Dampfkraftanlage mit Speisewasserspeicher und mehrstufiger Vorwärmung des Speisewassers. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage mit Speisewasser speicher und mehrstufiger Vorwärmung des Speisewassers.
Sie besteht darin, dass nicht nur die Speisewasservorwärmung derjenigen Stufe, in welcher die Speichertemperatur er reicht wird, durch eine Dampfmenge erfolgt, die in Abhängigkeit mindestens einer Grösse des Betriebszustandes der Anlage eingestellt wird, sondern dass auch eine zur Vorwär- mung einer untern Stufe dienende Dampf menge in Abhängigkeit von einer Grösse des Betriebszustandes des Speichers eingestellt wird.
Es ist zweckmässig, die Vorwärmung des Speisewassers derjenigen Stufe, bei welcher die Heisswassertemperatur des Speichers er reicht wird, im Dampfraum desselben mittels in diesen eingeleiteten Frischdampfes und die Vorwärmung der niedrigeren Stufen in Vor wärmern vorzunehmen. Die durch die Vor wärmer strömende Speisewassermenge kann durch ein vom Dampfdruck des Speichers beeinflusstes PLegelorgan gesteuert sein.
Die der letzten Stufe der Vorwärmer zugeführte Anzapfdampfmenge ist zweckmässigerweise unter Berücksichtigung der durchgeleiteten, veränderlichen Speisewassermenge derart ge regelt. dass die Temperatur des aus dem Vor wärmer strömenden Speisewassers einen unterhalb der Heisswassertemperatur des Speichers liegenden Grenzwert nicht über schreitet.
Eine Veränderung der dem Heiss- wasserspeicher zugeführten Dampfmenge kann eine gleichsinnige Veränderung der an die Turbine abgegebenen Dampfmenge zur Folge haben, zu welchem Zwecke die ent sprechenden Regelorgane über ein Rücl-,führ- gestänge miteinander gekuppelt sein können.
Die dem Heisswasserspeicher zugeführte - Dampfmenge könnte Anzapfdampf mit einem auch bei Teillast über dem Speicherdruck liegenden Druck sein. Zweckmässigerweise ist ein By-pass-Ventil, über welches Frischdampf dem Speicher zugeleitet wird,
in Abhängig keit vom Frischdampfdruck geregelt. Bei Verwendung von Anzapfdampf kann die dem Heisswasserspeicher zugeleitete Dampf menge aber auch in Abhängigkeit vom Frisch dampfdruck und zusätzlich von der Frisch- d.ampfmenge gesteuert sein. Bei unter die Solldrehzahl sinkender Drehzahl der Kraft maschine könnte wenigstens eine durch ein automatisches Entnahmeventil gesteuerte An zapfung mittels eines zusätzlichen Impulses des Geschwindigkeitsreglers abgestellt wer den.
Es ist vorteilhaft, den Dampfraum des Speichers über eine Leitung und ein Sicher heitsventil mit dem Kondensator zu verbin den, um bei Überschreiten des zulässigen Druckes im Speicher Dampf in den Kon densator abblasen zu können.
Bei einer mit den angegebenen Regel organen ausgeriisteten Anlage lässt sich der Vorteil erzielen, eine dem Heisswasser speicher im Beharrungszustände zugeführte Dampfmenge und die - ebenfalls der Speise- wasservorwärmung dienenden Anzapfdampf- mengen bei Belastungsstössen zur Mehr leistung in der Kraftmaschine heranzuziehen bezw. bei Entlastung der Kraftmaschine zum Aufladen des Speichers verwenden zu können. Dabei bleibt auch bei Teil- und
sogar bei ganz kleinen Lasten die endgültige Speisewassertemperatur unverändert, obwohl in solchen Fällen der Druck an den Anzapf- stellen und damit die zugehörige Sattdampf- temperatur des den Vorwärmern zugeleiteten Dampfes fällt.
Vorteilhaft in Erscheinung tritt hierbei der Umstand, dass der prozentuale Anteil der dem Heisswasserspeicher zugeleiteten Dampfmenge im Verhältnis zur gesamten Frischdampfmenge bei ganz kleinen Lasten ansteigt, weil in diesem Falle die Speise- ,
wasservörwärmung mittels Turbinenanzapf- dampfes geringer ist. Dadurch ist es möglich, bei Teillasten einen betriebstechnisch wünsch baren, verhältnismässig grösseren Laststoss aufzunehmen als bei Vollast. Lassen sich grössere positive Belastungsstösse von z. B.
<B>1570</B> und mehr voraussehen, so kann durch Senkung des Dampfdruckes im letzten Vor wärmer die der Aufwärmung des Speise wassers im Speicher dienende Dampfmenge entsprechend vergrössert werden, um diese vergrösserte Menge bei auftretendem Be lastungsstoss der Turbine zuzuführen.
Der Erfindungsgegenstand ist an Hand des in der Zeichnung schematisch darge stellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Vom Dampferzeuger 1. beispielsweise einem Zwangsdurchlauf- oder einem Umlauf kessel, führt die Frischdampfleitung 2 über das Einlassventil 3 zur Dampfturbine 4, die z. B. als zwei- oder mehrgehäusige, viel stufige Turbine mit oder ohne Zwischen überhitzung ausgeführt; sein kann. Die Tur bine 4 ist mit einem elektrischen Generator 5 gekuppelt und mit einem Geschwin.dig- keitsregler 6, beispielsweise einem Flieh kraftregler, ausgerüstet.
Der aus der letzten Stufe der Turbine 4 ausströmende expan- dierte Dampf gelangt über die Abdampf- leitung 7 in, den Kondensator 8 und wird in diesem niedergeschlagen. Aus dem Konden sator 8 wird das kalte Kondensat mittels der Kondensatpumpe 9 über die Leitung 10 in den untern Teil des z.
B. als Gleichdriick- speicher ausgebildeten Speisewasserspeichers 11 gefördert, aus welchem dasselbe über die S.peicherumwälzpumpe 12 durch mehrere Vorwärmer 13, 13a gefördert und über die Leitung 14 und das Umwälzregelventil 15 in die Kaskade 16 gelangt, welche im Dampf raum 17 des Speichers 11 angeordnet ist.
Aus dem obern Teil des Speichers 11 fliesst das auf seine endgültige Temperatur vor gewärmte Speisewasser über die Speise leitung 18 zur Kesselspeisepumpe 19 und wird von dieser über die Leitung 20 dem Kessel 1 wieder zugeführt, wodurch der Hauptkreislauf geschlossen ist.
Über das an der Frischdampfleitung 2 angeschlossene By-pass-Ventil 21 und die Dampfleitung 22 wird dem Dampfraum 17 des Speichers 11 Frischdampf zugeführt, der in der Kaskade 16 kondensiert. Der Vor- wärmer 13a wird mit Dampf beheizt, wel cher über die Leitung 23 und das Entnahme- ventil 24 der Turbine 4 an der Anzapfstelle 25 entnommen ist.
Die Beheizung\ der Vor wärmer 13 erfolgt mit Anzapfdampf, wel cher denselben über die Leitungen 26 bezw. 27 von den beiden ungesteuerten Anzapf- stellen 28, 29 der Turbine 4 zugeleitet wird.
Der Dampfraum 17 des Speichers 11 ist über eine Leitung 30 und ein Sicherheits ventil 31 mit dem Kondensator 8 verbunden, so dass bei Drucküberschreitungen im Dampfraum 17 Dampf in den Kondensator 8 abgeblasen wird.
Der Frischdampfdruck im Kessel 1 \wird mittels des By-pass-Ventils 21 geregelt, das zu diesem Zweck mit dem Servomotor 32 aus gerüstet ist. Der Servomotor 32 wird mit Drucköl betätigt, dessen Zu- und Ablauf mittels des über die Leitung 33 vom Frisch dampfdruck beeinflussten Steuerschiebers 34 geregelt wird, so dass der Betriebsdruck im Kessel 1 nicht. über eine einstellbare Maximal- höhe, z. B. 108 at, steigen kann.
Das Einlass- ventil 3 zur Turbine 4 steht in erster Linie unter der Wirkung des Geschwindigkeits reglers 6. Zu diesem Zweck erzeugt dieser mit Hilfe des Druckölschiebers 35 einen 01- druck, welcher über die Leitung 36 den Steuerschieber 37 beeinflusst. Unter der Wir kung der über die Leitung 36 gegebenen Druckimpulse und einer einstellbaren Feder steuert der Steuerschieber 37 die Zufuhr und den Abfluss des Drucköls vom und zum Servomotor 38.
Das Einlassventil 3 ist über das Rückführgestänge 39 mit dem By-pa.ss- Ventil 21 gekuppelt, und zwar derart, dass die Offnungs- und Schliessbewegungen des letzteren eine verhältnisabhängige, gleich sinnige Bewegung des Einlassventils 3 ver ursachen, während die Bewegungen des Ein lassventils 3 über das Rückführgestänge 39 nicht auf das By-pass-Ventil 21 übertragen werden.
Das Entnahmeventil 24 hält den Heiz- dampfdruck im Vorwärmer 13a durch Drosselung des an der Anzapfstelle 25 ent nommenen Anzapfdampfes konstant, bei spielsweise auf 18 at. Zu diesem Zweck ist das Entnahmeventil 24 mit einem Servo motor 40 ausgerüstet, welcher mit Drucköl betätigt wird, dessen Zu- und Abfluss vom Steuerschieber 41 geregelt wird.
Der Steuer schieber 41 steht. über die Leitung 42 unter dem Einfluss des in der Leitung 23 und im Vorwärmer 13a herrschenden Druckes und unter demjenigen einer verstellbaren Feder belastung.
Das in die Leitung 14 eingeschaltete Um- wälzventil 15 beeinflusst die über die Vor wärmer 13, 13a in den Gleichdruckspeicher 11 eingeführte Speisewassermenge derart, dass der Druck in letzterem konstant bleibt und beispielsweise 20 at beträgt. Zu diesem Zweck ist das Umwä.lzventil 15 mit. einem Servomotor 45 ausgerüstet, der mit vom Steuerschieber 43 geregeltem Drucköl be tätigt ist. Über die Leitung 44 wird die Stel lung des Steuerschiebers 43 von dem im Gleiehdruckspeicher 11 herrschenden Druck entgegen der Wirkung einer verstellbaren Feder beeinflusst.
Die Funktionsweise der Regelorgane wird anschliessend an Hand einiger Betriebs zustände erläutert.
Während des Beharrungszustandes fliesst die gesamte, von der Kondensatpumpe 9 ge förderte Kondensatmenge über die Leitung 10 zur Speicherumwälzpumpe 12 und wird von dieser über die Vorwärmer 13, 13a. in den Dampfraum 17 des Speichers 11 einge speist. Beim Austritt aus dem Vom,-ärmer 13a ist die Temperatur des Speisewassers ent sprechend dem in der Leitung 23 vor herrschenden Saudampfdruck von 18 at auf zirka 200 C gestiegen.
Zufolge der mit 'dem Ventil 24 erfolgten Drosselung des an der Anzapfstelle 25 entnommenen Dampfes wird die Vorwärmung auf 200 C auch bei schwan kender Last annähernd konstant gehalten.
Erst bei vollgeöffnetem, ausgesteuertem Ventil 24 und entsprechend kleiner Turbinen- bela.stung wird die Temperatur des aus dem Vorwärmer 13a ausfliessenden Speisewassers unter 200 C sinken.
Das meistenteils mit einer Temperatur von 200 C in die Kaskade 16 gelangende Speisewasser wird von dem über die Leitung , 22 zuströmenden Frischdampf auf eine Satt dampftemperatur von z. B. 214 C aufge heizt, welche dem im Dampfraum 17 des Speichers 11 herrschenden Druck von 20 at entspricht.
Die durch das By-pass-Ventil 21 in den Dampfraum 17 gelangende Frischdampf menge muss für die endgültige Aufheizung des Speisewassers von 200 C oder weniger auf 214 C genügen. Andernfalls sinkt der Druck im Dampfraum 17, so dass die Regel vorrichtungen in Funktion treten und die Entladung des Speichers einleiten. Der Heizer muss in diesem Falle die Feuerinten sität des Kessels 1 zur Wiedererreichung des Beharrungszustandes erhöhen.
Die angeführten Betriebsgrössen sind derart aufeinander abgestimmt, dass im Be reich der Normalbelastung der günstigste Wirkungsgrad bei einer Temperatur von zirka 200 C im Vorwärmer 13a erzielt wird, wobei die Vorwärmüng des Speisewassers im Gleichdruckspeicher 11 auf die endgültige Temperatur von 214 C mittels des in diesen eingeleiteten Frischdampfes den Wirkungs- grad praktisch nicht beeinträchtigt.
Läuft der mit der Turbine 4 gekuppelte Generator 5 unabhängig von einem grossen und von weiteren Turboeinheiten gespeisten elektrischen Netz, so wird ein Belastungs- stoss unter Heranziehung des Gleichdruck speichers 11 in folgender Weise ausreguliert:
Durch die zum Sinken neigende Drehzahl der Turbine 4 bewirkt der Gesebwindigkeits- regler 6 über den Druckölschieber 35 und den Steuerschieber 37 ein vermehrtes Öffnen des Einlassventils 3, wodurch die Turbine 4 unverzüglich mehr Dampf erhält. Dadurch sinkt der Druck im Kessel 1.
Diese Druck- verminderung bewirkt über den Steuerschie ber 34 und den Servomotor 32 eine Bewe gung des By-pass-Ventils 21 in der Schliess richtung, wodurch sich die in den Dampf raum 17 einströmende Dampfmenge ver ringert. Die dadurch verursachte Druck verminderung im Dampfraum 17 hat über den Steuerschieber 43 und den Servomotor 45 die Bewegung des Umwälzventils 15 in der Schliessrichtung zur Folge, so dass die von der Umwälzpumpe 12 durch die Vor wärmer 13 geförderte Speisewassermenge kleiner wird.
Der Dampfdruck in der Lei tung 23 neigt zum Steigen, wodurch über den Regelschieber 41 und den Servomotor 40 das Entnahmeventil 24 in Tätigkeit tritt und die Drosselung des an der Anzapfstelle 25 entnommenen Heizdampfes verstärkt.
Auch in den Leitungen 26 und 27 steigt zu folge des verminderten Speisewasserdurch- flusses der Dampfdruck, so dass alle drei Entnahmedampfmengen reduziert werden und folglich mehr Dampf bis in den Kon densator 8 expandiert und die Turbine 4 eine demzufolge entsprechend grössere Leistung abgibt.
Die Speisung des Kessels 1 mit auf die endgültige Temperatur vorgewärmtem, dem Gleichdruckspeicher 11 entnommenen Speise wasser von. 214_ C bleibt aufrechterhalten. Infolge der verminderten, durch die Vorwär- mer 13 geförderten Speisewassermenge ge langt ein Teil des von der Kondensatpumpe 9 geförderten kalten Kondensates über die Leitung 10 in den Unterteil des Gleichdruck speichers, wodurch die Trenuschicht zwi schen kaltem und warmem Speisewasser ge hoben und der Speicher 11 entladen wird.
Nach Massgabe des Ladezustandsanzeigers vergrössert nun das Heizpersonal die Feuer intensität, so dass die im Kessel 1 erzeugte Frischdampfmenge vergrössert und ein neuer Beharrungszustand erreicht wird. Eine Ent lastung der Turbine wird in entsprechender Weise ausreguliert, wobei der Speicher 11 aufgeladen und durch Verminderung der Feuerintensität der neue Beharrungszustand erreicht werden kann.
Ist der mit der Turbine 4 gekuppelte Ge nerator an ein grosses, von weiteren Turbo einheiten gespeistes elektrisches Netz mit konstanter Frequenz geschaltet, so gestaltet sich die Ausregelung z. B. bei einer Ver grösserung der Dampferzeugung im Kessel 1 ohne Beeinflussung der Turbinenleistung folgendermassen: Der Druck im Kessel 1 steigt, wodurch das By-pass-Ventil 21 über den Steuerschieber 34 und den Servomotor 32 stärker öffnet.
Das mit dem By-pass-Ventil 21 verbundene Rückführgestänge 39 führt zwangläufig eine Auslenkung durch und bewegt das Einlass- ventil 3 zur Turbine 4 in der Offnungsrich- tung, und zwar in einem bestimmten, vom Übersetzungsverhältnis des Rückführgestän- ges 39 abhängigen Verhältnis. Durch die vermehrte Öffnung der Ventile 21 und 3 wird eine Drucksteigerung im Kessel 1 ver mieden.
Die über die Leitung 22 in den Dampfraum 17 des Speichers 11 strömende vergrösserte Frischdampfmenge bewirkt einen Druckanstieg im Raum 17, welcher ein ver mehrtes Öffnen des Umwälzventils 15 ver ursacht, so dass die von der Umwälzpumpe 12 geförderte Wassermenge steigt.
Die Kon- densatpumpe 9 bringt aber nicht wesentlich mehr Kondensat über die Leitung 10 heran, so dass aus dem untern Teil des Gleichdruck- speichers 11 Kaltwasser entnommen und zu sammen mit dem Kondensat durch die Vor wärmer 13, 13a gefördert wird: In den Lei tungen 23, 26, 27 sinkt der Dampfdruck, wodurch das Entnahmeventil 24 über den Regelschieber 41 und den Servomotor 40 mehr öffnet. Die an den drei Entnahmestel len 25, 28, 29 aus der Turbine 4 abströmen den Vorwärmedampfmengen vergrössern sich.
Die Bewegungen der über das Rückführ- gestänge 39 miteinander gekuppelten Ventile 21 und 3 lassen sich ohne Schwierigkeiten durch entsprechende Anordnung der Dreh punkte derart aufeinander abstimmen, dass die einer vergrösserten FrischJampfmenge an sieh entsprechende Leistungssteigerung in der Turbine 4 ausgeglichen wird durch eine gleichzeitige Vergrösserung der Anzapf- dampfmenge. Die vermehrte Frischdampf menge lässt -sich damit ausschliesslich zur Aufladung des Speichers 11 verwenden,
ohne dass die Turbine 4 zu einer höheren Lei stungsabgabe veranlasst -wird. Unter Beobach tung des sich erhöhenden Ladezustandes im Gleichdruckspeicher 11 kann die Feuer intensität im Kessel 1 verringert und ein neuer Beharrungszustand erreicht werden.
Wird umgekehrt die Dampferzeugung im Dampferzeuger 1 ohne Herabsetzung der Turbinenleistung verringert, anstatt erhöht, so leitet die Regeleinizchtung eine entspre chende Entladung des Speichers 11 ein, wel cher durch Erhöhung der Feuerintensität entgegenwirkt und ein neuer Beharrungs zustand erreicht werden kann.
Die Dampfkraftanlage gemäss der Erfin dung ist nicht auf die im Ausführungs- beispiel im einzelnen gezeigte Ausbildung beschränkt und kann daher zur Erzielung oder Verstärkung weiterer gewünschter Wir kungen mit entsprechenden Elementen, wie beispielsweise Grenzregler, Schnellschluss- ventile, automatische Kessel- und Feuerungs- regelungen usw., ausgerüstet sein.
Auch die Umwälzpumpe 12 und das LTmwälzregel- organ 15 könnten in ihrer Wirkung ersetzt sein durch eine Schaltung mit reb lb,a-ren Dreiweg- und andern Ventilen, welche vom Servomotor 43 an Stelle des Ventils 15 ge steuert sein könnten.
Es wäre ferner möglich, das Entnahme ventil 24 für den dem Vorwärmer 13a zuzu führenden Anzapfdampf, zusätzlich dem Geschwindigkeitsregler 6 der Turbine zu unterstellen, um dasselbe beim Auftreten eines positiven Laststosses noch rascher zum Schliessen zu bringen als durch die Einwir kung des By-pass-Ventils 21 und des Speise wasserumwälzventils 15 allein.
Das Tur- bineneinlassventil 3 könnte zusätzlich auch der Wirkung eines Admissionsreglers unter- worfen sein, der ein. zu starkes Absinken des Druckes im Kessel 1 bei ausgesteuertem Ventil 21 verhindern würde.
Das Ventil 21 könnte zusätzlich zu der Steuerung in Abhängigkeit vom Frisch dampfdruck auch von derFrischdampfmenge beeinflusst werden. Zu diesem Zweck könnte in der Leitung 2 in bekannter Weise eine Drosselblende angeordnet sein. Der Unter schied zwischen den Drücken vor und nach der Blende, der zugleich ein Mass für die durch die Blende durchströmende Dampf menge ist, kann als Impulsgeber für die Be einflussung des Ventils 21. verwendet werden.
Anstatt, wie dies zu der Abbildung be schrieben ist, nur eine Anzapfstelle durch ein Ventil zu beeinflussen, könnten selbst= verständlich auch mehrere Anzapfstellen steuerbar ausgebildet sein.