdruckteil5 der Turbine verbunden ist.
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Die Hochdruckleitung 32 ist mit der Zwischendruckleitung 33 über eine
Bypaßleitung 42 verbunden, in die ein Flüssigkeitsabscheider 13 eingeschaltet ist,
der als Anfahrbehälter und Wärmespeicher ausgebildet ist, indem er einen großen
Wasserraum aufweist. Vor dem Eintritt der Bypaßleitung 42 in den Flüssigkeitsabscheider
13 ist in der Leitung 42 ein Bypaßventil 20 vorgesehen, während diese Leitung nach
ihrem Austritt aus dem Dampfraum des Flüssigkeitsabscheiders 13 ein Durchflußregelorgan
21 aufweist. In den Wasserraum des Anfahrbehälters 13 mündet eine mit einem Durchflußregelorgan
27 ausgestattete Leitung 44, die hinter dem Absperrorgan 15 und vor der Einmündung
der Bypaßleitung 42 in die Zwischendruckdampfleitung 33 von dieser abzweigt. Nach
dieser Abzweigung kann in der Leitung 33 ein Drosselorgan 26 eingeschaltet sein,
das vorgesehen wird, wenn der Widerstand des Leitungabschnittes zwischen der Abzweigung
44 und der Einmündung der Bypaßleitung 42 nicht groß genug ist. Bei entsprechender
Ausbildung des Drosselorgans 26 kann es die Funktionen des Absperrorgans 15 mitübernehmen,
so daß dann das Organ 15 weggelassen werden könnte. -An dem Mittel- und Niederdruckteil
5 ist ein Kondensator 6 angeschlossen, von dem eine Kondensatleitung 35 zu einem
Speisebehälter 10 führt. In die Kondensatleitung 35 sind eine Kondensatpumpe
7 und zwei Vorwärmer 8 und 9 eingeschaltet, die mit Dampf beheizt sind, der über
Anzapfleitungen 36 bzw. 37
dem Mittel- und Niederdruckteil 5 entnommen wird.
Der Speisebehälter 10 ist über eine Leitung 38 mit dem Flüssigkeitsabscheider
13 verbunden. In der Leitung 38 sind eine Niederdruckspeisepumpe 11 und ein
Vorwärmer 12 angeordnet, der dampfbeheizt ist über eine am Mittel- und Niederdruckteil
5 angeschlossene Anzapfleitung 40. Zu Temperaturregelungszwecken ist der
Vorwärmer 12 durch eine Bypaßleitung 46 umgangen, die mit Hilfe von Durchflußregelorganen
30 und 41 zu- oder abgeschaltet werden kann. Vom Anfahrbehälter 13 führt eine mit
einer Hochdruckspeisepumpe 14 versehene Leitung 39 zum Dampferzeuger
1.
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Auch der Speisebehälter 10 dient als Anfahrbehälter, wozu von der
Leitung 34 eine Bypaßleitung 43 mit Bypaßventil 22 abzweigt, die in den Wasserraum
des Speisebehälters 10 mündet. Eine weitere Bypaßleitung 45 zweigt von der
Leitung 34 ab und mündet in den Kondensator 6. Die Leitung 45 ist mit einem Bypaßventil
23 und einem Einspritzkühler 24 ausgerüstet.
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Beim Anfahren der Anlage sind die Turbinenventile 25 und 50 sowie
das Absperrventil 15 geschlossen, während die Bypaßventile 20 und
22 oder 23 sowie das Durchflußregelorgan 21 geöffnet sind. Mittels der Hochdruckspeisepumpe
14 wird Wasser angesaugt und über den Dampferzeuger 1, Überhitzer 2 und Bypaßleitung
42 in den Anfahrbehälter 13 umgewälzt. Im Dampferzeuger 1 und Überhitzer
2
erwärmt sich das Wasser nach und nach, und dabei entstehender Dampf gelangt
über das Ventil 21 in den Zwischenüberhitzer 4, der dadurch gekühlt wird. Dieser
Dampf entweicht danach entweder über das Bypaßventil 22 in den Speisebehälter 10
oder über das Bypaßventil 23 und den Einspritzkühler 24 in den Kondensator 6. Während
des Betriebes der Anlage sind die Bypaßventile 20, 22 und 23 geschlossen und die
Turbinenventile 25 und 50 sowie das Absperrventil 15 und das Durchflußregelorgan
27 geöffnet. Der in dem Hochdruckteil 3 entspannte Dampf strömt zum größten Teil
über die Zwischendruckleitung 33 in den Zwischenüberhitzer 4 und von da zum Mittel
und Niederdruckteil 5. Der restliche Teil des im Hochdruckteil 3 entspannten Dampfes
gelangt über die Leitung 44 in den Wasserraum des Anfahrbehälters 13. Bei
geschlossenem Ventil 21 kondensiert dieser Dampf und gelangt mit dem Speisewasser
in den Dampferzeuger 1. Ist dagegen das Ventil 21 etwas geöffnet, so wird der über
die Leitung 44 eingeführte restliche Teil des teilentspannten Dampfes enthitzt und
gelangt als Sattdampf über das Ventil 21 zusammen mit dem größeren Teil des teilentspannten
Dampfes in den Zwischenüberhitzer 4. Je nach der eingestellten öffnung der
Ventile 27 und 21 läßt sich die Temperatur des den Zwischenüberhitzer 4 verlassenden
Dampfes beeinflussen. Zur Kontrolle dieser Temperatur ist am Austritt des Zwischenüberhitzers
ein Temperaturmeßorgan 28 vorgesehen. Durch mehr Öffnen des Ventils 21 wird dem
Anfahrbehälter 13 mehr Sattdampf entzogen, so daß einerseits wegen der größeren
Dampfmenge am Zwischenüberhitzereintritt und andererseits wegen deren tieferen Temperatur
die Austrittstemperatur sinkt. Wird dagegen bei gleich großer Öffnung des Ventils
21 mehr Dampf über das Ventil 27 in den Anfahrbehälter 13 eingeführt, so geht die
Dampfmenge am Zwischenüberhitzereintritt zurück, und die Austrittstemperatur steigt.
Dabei nimmt das Speisewasser im Anfahrbehälter mehr Wärme aus dem zugeführten Dampf
auf, so daß die Wassertemperatur steigt, die mittels eines vor der Hochdruckspeisepumpe
angeordneten Temperaturmeßorgans 29 überwacht wird. Die durch das Ventil
21 strömende Dampfmenge soll nicht größer sein als die über die Leitung
44 zugeführte Dampfmenge; sie ist vorzugsweise kleiner als die letztgenannte,
weil sonst wegen Vergrößerung der Dampfmenge im Mittel- und Niederdruckkreislauf
der thermodynamische Wirkungsgrad der Gesamtanlage verschlechtert würde.
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Ein wesentlicher Vorteil der neuen Schaltung besteht darin, daß wegen
der Speicherwirkung des Anfahrbehälters 13 plötzliche Laständerungen schnell aufgefangen
werden können. So wird z. B. bei steigender Last das Feuer vergrößert, gegebenenfalls
auch die Speisewassermenge. Da es eine Weile dauert, bis diese Änderung zur Auswirkung
kommt, werden die Ventile 27, 30 und 41 vorübergehend in schließendem Sinne beeinflußt,
so daß mehr Dampf durch den Zwischenüberhitzer 4 strömt und gleichzeitig weniger
Speisewasser durch den Vorwärmer 12. Diese geringere Wassermenge entzieht über die
Anzapfleitung 40 dem Mittel- und Niederdruckteil 5 weniger Dampf, so daß dem Teil
5 eine größere Dampfmenge zum Verarbeiten bleibt. Infolge des Drosselns der Ventile
30 und 41 sinkt das Niveau im Abscheider 13. Durch Öffnen des Ventils 41 wird, wenn
der Dampferzeuger 1 die der neuen Last entsprechende Dampfmenge abgibt, das Niveau
wieder auf den vorherigen Wert gebracht. Bei kleiner werdender Last spielen sich
die Regelvorgänge in sinngemäß umgekehrter Weise ab.
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Eine weitere Regelmöglichkeit besteht bei Änderung des Wärmeeinfalls
auf den Zwischenüberhitzer 4, z. B. wenn von einer Brennstoffart auf eine andere
umgeschaltet
wird oder wenn die Zwischenüberhitzerheizfläche verschmutzt ist. In einem solchen
Falle und wenn der Zwischenüberhitzer weit hinten im Rauchgaszug angeordnet ist,
wird Ventil 27 geöffnet und somit mehr Dampf durch die Leitung 44 in den Anfahrbehälter
13 geleitet und hier kondensiert. Gleichzeitig wird durch Öffnen des Ventils 30
in der Bypaßleitung 46 mehr Speisewasser an dem Vorwärmer 12 vorbeigeführt, so daß
weniger Dampf über die Anzapfleitung 40 entnommen wird. Dieselben Maßnahmen werden
auch bei sehr niedriger Last des Dampferzeugers durchgeführt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist wie in Fig. 1 der Flüssigkeitsabscheider
13 in die Bypaßleitung 42 eingeschaltet, jedoch zweigt die in den Wasserraum mündende,
teilentspannten Dampf zuführende Leitung 44' nicht von der Zwischendruckdampfleitung
33 ab, sondern sie ist an einem höheren Druckniveau als die Leitung 33 an dem Hochdruckteil
3 angeschlossen. Das Durchflußregelorgan 27' ist hier einem Dampfdrucksignal unterstellt,
das zwischen Turbinenventil 25 und Hochdruckteil 3 mittels eines Gebers 47
abgenommen und in einem proportional und differential wirkenden Regler 48 (PD-Regler)
umgewandelt wird. Bei größer werdender Last der Turbine, d. h. bei sinkendem Eintrittsdampfdruck,
wird der Öffnungsquerschnitt des Ventils 27' mindestens vorübergehend verkleinert,
so daß eine geringere teilentspannte Dampfmenge dem Anfahrbehälter 1.3 zugeführt
wird und damit eine größere Dampfmenge zur Entspannung in der Turbine erhalten bleibt.
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Eine weitere wesentliche Abwandlung gegenüber der Anlage nach Fig.
1 besteht darin, daß der Anfahrbehälter 13 im Nebenschluß an den Speisewasserkreislauf
angeschlossen ist, indem von der Leitung 38 hinter dem Vorwärmer 12 eine Leitung
51 mit Ventil 52 abzweigt, die in die Leitung 39 vor der Hochdruckspeisepumpe 14
einmündet. In die Leitung 51 mündet die den Vorwärmer 12 und das Ventil
41 umgehende Leitung 46. Bei steigender Last, bei der also der Turbine möglichst
wenig Dampf entzogen werden soll, wird das von der Speisepumpe 11 geförderte Wasser
an dem Vorwärmer 12 vorbeigeführt und je nach dem im Anfahrbehälter 13 herrschenden
Druck- und Temperaturzustand in den Anfahrbehälter eingeführt oder an diesem vorbei
vor der Hochdruckspeisepumpe 14 der Leitung 39 zugeführt.
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Die in Fig. 2 dargestellte Nebenschlußschaltung des Anfahrbehälters
13 könnte in sinngemäß gleicher Weise bei dem Anfahrbehälter 13 in Fig. 1 angewendet
werden.
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Es ist nicht - wie bei den Beispielen nach Fig. 1 und 2 - notwendig,
daß der teilentspannte Dampf in den Wasserraum des Anfahrbehälters 13 eingeführt
wird, sondern er kann auch dem Dampfraum zugeführt werden, wenn man dafür sorgt,
daß zwischen Dampf und Speisewasser eine für den Wärmeübergang genügend große Oberfläche
vorhanden ist. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 3 dargestellt, gemäß der die Leitung
44 in der Längsmittelachse des Anfahrbehälters von unten eingeführt ist und in dessen
Dampfraum ragt. Das Ende der Leitung ist oben verschlossen und weist in seiner Wand
viele Löcher auf, die so bemessen und gestaltet sind, daß der Dampf mit möglichst
geringer Geschwindigkeit austritt. Die Löcher können sich z. B. nach außen hin diffusorartig
erweitern. Von oben mündet in den Anfahrbehälter 13 eine Düse 16, die an die Leitung
38 angeschlossen ist und das Speisewasser in Richtung gegen das Ende der Leitung
44 zerstäubt, so daß ein guter Übergang von im Dampf enthaltener Wärme an das Speisewasser
stattfindet.