DE2728277A1

DE2728277A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb von kraftwerken

Info

Publication number: DE2728277A1
Application number: DE19772728277
Authority: DE
Inventors: Shunji Kato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-26
Also published as: US4145995A; JPS5925853B2; JPS539946A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Kraftwerken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Betriebssteuerung von Kraftwerken mit insbesondere einer Gasturbinen-Generatoranlage, einem Gasturbinen-Abwärme-Rück- bzw. -Wiedergewinnungskessel, dessen Wärmequelle das Abgas der Gasturbine ist, und einem Hilfs- bzw. Zusatzkessel, der den Abwärme-Rückgewinnungskessel unterstützt.

Wenn in einem Kraftwerk einschließlich einer Gasturbinen-Generatoranlage und eines Hauptkessels, dessen Wärmequelle die Abwärme der Gasturbine ist, der durch den im Hauptkessel erzeugten Dampf gespeiste Wärmeverbrauch

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(ζ. B. in einer Dampfturbine) stark schwankt, wird die Menge des nur durch den Hauptkessel erzeugten Dampfes unzureichend. Um die unzureichende Verdampfungsmenge des Hauptkessels zu kompensieren, wird gewöhnlich ein Hilfsbzw. Zusatzkessel vorgesehen. Der Hilfskessel wird nur betrieben, wenn die Verdampfungsmenge des Hauptkessels unzureichend ist, während er abgeschaltet gehalten wird, wenn der Wärmeverbraucher ausreichend mit nur der im Hauptkessel erzeugten Dampfmenge angetrieben werden kann.

Wenn der Wärmeverbrauch im Kraftwerk plötzlich ansteigt, liegt ein Problem beim oben beschriebenen Kraftwerk darin, daß der gewöhnlich abgeschaltet gehaltene Hilfskessel nicht plötzlich eingeschaltet oder in Betrieb genommen werden kann, so daß die Versorgung des Wärmeverbrauchers zeitweise unzureichend wird. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems liegt darin, den Hilfskessel gewöhnlich bzw. ständig zu betreiben. Diese Maßnahme ist aber unzweckmäßig, da sie sehr unwirtschaftlich ist und den thermischen Wirkungsgrad des Kraftwerks herabsetzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftwerks mit einem Abwärme-Rückgewinnungskessel, dessen Wärmequelle das Abgas einer Gasturbine ist und der Dampf zu einem Wärmeverbraucher, wie z. B. zu einer Dampfturbine, speist, und mit einem Hilfskessel anzugeben, der den Abwärme-RUckgewinnungskessel unterstützt, wobei der Hilfskessel rasch einschaltbar ist.

Die Erfindung sieht in einem Kraftwerk vor

einen Abwärme-Rückgewinnungskessel, dessen Wärmequelle das Abgas von einem Hochtemperatur-Gas-Erzeuger ist und der Dampf zu einem Wärmeverbraucher speist,

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einen Hilfskessel, der ein Brennstoffsystem hat und den Abwärme-RUckgewinnungskesae1 unterstützt, und

ein Speiseleitungssystem, das kondensiertes Wasser, das vom Wärmeverbraucher entladen ist, zum Abwärme-Rückgewinnungskessel und zum Hilfskessel leitet, wobei dieses Speisewasser von einer Trommel des Hilfskessels zum Speiseleitungssystem selbst dann umgewälzt wird, wenn der Hilfskessel abgeschaltet ist, um gewöhnlich das Speisewasser durch die Hilfstrommel umzuwälzen, wodurch die Temperatur des dampferzeugenden Teiles des Hilfskessels bis auf einen Soll-Wert selbst beim abgeschalteten Hilfskessel erhöht wird, um rasches Einschalten des Hilfskessels zu ermöglichen.

Zur Steuerung des Betriebs eines Kraftwerkes mit einer Gasturbinen-Generatoranlage,

einem Hauptkessel, dessen Wärmequelle das Abgas der Gasturbine ist und der Dampf zu einem Wärmeverbraucher speist,

einem Hilfskessel, der ein eigenes bzw. unabhängiges Brennstoffsystem hat und so betrieben wird, daß Dampf zum Wärmeverbraucher gespeist wird, wenn die Menge des vom Hauptkessel zum Verbraucher gespeisten Dampfes unzureichend ist, und

einem Wärmetauscher, der in einem dem Hauptkessel und dem Hilfskessel gemeinsamen Kessel-Versorgungssystem angeordnet ist sowie überschüssigen Dampf oder kondensiertes Wasser empfängt, was vom Wärmeverbraucher entladen wird, und der das Speisewasser erwärmt,

sieht die Erfindung also ein Verfehren und eine Vorrichtung zum Betrieb des Kraftwerkes vor,

mit einem Umwälzrohr, das einen dampferzeugenden Teil des Hilfskessels und den Wärmetauscher verbindet und bewirkt, daß das Kessel-Speisewasser vom Hilfskessel zurück

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zum Wärmetauscher selbst bei abgeschaltetem Hilfskessel fließt, und

mit einem Absperrorgan im Umwälzrohr, das schließbar ist, wenn ein Zustand des erzeugten Dampfes des Hauptkessels für den Wärmeverbraucher unzureichend ist und wenn der Hilfskessel betrieben wird, wodurch die Temperatur des dampferzeugenden Teiles des Hilfskessels oberhalb einem Soll-Wert selbst dann gehalten wird, wenn der Hilfskessel abgeschaltet ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie

ein Blockschaltbild eines Kraftwerkes mit einem Abwärme-Rückgewinnungskessel zur Einspeisung von Dampf in einen Wärmeverbraucher und einen Hilfskessel, um den Abwärme-Rückgewinnungskessel zu unterstützen, und

Fig. ? die Beziehungen zwischen der Einschaltzeit des erfindungsgemäßen Hilfskessels und Dampf-Temperatur und -Druck in einer Trommel.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Kraftwerkes mit der erfindungsgemäben Vorrichtung. In der Fig. 1 ist eine Gasturbine 1 vorgesehen, durch die ein Generator 2 direkt angetrieben ist. Weiterhin ist ein Hauptkessel 3 vorgesehen. Es ist ein Abwärme-Rückgewinnungskessel, dessen Wärmequelle das von der Gasturbine 1 über eine Leitung 4 eingespeiste Abgas 1st. Der im Hauptkessel 3 erzeugte Dampf wird

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zu einem Dampf-Druckkessel 6 über ein Dampfrohr 5 gespeist. Das Gas, dessen Temperatur aufgrund der Wärmeaustauschung zur Erzeugung des Dampfes im Hauptkessel 3 herabgesetzt wurde, wird in die Atmosphäre von einem Schornstein 7 entladen. Weiterhin ist mit dem Dampf-Druckkessel 6 ein Dampf-Versorgungsrohr 9 eines Hilfskessels 8 verbunden, der ein gewöhnlicher Kessel ist. Auf diese Weise wird Dampf in den Dampf-Druckkessel 6 vom Kessel 3 und/oder vom Kessel 8 eingespeist. Weiterhin ist ein Wärmeverbraucher 11, wie z. B. eine Dampfturbine und ein Wärmetauscher, mit dem Dampf-Druckkessel 6 über ein Hauptdampfrohr 10 verbunden.

Der Hauptkessel 3 und der Hilfskessel 8 sind Kessel gleicher Bauart, und lediglich der Hauptkessel 3 kann das Abgas als Wärmequelle verwenden. Die Kessel können jeweils Trommel-Kessel mit Trommeln 3A und 8A (vgl. z. B. die Fig. 1) oder auch Zwangsdurchlauf-Kessel sein. Die Kessel 3 und 8 werden mit Wasser von einem gemeinsamen Kessel-Speisesystem versorgt, und sie sind über Speiserohre 13 bzw. 14 mit einem Speiserohr 24 verbunden, das mit einer Speisewasserpumpe 12 ausgestattet ist. Da jedoch der Hilfskessel 8 gewöhnlich abgeschaltet ist (vgl. oben), sind das Speiserohr 14 und das Dampf-Speiserohr 9 des Hilfskessels 8 jeweils mit Absperrorganen bzw. Absperrventilen 15 und l6 ausgestattet.

Ein Wärmetauscher (oder ein Speisewasserbehälter) ist auf der Saugseite der Speisewasserpumpe 12 angeordnet, und ein Kondensor-Rohr 18 liegt zwischen dem Wärmetauscher 17 und dem Wärmeverbraucher 11, so daß der Rest der im Wärmeverbraucher 11 verwendeten Wärmeenergie im Kessel-Speisesystem rückgewonnen wird.

Ein Umwälzrohr 19 zum Zurückführen des Kessel-Speisewassers vom Hilfskessel 8 zum Kessel-Speisesystem liegt zwischen dem dampferzeugenden Teil des Hilfskessels 8,

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d. h. der Trommel 8A, und dem Wärmetauscher 17 des Kessel-Speisesystems. Das Umwälzrohr 19 ist mit einem Absperrorgan oder einem Ventil 20 ausgestattet. Das Ventil 20 ist nur während des Betriebs des Hilfskessels 8 geschlossen, und es wird bei abgeschaltetem Hilfskessel 8 geöffnet gehalten.

Der Wärmeverbraucher 11 ist mit einem Verbraucher-Zustandsfühler 21 ausgestattet, um eine Schwankung des Verbrauchs zu erfassen, während das Dampfrohr 5 des Hauptkessels 3 einen Dampf-Zustandsfühler 22 für den Dampfzustand des Hauptkessels hat. Die Ausgangssignale der Fühler 21 und 22 werden zu einer Steuereinrichtung 23 gespeist. Die Steuereinrichtung 23 steuert das öffnen und Schließen der Ventile 15, 16 und 20, abhängig von den Ausgangssignalen der Fühler 21 und 22.

Im folgenden wird der Betrieb der verschiedenen Teile des oben erläuterten Kraftwerks näher beschrieben.

Wenn die vom Hauptkessel 3 erzeugte Dampfenergie für die vom Wärmeverbraucher 11. benötigte Energie ausreicht, sind die Ventile 15 und 20 geöffnet und das Ventil 16 ist geschlossen. Demgemäß wird der Wärmeverbraucher 11 lediglich mit dem durch den Hauptkessel 3 erzeugten Dampf versorgt. Da die Ventile 15 und 20 offen sind, wird das Speisewasser von der Speisewasserpumpe 12 nicht nur zum Hauptkessel 3, sondern auch zum Hilfskessel 8 gepumpt. Das Speisewasser wird auf eine Temperatur von ca. 120 °C durch kondensiertes Wasser aufgeheizt, das in den Wärmetauscher 17 im Kessel-Speisesystem fließt. Das Wasserrohr und die Trommel 8A des Hilfskessels 8 werden daher erwärmt, obwohl der Hilfskessel 8 abgeschaltet oder außer Betrieb ist. Da das Ventil 20 geöffnet ist, fließt das in die Trommel 8A geschickte Speisewasser zurück zum Wärmetauscher 17 durch das Umwälzrohr 19.

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Hier wird das Wasser erneut durch das kondensierte Wasser vom Verbraucher 11 erwärmt und danach in den Hilfskessel 8 gespeist.

Wenn in einem derartigen Fall jedoch der Wärmeverbrauch stark anwächst und die Menge des im Hauptkessel 3 erzeugten Dampfes zu knapp für die vom Wärmeverbraucher 11 benötigte Dampfmenge wird, oder wenn der Hauptkessel 3 durch das Fahren der Gasturbine 1 unterbrochen oder der Dampfzustand des Hauptkessels 3 aus anderem Grund deutlich herabgesetzt wurde, geht das Gleichgewicht zwischen dem Ausgangssignal des Verbraucher-Zustandsfühlers 21 und dem Ausgangssignal des Dampf-Zustandsfühlers 22 verloren. Abhängig hiervon schließt die Steuereinrichtung 23 das Ventil 20 und öffnet gleichzeitig das Ventil 16. Weiterhin öffnet sie ein Steuerventil 27 in einem Brennstoffsystem 26, um Brennstoff in den Hilfskessel 8 zu speisen und diesen einzuschalten. In diesem Fall wurde der dampferzeugende Teil des Hilfskessels 8 bereits auf eine bestimmte Temperatur erwärmt, wie dies oben erläutert wurde. Daher ist das Anlaufen des Hilfskessels 8 rasch, und der Hilfskessel 8 kann in den Nenn-Betriebszustand in verhältnismäßig kurzer Zeit nach dem Zeitpunkt gebracht werden, wenn der vom Hauptkessel 3 zum Wärmeverbraucher 11 gespeiste Dampf geringer wurde.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die mit der Erfindung zu erzielenden Vorteile. Auf der Abszisse ist die Zeit und auf der Ordinate sind Temperatur und Druck in der Trommel 8A des Hilfskessels 8 aufgetragen.

Eine Kurve A in Fig. 2 zeigt die Änderung der Sättigungstemperatur in der Trommel nach Einschalten des Hilfskessels, der bisher überhaupt nicht erwärmt wurde. Eine Kurve B zeigt die Änderung des Druckes in der Trommel im gleichen Fall.

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V/enn, wie aus Fig. 2 folgt, der dampferzeugende Teil des Kessels während des abgeschalteten Zustands überhaupt nicht erwärmt wurde, dauert es mehr als 2 h und J50 min nach dem Einschalten, bevor die Temperatur in der Trommel 200 C erreicht, was eine für den Betrieb ausreichende Temperatur ist. Wenn dagegen erfindungsgemäß die Trommel und das Wasserrohr auf Gpeisewassertemperatur T selbst während des abgeschalteten Zustandes gehalten wird (vgl. die Strichlinie in Fig. 2), dann wird die Zeltdauer, bevor die Trommel 200 ⁰C erreicht, um eine Zeit t (Fig. 2) verkürzt Cl h und 30 min beim dargestellten Beispiel), und d^s Anlaufen des Hilfskessels kann um über 1 h beschleunigt werden. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß zum Erzielen dieses Vorteils der Wirkungsgrad des Kraftwerks nicht wesentlich verringert, und der Hilfskessel kann sehr wirtschaftlich eingeschaltet werden.

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Claims

~*~ 2778277 Ansprüche

1. Verfahren zum Steuern des Betriebs von Kraftwerken mit ^v- einer Gasturbinen-Generatoranlage,

einem Hauptkessel, dessen Wärmequelle das Abgas der Gasturbine ist und der Dampf an einen Wärmeverbraucher abgibt,

einem Hilfskessel, der ein eigenes Brennstoffsystem hat und Dampf an den Wärmeverbraucher abgibt, und

einem Wärmetauscher, der in einem dem Hauptkessel und dem Hilfskessel gemeinsamen Speisesystem vorgesehen ist und Überschuß-Dampf oder abgegebenes kondensiertes Wasser vom Wärmeverbraucher empfängt und Speisewasser erwärmt, dadurch gekennzeichnet,

daß Wasser vom Wärmetauscher (I7) in den Hilfskessel (S) auch während dessen Abschaltung gespeist wird, und

daß das Speisewasser von einer Trommel (8A) des Hilfskessels (Q) zum Wärmetauscher (17) zurückgeführt wird,

wodurch die Temperatur des dampferzeugenden Teils des Hilfskessels (8) auf einem Soll-Wert auch während dessen Abschaltung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückführung des Speisewassers von der Trommel (8a) des Hilfskessels (8) zum Wärmetauscher (I7) anschließend unterbrochen wird,

wobei das Brennstoffsystem betätigt wird, um den Hilfskessel £8) einzuschalten.

3. Vorrichtung zum Steuern des Betriebs von Kraftwerken mit

einer Gasturbinen-Generatoranlage, einem Hauptkessel, dessen Wärmequelle das Abgas der Gasturbine ist und der Dampf an einen Wärmever-

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braucher abgibt,

einem Wärme tauscher, der In einem dem Hauptkessel und dem Hilfskessel gemeinsamen Speisesystem vorgesehen ist und Überschuß-Dampf oder abgegebenes kondensiertes Wasser vom Wärmeverbraucher empfängt und Speisewasser erwärmt, gekennzeichnet durch

ein Umwälzrohr (19), das den dampferzeugenden Teil des Hilfskessels (8) und den Wärmetauscher (17) verbindet sowie Kessel-Speisewasser vom Hilfskessel (8) zum Wärmetauscher (17"! zurückführt, und

ein Absperrorgan (20) im Umwälzrohr (19)» das abhängig vom Zustand des vom Hauptkessel (3) für den Wärmeverbraucher (11) erzeugten Dampfes offen und geschlossen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3,

gekennzeichnet durch

einen Verbraucherzustands-Fühler (21) für einen Zustand des Wärmeverbrauchers (11),

einen Dampfzustands-Fühler (22) für einen Dampfzustand des Hauptkessels (3) und

eine Steuereinrichtung (2J>), die ein Verbraucher-Signal des Verbraucherzustands-Fühlers (21) mit einem Dampf-Signal des Dampfzustands-Fühlers (22) vergleicht und das Absperrorgan (20) schließt sowie gleichzeitig das Brennstoffsystem des Hilfskessels (8) zu dessen Einschalten betätigt, wenn das Verbraucher-Signal das Dampf-Signal überschreitet.

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