DE1200833B - Einrichtung zum Beeinflussen der Zwischendampf-Austrittstemperaturen bei einem Dampferzeuger mit einem Hochdruck-ueberhitzer und zwei, verschiedenen Druckstufen zugeordneten Zwischenueberhitzern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WTtW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F22g

Deutsche Kl.: 13 d-11/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S 58277 I a/13 d

19. Mai 1958

16. September 1965

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Beeinflussen der Zwischendampf-Austrittstemperaturen bei einem Dampferzeuger mit einem Hochdrucküberhitzer und zwei, verschiedenen Druckstufen zugeordneten Zwischenüberhitzern, mit mindestens einem Wärmeübertrager, der mit seinem wärmeaufnehmenden Teil in den Weg des Zwischendampfes und mit seinem anderen Teil in den Weg eines wärmeabgebenden Dampfes geschaltet ist, wobei die Wärmeübertragung in Abhängigkeit von mindestens einer Zwischendampf-Austrittstemperatur gesteuert ist, welche Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der wärmeabgebende Dampf aus Zwischendampf der jeweils anderen Druckstufe besteht und die Steuerung der Wärmeübertragung in Abhängigkeit von der Differenz der Zwischendampf-Austrittstemperaturen erfolgt.

Es ist bekannt, die Austrittstemperatur des Dampfes eines Zwischenüberhitzers dadurch zu beeinflussen, daß in Serie mit dem Zwischenüberhitzer eine Wärmeaustauscher in die Strömung des zu überhitzenden Dampfes geschaltet und diesem Wärmeaustauscher bereits teilweise überhitzter Hochdruckdampf zugeführt wird, dessen Temperatur z. B. durch Wassereinspritzung geregelt wird. Es ist auch bei einem Kessel mit zwei Zwischenüberhitzern bekannt, vor jedem Zwischenüberhitzer einen Wärmeaustauscher anzuordnen, die Strömung des Hochdruckdampfes in zwei Strömungszweige aufzuteilen und jeden der Zweige durch einen der Wärmeaustauscher zu führen. Der aus den Wärmeaustauschern strömende Hochdruckdampf wird getrennten Überhitzern zugeführt. Am Austritt aus den Überhitzern wird dann der Dampf beider Strömungszweige vermischt. Bei dieser Anordnung werden, abgesehen von einer erforderlichen Trennung der Verdampferteile im Dampferzeuger, zwei Wärmeaustauscher benötigt. Da der Hochdruckdampf in den beiden Zweigen durch den Einfluß der Wärmeaustauscher verschiedene Endtemperaturen aufweist, entstehen bei dessen Mischen thermodynamische Verluste. Außerdem ist bei dieser bekannten Einrichtung trotz der Kompliziertheit eine voneinander unabhängige Regelung der Austrittstemperatur des Dampfes der beiden Zwischenüberhitzer schwierig.

Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung vorgesehen, welche auf einfache Weise eine bessere Regelung der Ausgangstemperaturen des Dampfes zweier Zwischenüberhitzer ermöglicht und dabei mit einer kleineren Anzahl, grundsätzlich mit einem einzigen Wärmeübertrager, auskommt. Dadurch, daß die Beeinflussung der Wärmeübertragung in Abhängigkeit von der Differenz der Zwischendampf-Austrittstemperaturen erEinrichtung zum Beeinflussen der
Zwischendampf-Austrittstemperaturen bei
einem Dampferzeuger mit einem Hochdrucküberhitzer und zwei, verschiedenen Druckstufen zugeordneten Zwischenüberhitzern

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur

(Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Schwelm, Westfalendamm 10

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 12. März 1958 (56 929)

folgt, wird eine regeldynamisch günstige Art der Regelung erzielt, bei welcher Regelschwingungen rascher abklingen als bei den bekannten Schaltungen.

Es ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung möglich, den Wärmeübertrager in an sich bekannter Weise mit seinem wärmeaufnehmenden Teil am Eintritt in einen der beiden Zwischenüberhitzer anzuordnen. Dadurch wird ein größeres Temperaturgefälle erzielt und der Wärmefluß verläuft stets in gleicher Richtung. Das hat eine Verminderung der zur Wärmeübertragung erforderlichen Heizfläche zur Folge und verbessert die Regelbarkeit des Systems.

Weiter ist es erfindungsgemäß möglich, in an sich bekannter Weise je einen Wärmeübertrager am Eintritt in die beiden Zwischenüberhitzer anzuordnen. Dadurch wird die erforderliche Heizfläche nicht vergrößert, da jeder der Wärmeübertrager nur die Hälfte der Heizfläche benötigt. Hingegen wird durch diese Bauweise eine Symmetrie im Aufbau der Zwischenüberhitzer erzielt, die die Verwendung gleicher Teile ermöglicht und die Regelbarkeit wird noch weiter verbessert.

Weiter kann man erfindungsgemäß die Wärmeübertrager in an sich bekannter Weise aus ineinandergesteckten Rohren ausführen und im Rauchgasstrom anordnen, wobei mit Vorteil der die inneren Rohre der Wärmeübertrager durchströmendeZwischendampf der gleichen Druckstufe angehört. Bei dieser Bauweise dient die Oberfläche des Wärmeübertragers gleichzeitig der Wärmeaufnahme. Das hat eine Ersparnis an Material und an Platz zur Folge. Eine besondere

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Materialersparnis entsteht, wenn im inneren Rohr Dampf mit höherem Druck strömt.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die einfachste Ausführungsform,

F i g. 2 die Anordnung je eines Wärmeaustauschers am Eintritt jedes der Zwischenüberhitzer,

F i g. 3 eine Ausführungsform unter Verwendung eines Wärmeaustauschers mit ineinandergesteckten Rohren und

F i g. 4 das Schema eines Dampferzeugers mit Schwenkbrenner, bei dem der erste Zwischenüberhitzer in zwei Teile geteilt und der zweite Zwischenüberhitzer zwischen diesen Teilen angeordnet ist.

In F i g. 1 sind von einer Dampferzeugeranlage lediglich zwei Zwischenüberhitzer dargestellt, die verschiedenen Entspannungsstufen, z.B. der Mitteldruckstufe und der Niederdruckstufe einer dreistufigen Dampfkraftanlage, zugeordnet sind. Da dreistufige Dampfkraftanlagen bekannt sind, kann darauf ver- ao ziehtet werden, in den in den Figuren dargestellten Schemas die drei Druckstufen und die Rohrleitungen im ganzen darzustellen, welche die genannten Druckstufen mit den Zwischenüberhitzern verbinden.

Der Mitteldruckdampf, der aus der ersten, der as HD-Stufe der Dampfkraftanlage, austritt, strömt über die Leitung 1 in den Wärmeübertrager 2, in welchem er die eine Seite der Wärmeaustauschfläche bespült. Anschließend durchläuft er den ersten Zwischenüberhitzer 3 und gelangt über die Leitung 4 zur MD-Stufe. Der iVD-Dampf bespült die andere Seite der Austauschfläche.

Der Niederdruckdampf, der aus derMD-Stufe austritt, strömt durch die Eintrittsleitung 5 in den Hauptteil 6 des zweiten Zwischenüberhitzers 6, 7 und wird darin überhitzt. Am wärmeren Ende des Hauptteiles 6 führt die Leitung 8 den iVD-Dampf zum Verteilventil 9, das über die Impulsleitung 10 von einem nicht dargestellten Servomotor, der den Einstellimpuls von einem nicht dargestellten Regler erhält, gesteuert wird. Die Leitung 11 verbindet das Ventil 9 mit dem Eintritt für JVD-Dampf des Übertragers 2; die Leitung 12 dessen Austritt mit dem Endteil 7 des Zwischenüberhitzers 6, 7. Die Bypassleitung 13 führt vom Ventil 9 unter Umgehung des Übertragers 2 direkt in die Leitung 12. Vom Endteil 7 strömt der iVD-Dampf durch die Leitung 14 zur nicht gezeichneten iVD-Stufe, eventuell zu einem anderen Verbraucher. Der Pfeil 15 zeigt die Strömungsrichtung der Rauchgase im Kanal 16 an. Das Verteilventil 9 kann ebensogut auf der MD-Seite des Übertragers 2 vorgesehen sein, zwischen der Leitung 1 und dem Übertrager 2; in diesem Falle würde die Bypassleitung vom Ventil 9 zum Anfang des Zwischenüberhitzers 3 führen und die Leitung 8 an der Stelle der Leitung 11 an den Übertrager 2 angeschlossen sein.

Da der Übertrager 2 am kälteren Ende des Zwischenüberhitzers 3 angeordnet ist, wird der MD-Dampf durch den iVD-Dampf beheizt und der iVD-Dampf gekühlt. Umgekehrt wird beim Anschließen des Übertragers 2 an das wärmere Ende des Zwischenüberhitzers 3 und Entnahme von Dampf am kälteren Ende des Zwischenüberhitzers 6, 7 der MD-Dampf gekühlt und der iVD-Dampf beheizt.

In Fig. 2 ist sowohl der erste Zwischenüberhitzer 17,18 als auch der zweite Zwischenüberhitzer 21, 22 mit einer Heizung durch Dampf aus der anderen Entspannungsstufe versehen. Damit ist, wie in Fig. 1, gleichzeitig eine Kühlung des aus dem Hauptteil 17 bzw. 21 des betreffenden Zwischenüberhitzers austretenden Dampfes verbunden. Die Wärmeübertrager 23, 24 sind außerhalb des Rauchgaskanals 25 angeordnet. Vom Kanal 25 ist ein Querschnitt gezeichnet, durch den das Rauchgas senkrecht zur Zeichenebene im Sinne des Richtungspfeiles 26 strömt, dessen Ende dargestellt ist. Die beiden Zwischenüberhitzer sind parallel zueinander in der gleichen Ebene des Rauchgaskanals 25 angeordnet, dessen Querschnitt sie ausfüllen. Dies hat den Vorteil, daß die beiden Zwischenüberhitzer gleich gebaut und unter sich ausgetauscht werden können bzw., falls erforderlich, nur ein Überhitzer als Reserve notwendig ist.

Gleiche Wärmezufuhr für beide Entspannungsstufen vorausgesetzt, hat die Anordnung nach F i g. 2 den Vorteil, daß die Größe der Heizfläche beschränkt werden kann und damit auch der Platzbedarf verringert wird, was im Falle von Schwierigkeiten in der Anordnung der Zwischenüberhitzer von Vorteil ist.

Für die Steuerung des Dampfdurchflusses sind die Verteilventile 27, 28 vorgesehen, deren nicht besonders dargestellte Servomotoren gemeinsam über die Impulsleitung 29 von einem Regler eingestellt werden. Der Anschluß der Zwischenüberhitzer 17,18; 21, 22 ist gleich wie für Fig. 1. Der MD-Dampf gelangt über die Leitung 1 zu der einen Fläche des Wärmeübertragers 23 und tritt durch die Leitung 4 aus dem Zwischenüberhitzer 17,18 aus. Für den iVD-Zwischenüberhitzer bildet die Leitung 5 den Dampfeintritt und die Leitung 14 den Dampf austritt.

Die Schaltung der Ventile 27, 28, ihr Anschluß an die Wärmeübertrager 23, 24 und an die Zwischenüberhitzer 17,18; 21, 22 ist gleich wie für F i g. 1 und in der Zeichnung so dargestellt, daß weitere Angaben darüber sich erübrigen dürften.

Der nicht dargestellte Regler, der über die Impulsleitung 29 gleichzeitig die beiden Steller der Verteilventile 27, 28 steuert, bewegt die Ventile 27, 28 in entgegengesetzter Hubrichtung. Wenn das Ventil 27 den Dampfdurchfluß durch den Wärmeübertrager 23 öffnet und den Bypass schließt, wird der Durchtritt durch den Übertrager 24 vom Ventil 28 geschlossen und der Bypass zur direkten Verbindung des Hauptteiles 17 und des Endteiles 18 des ersten Zwischenüberhitzers geöffnet.

Die Steuerung der Ventile 27, 28 kann gleichzeitig erfolgen. Im Gegensatz dazu kann auch erst das eine und dann das andere verstellt werden. Wäre der Durchfluß beider Ventile 27,28 zu den Übertragern 23, 24 z. B. ganz geschlossen, so würde der Regler zunächst ein Ventil öffnen, bis dieses ganz offen ist, und danach das andere Ventil öffnen, bis es ebenfalls ganz offen ist. Das Schließen kann im umgekehrten Sinne ebenso erfolgen, so daß eins der Ventile zunächst ganz offen bleibt, das andere je nach Bedarf mehr oder weniger geschlossen wird und wenn es zu ist, würde der Regler das erste nach Bedarf schließen. Die beiden Arten können auch kombiniert werden. Öffnen nacheinander und Schließen gleichzeitig oder umgekehrt.

Der Zwischenüberhitzer 31 in F i g. 3 ist mit zwei Teilen 32,33 versehen, deren Wärmeaustauschfläche aus zwei ineinandergesteckten Rohrsträngen besteht, welche in der Rauchgasführung 34 angeordnet sind. In dieser strömen die Rauchgase im Sinne des Pfeiles 35. Der MD-Dampf wird durch die Leitung 1 dem äußeren Rohr des Heizteiles 32 zugeführt, durch-

strömt den mittleren Teil des Zwischenüberhitzers 31 und das äußere Rohr des Kühlteiles 33, um über die Leitung 4 der MD-Stufe der Turbinenanlage zugeführt zu werden.

Der ND-Dampi wird über die Leitung 5, die an das Verteilventil 36 angeschlossen ist, zugeführt und gelangt entweder durch die Leitung 37 zum inneren Rohr 38 des Kühlteiles 33, um durch die Leitung 39 in den Hauptteil 41 des zweiten Zwischenüberhitzers 41, 42 einzutreten, oder er strömt durch die Bypassleitung 43 vom Ventil 36 unmittelbar in den Hauptteil

41 des zweiten Zwischenüberhitzers 41, 42.

Aus dem Hauptteil 41 wird der Dampf mittels der Leitung 44 dem Verteilventil 45 zugeleitet. Durch die Leitung 46 gelangt er in das innere Rohr 47 des Heizteiles 32 und von dort über die Leitung 48 zum Endteil 42 des ND-Zwischenüberhitzers. Aus dem Endteil

42 tritt der Dampf über die Leitung 14 in die ND-Stufe der Turbinenanlage ein. Zur Umgehung des Heizteiles 32 ist die Bypassleitung 49 vorgesehen, die das Verteilventil 45 mit der Leitung 48 unmittelbar verbindet.

Bei Wärmeübertragern, die aus zwei ineinandergesteckten Rohrsträngen bestehen und auch von außen beheizt werden, ist es vorteilhaft, die Verteilventile an den inneren Rohrstrang anzuschließen und den Durchfluß durch diesen zu drosseln bzw. zu schließen, weil dadurch Schaden am äußeren Rohr vermieden werden, das dann ständig durchflossen ist.

Die Betätigung der beiden Verteilventile 36, 45 in F i g. 3 kann wiederum gleichzeitig, nacheinander oder kombiniert, wie für F i g. 2 beschrieben, erfolgen.

Der Dampferzeuger 51 in F i g. 4 mit dem Feuerraum 52, den Rauchgasführungen 53,54 und dem Rauchgasabzug 55 zum Schornstein hat einen Schwenkbrenner 56, der vom Servomotor 57 auf Grund der Impulse verstellt wird, die von einem nicht gezeichneten Regler über die Impulsleitung 58 gegeben werden.

Die Verbrennungsluft wird rings um den Brenner 56 herum vom Gebläse 59 mit dem Ansaugstutzen 60 dem Brennstoff als Primär-, gegebenenfalls Sekundärluft zugeführt.

Die Wandungen des Feuerraumes 52 sind mit den Rohrsträngen des Verdampferteiles 61 bekleidet, dem über die Speiseleitung 62 das gereinigte, entgaste und vorgewärmte Speisewasser zugeführt wird. Der Dampf aus dem Verdampfer 61 durchströmt den Wasserabscheider 63 und gelangt in den ersten HD-Uberhitzer 64, dessen Rohre die Wandungen des oberen Teiles des Feuerraumes 52 bekleiden. Der Verdampfer 61 und der erste HD-Überhitzer 64 bilden den Strahlungsteil, die weiteren Überhitzer 66 bis 69 den Berührungsteil des Dampferzeugers 51.

Der erste HD-Überhitzer 64 ist durch die Leitung 65 mit dem zweiten HD-Überhitzer 66 verbunden, aus dessen Dampf austritt 82 der Frischdampf der HD-Stufe einer Dampfkraftanlage, z. B. einer Turbinenanlage, zugeführt wird. Zwischen dem ersten und dem zweiten HD-Überhitzer ist der zweite Teil 67 des ersten Zwischenüberhitzers eingebaut, dessen erster Teil 68 am Ende der Rauchgasführung 54 vorgesehen ist.

Der MD-Dampf tritt aus der Leitung 70 in den Teil 68 ein. Der Austritt des Teiles 68 ist an das Verteilventil 71 angeschlossen. Das Ventil 71, dessen Servomotor über die Impulsleitung 72 von einem nicht gezeichneten Regler betätigt wird, steuert die Teilmenge MD-Dampf, welche durch die Leitung 73 zum inneren Rohr 74 im Wärmeaustauschteil 75 des zweiten Zwischenüberhitzers 69 strömt, sowie die Teilmenge, die durch die Bypassleitung 76 und die Leitung 77 zum zweiten Teil 67 des ersten Zwischenüberhitzers gelangt. Der Austritt 78 dieses Zwischenüberhitzers 67, 68 ist mit der MD-Stufe der Turbinenanlage verbunden.

Der ND-Dampf tritt über die Leitung 79 in das äußere Rohr des Wärmeaustauschteiles 75 ein und durchströmt den zweiten Zwischenüberhitzer 69, um über die Leitung 80 zur iVD-Stufe der Turbinenanlage zu gelangen.

Die Zwischenschaltung eines Zwischenüberhitzers zwischen den beiden Teilen eines anderen hat folgende Vorteile. Bei Änderung der Rauchgastemperaturen ändern sich die beiden Dampftemperaturen am Austritt beider Zwischenüberhitzer annähernd im gleichen Maße.

Auch wenn das Zentrum des Wärmeüberganges sich verschiebt, z. B. beim Schwenken des Brenners 56, so ändert sich der Wärmeübergang bei beiden Zwischenüberhitzern ebenfalls annähernd gleich. Wird über den Weg der Rauchgase, Pfeil 81, vom unteren Feuerraum 52 bis zum Rauchgasabzug 55 als Basis die effektive Heizfläche der Rohrstränge pro Längeneinheit des Weges, multipliziert mit dem örtlichen stündlichen Wärmeübergang pro m² für die örtliche Temperatur, aufgetragen, so dürfte der Schwerpunkt dieser Diagrammfläche etwa dem Zentrum des Wärmeüberganges entsprechen. Mit der Verschiebung der Feuerlage, z. B. beim Schwenken der Brenner, verschiebt sich dieses Zentrum in der Richtung der Feuerverlagerung.

Der Ausgangszustand des Dampfes am Austritt der Zwischenüberhitzer betrifft im wesentlichen folgende Größen: Temperatur, Druck, Dichte, Feuchtigkeit. Soll nun durch eine Regelung die Ausgangstemperatur der beiden Zwischenüberhitzer bei Laständerungen auf einer bestimmten Größe, dem Sollwert, gehalten werden oder durch eine Steuerung z. B. der Druck auf einen bestimmten Sollwert zur Einstellung einer bestimmten Last gebracht werden, so hat der Wärmeaustausch zwischen den Zwischenüberhitzern einen großen Vorteil.

Für die Zwischenüberhitzung in verschiedenen Entspannungsstufen geschieht dies am raschesten, wenn dazu die Summe der in Betracht kommenden Zustandsgröße als Regelgröße verwendet wird, um mit Hilfe einer Regelvorrichtung, welche eine der folgenden Größen: Brennstoffmenge, Luftmenge, Lage des Zentrums des Wärmeüberganges, Speisewassermenge, so variiert, daß diese Summe auf ihren Sollwert eingestellt wird. Dabei ist vorausgesetzt, daß wenn diese Regelvorrichtung den Brennstoff einstellt, die Variation der Brennstoffeinstellung sekundär eine Einstellung der Luftmenge auf ein für einen guten Verbrennungswirkungsgrad erforderliches Maß oder umgekehrt bewirkt. Es können auch zwei oder mehr Zustandsgrößen als Kombination variiert werden.

Neben der Einstellung der Summe ist aber auch noch eine Einstellung der Differenz der Zustandsgröße erforderlich, damit sowohl am Austritt des ersten wie auch an dem des zweiten Zwischenüberhitzers je die gewünschte Ausgangstemperatur vorhanden ist. Indem nun die Regelvorrichtung für die Differenz der Zustandsgröße die zwischen den Zwischenüberhitzern auszutauschende Wärme regelt, erfolgt eigentlich nur ein Vertrimmen der beiden Temperaturen: d. h., die

eine steigt, während die andere gleichzeitig im gleichen Maße sinkt, wodurch der Regelvorgang außerordentlich beschleunigt wird.

Soll nun aber auch der Ausgangszustand des HD-Oamptes, im vorliegenden Fall seine Temperatur, auf dem Sollwert gehalten bzw. auf einen gewünschten Sollwert gebracht werden, so wird dies durch Variation einer der obengenannten Größen bewirkt, die nicht für die beschriebene Summeneinstellung verwendet wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Beeinflussen der Zwischendampf-Austrittstemperaturen bei einem Dampferzeuger mit einem Hochdrucküberhitzer und zwei, verschiedenen Druckstufen zugeordneten Zwischenüberhitzern, mit mindestens einem Wärmeübertrager, der mit seinem wärmeaufnehmenden Teil in den Weg des Zwischendampfes und mit seinem anderen Teil in den Weg eines wärmeabgebenden Dampfes geschaltet ist, wobei die Wärmeübertragung in Abhängigkeit von mindestens einer Zwischendampf-Austrittstemperatur gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeabgebende Dampf aus Zwischendampf der jeweils anderen Druckstufe besteht, und die Steuerung der Wärmeübertragung in Abhängigkeit von der Differenz der Zwischendampf-Austrittstemperaturen erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (2) in an sich bekannter Weise am Eintritt in einen der beiden Zwischenüberhitzer (3) angeordnet ist (Fig.l).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Wärmeübertrager (23, 24) in an sich bekannter Weise am Eintritt in die beiden Zwischenüberhitzer (17, 21) angeordnet ist (Fig. 2, 3).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertrager (32, 33) in an sich bekannter Weise aus ineinandergesteckten Rohren bestehen und im Rauchgasstrom angeordnet sind, wobei der die inneren Rohre des Wärmeübertragers durchströmende Zwischendampf der gleichen Druckstufe angehört.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 280 010,
255, 322433, 324 837;
britische Patentschrift Nr. 772 566.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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