Dampfkraftanlage mit Zwangdurchlauf-Dampferzeuger Das Patent bezieht sieh auf eine Dampf hraftanlage mit Zwangdui@ehlauf-Danipfer7eu- ger für einen über<B>150</B> a t, insbesondere über dem kritischen Druck liegenden Dampfdruck, hei welcher der Dampf in einer Turbine mit einem Hochdruck-, einem lIittelclruek- und einem Niederdruekteil entspannt wird,
wobei (Icr Dampf vor dem Eintritt in den Floeli- druckte!] zwei Zwischenüberhitzer beheizt, von denen der erste zwischen Hochdruck- und =1littelclruckteil und der zweite zwischen Mit- telclruek- und Niederdruekteil angeordnet ist.
1:s hat sieh als vorteilhaft erwiesen, Zwi- N < henüberhitzer in unmittelbarer Nähe der Turbinen anzuordnen. Da die Verbindungslei- tun--en zwischen den einzelnen Teilen der Turbine wesentlich verkürzt werden, sinkt aueli der Druckabfall in diesen Leitungen.
t-@erade der Druelzabfall des llitteldruck- hzw. Niederdruckdampfes wirkt sich aber Mark auf den Gesamtwirkungsgrad der An lage aus.
Zum Beheizen der Zwisehenüberhit- zer wird im allgemeinen der Nutzdampf selbst ver enchca, der naeh seiner ersten Überhitzung im Kessel durch den ersten Zwisehenüberhit- zer,
nach einer zweiten Überhitzung im Kes sel durch den zweiten Zwisehenüberhitzer und schliesslich nach einer Endüberhitzung ]irr Kessel in den Ilochdrtiekteil der Turbine strömt. Obwohl. man bereits gegenüber einer direkten Zwisehenüberliitzung des teilweise entspannten Dampfes im Dampferzeuger be- träehtlicli an Raum und Material spart, da.
die Leitungen für den Hochdruckheizdampf mit. wesentlich geringeren Querschnitten aus geführt. werden können, sind doch für die Beheizung der Zwischenüberhitzer insgesamt vier Leitungen - nämlich zwei Zuführungs- und zwei Rückführungsleitungen - erforder lich.
Demgegenüber liegen gemäss der Erfin- dung beide Zwisehenüberhitzer auf der Pri märseite in parallel geschalteten Leitungen, die einen gemeinsamen Zuführungsstrang so wie einen gemeinsamen Rückführungsstrang besitzen. Die Erfindung beruht auf einer Tat sache, die bisher nicht beachtet worden ist, nämlich dass die Wärmekapazität des Damp fes - also diejenige Wärmemenge,
die ein Gewichtsteil Dampf bei einer bestimmten Temperaturerhöhung aufnehmen und bei einer entsprechenden Temperatursenkung wieder abgeben kann - bei höheren Drücken grösser ist als bei tieferen Drücken und dass sie bei überkritischen Drücken mit steigender Tem peratur einem Höchstwert zustrebt und dann später wieder abnimmt.. Es ist, also ohne Schwierigkeiten möglielr,
jeweils mit einem Teil des Hoelidruekdampfes die gesamte ]]enge des teilweise entspannten Dampfes in einem Zwischenüberhitzer in dem gewünsch ten Masse zu überhitzen.
In neuerer Zeit werden Dampfkraftanla gen mit überkritischem Druck betrieben. Auf der I-Iochdruckseite der Zwisehenüberhitzer und bei den entsprechenden Zu- und Rück- leitengen müssen also Rohre mit sehr dicken )ff andstärken verwendet werden, was die Ma- terialkosten wesentlich erhöht.
Lm den Wir kungsgrad der Anlage zu steigern, empfiehlt es sich weiterhin, mit höheren Dampftempera turen zu arbeiten, insbesondere mit solchen Temperaturen, bei welchen keine ferritischen, sondern nur noch austenitisehe Stähle verwen det werden können. Da. diese Stähle aber um ein -Mehrfaches teurer sind als die gewöhn lichen ferritischen Stähle, erhöhen sich die Anlagekosten sehr stark.
Gerade bei diesen Temperaturen und bei diesen Drücken besitzt aber der Dampf eine mit Vorteil nutzbare Wärmespeielierfähigkeit. Wenn nun also ge mäss der Erfindung nur zwei Leitungen gegen über den bisher verwendeten vier Leitungen zwischen dem Kessel und den Zwisehenüber- hitzern benötigt werden, so können die Kosten für diesen Anlageteil nahezu auf die Hälfte gesenkt werden. Weiterhin ergibt sieh auch ein wesentlich kleinerer Druckabfall, was bei Dampfkraftanlagen mit grossen Leistungen besonders ins Gewicht fällt.
jeder Zwisehenüberhitzer kann in einen Abschnitt aus austenitisehem Stahl auf der Seite höherer Temperatur und in einen Ab- schnitt aus ferritisehem Stahl auf der Seite geringerer Temperatur unterteilt sein. Es ist. klar, dass die Temperatur des Dampfes stär ker abfällt, wenn nur eine Teilmenge statt der gesamten Menge des Dampfes durch einen Zwischenüberhitzer geleitet. wird.
Der stär kere Temperaturabfall bewirkt. aber, dass die jenige Temperatur, unterhalb welcher ferri- tische Stähle verwendet. werden können, eher erreicht wird. In den meisten Fällen braucht. demnach mir die Zuleitung und ein Teil eines jeden Zwischenüberhitzers aus austenitisehen Stählen zu bestehen.
Die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes kann mit Hilfe einer Umgehungslei tung, welche jeweils die Sekundärseite eines Zwischenüberhitzers überbrückt, und eines Durchfluss-Regelorgans in dieser Leitung ein gestellt werden. Es empfiehlt sieh, ein wei teres Durehfluss-Regelorgan in mindestens eine der parallel geschalteten Leitungen einzu- bauen, damit die Aufteilung des Hochdruck dampfes auf die beiden Zwisehenüberhitzer in beliebiger Weise geschehen kann.
Vorzugs weise ist das Dtirelifluss-Regelorgan nicht vor, sondern hinter einem der Zwisehenüberhit- zer angeordnet, weil es, dort. aus ferritischem Stahl \hergestellt sein kann.
Weiterhin soll dieses Durchfluss-Regelorgan niögliehst hin ter dem Niederdriiekz-,visehenüberhitzer ein- ,rebaut sein, da dort eine geringere Dampf menge geregelt. werden niuss und da die Tem peratur des Hochdruckdampfes dort den ge ringsten Wert besitzt.
-Weiterhin ist. es vorteilhaft, Einrichtun- gen einzubauen, mit deren Hilfe mindestens dem llitteldruckteil Dampf entnommen wer den kann, der in Speisewasservorwärmer ge leitet wird. Auf diese Weise verringert sieh die den zweiten Zwischenüberhitzer durehstrii- inende Dampfmenge, wodurch die #NVärme- übeilragung noch verbessert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gedankens wird an Hand der Fig.1 der Zeieli- nung näher erläutert. In Fig. ? ist der Tem peraturverlauf über der Länge der Heizflä chen der beiden dampfbeheizten Zwischen überhitzer dargestellt.
Aus dem Kondensator 1 wird das Arbeits mittel mit. Hilfe der Kontlensatpumpe \? durch die Leitung 2) und die Speisewasservorwärmer -l, 5 und 6 in den Speisewasserbehälter 7 ---e- fördert. Eine Speisepumpe 8 bringt das Ar beitsmittel auf den Betriebsdruck. Es fliesst dann durch die Leitung 9 und die Speise wasserv orwärmer 10,<B>11.</B> und 12 in den Dampf kessel 13.
Nach dem Verlassen des ersten Überhitzers 14 strömt, es durch die Zufüh- rungsleitung 15 in die beiden parallel ge schalteten Leitungen 16 und 17, an welche die Primärseiten des ersten Zwisehenüberhit- zers 18 bzw. des zweiten Zwischenüberhitzers 19 angeschlossen sind. Die beiden Zwischen überhitzer bestehen auf der Seite höherer Tem peratur aus einem austenitischen Teil 18a bzw. 19a. und auf der Seite niedrigerer Tem peratur aus einem ferritisehen Teil 18b bzw.
19b, Die Parallelleitungen 16 und 17 vereini gen sieh hinter den Zwisehenüberhitzern zii einer Rückführungsleitung 20, durch die das Medium in den Endüberhitzer 21 strömt. Über das Dampfventil 22 und durch die Lei- tun,r 23, weiter über das Ventil 24 und das Sehnellsehlussventil 25 gelangt das Arbeits- niit.tel in den Hochdruckteil 26 der Turbine.
Es durchströmt die Leitung 27, wird auf der Sekundärseite des ersten Zw isehenüberhitzers 18 wieder erhitzt und gelangt über das Ventil in den 1Titteldruekteil 29 der Turbine.
.\nsehliessend durchströmt es die Leitung 30, wird auf der Sekundärseite des zweiten Zwi- sehenüberhitzers 19 erneut auf eine höhere Temperatur gebracht und gelangt schliesslich über das Ventil 31 in den Niederdruekteil 32 der Turbine, von wo ans es über die Leitung 33 in den Kondensator 1 zurückfliessen kann.
Die aus dem Hoehdruekteil 26, dem Mit- 1.eldruekteil 29 und dem Niederdr tiekteil 32 bestehende Turbine treibt einen Generator 34 an. Von dem Hochdruckteil 26, dem Mittel- druelkteil 29 und dem Niederdruckteil 32 füh ren Anzapfdampfleitungen 35 zu den Speise wasservorwärmern 4, 5, 6, 10, 11, 12 und in den Speisewasserbehälter 7.
Das in den Speise- wasserv orwärmern 10. 11 und 12 kondensierte Arbeitsmittel wird über die Leitungen 36 in den Speisewasserbehälter 7 geführt; das in den Speisewasservorwärmern 4, 5 und 6 kon densierte Arbeitsmittel über die Leitungen 37 in den Kondensator.
Zur Regelung der Temperatur des zwi schenüberhitzten Dampfes kann durch die Umgehungsleitungen 38 und 39 jeweils ein Teil des Dampfes an den Zwischenüberhitzern 18 bzw. 19 vorbeigeleitet werden. Die Menge dieses umgeleiteten Dampfes wird mit. Hilfe der Durehfluss-Regelorgane 40 bzw. 41 ge regelt.. Die Aufteilung des Hoehdruekheiz- dampfes auf die beiden Zwisehenüberhitzer 18 und 19 geschieht mit Hilfe eines Durch fluss-Regelorgans 42 in der Parallelleitung 17 hinter dem Zwischenüberhitzer 19.
Um den Anfahrv organg zu beschleunigen, ist noch ein Bypassventil 43 und eine Bypass- leitung 44 vorgesehen, über die der Hoch- clruelzclampf unter LTmgehtmg der Turbine in den Kondensator abgeblasen werden kann. Auf diese Weise können sämtliche übrigen Anlageteile einschliesslich der dampfbeheiz ten Zwischenüberhitzer vor dem Anlassen der Turbine auf die Betriebstemperatur gebracht werden.
Zum Abkühlen des durch die Lei tung 44 strömenden Arbeitsmittels ist ein Einspritzkühler 45 eingebaut., durch den Was ser über die Leitung 46 und das Ventil 47 in das dem Kondensator zuströmende Arbeits mittel eingespritzt werden kann.
In Fig. 2 ist der Temperaturverlauf t über der Länge<B>11</B> der Heizfläche des ersten Zwi- sehenüberhitzers 18 und über der Länge 12 des zweiten Zwischenüberhitzers 19 darge stellt, wobei die Länge jeweils von der Ein trittsseite des Ilochdriiekheizdampfes her ge messen wird. Die Temperatursenkung des Hochdruckheizdampfes auf der Primärseite des ersten Zwischenüberhitzers 18 wird durch die Kurve a und auf der Primärseite des zweiten Zwischenüberhitzers 19 durch die Kurve b dargestellt.
Entsprechend zeigt die Kurve c den Temperaturanstieg des dem Hoehdruekheizdampf entgegenströmenden Ar beitsmittels auf der Sekundärseite des ersten Zwisehenüberhitzers 18 und die Kurve d den Temperaturanstieg des Arbeitsmittels auf der Sekundärseite des zweiten Zwischenüberhit- zers 19. Die Höhe der Temperatur, oberhalb welcher nur noch austenitisches Material ver wendet werden darf, ist mit taust bezeichnet.
Die Eintrittstemperatur des Hochdruck lieizdampfes in beiden Zwischenüberhitzern ist die gleiche. Auch die Temperatur des die Zwisehenüberhitzer auf der Sekundärseite verlassenden Dampfes soll etwa gleich sein. Ausserdem -wird angestrebt, dass die Tempera turdifferenz zwischen Primär- und Sekundär seite der Zwischenüberhitzer ungefähr über die gesamte Länge konstant bleibt.
Da sieh der Dampf bei der Entspannung im Mitteldruck teil 29 stärker abkühlt als bei seiner Entspan nung im Hochdruckteil 26, muss der Dampf im zweiten Zwisehenüberhitzer 19 stärker er hitzt werden als der Dampf im ersten Zwi- schenüberhitzer 18. Trotzdem ist. für die Er hitzung des Niederdruekdampfes im Zwischen überhitzer 19 eine wesentlich geringere Heiz- dampfmenge notwendig als für die kleinere Temperaturerhöhung des Mitteldruekdampfes im Zwischenüberhitzer 18.
Dies liegt zum Teil daran, dass aus dem Mitteldruckteil ?9 bereits etwas Dampf für die Speisewasser- vorwärmung in den Vorwärmern 11 und 12 entnommen worden ist. Von grösserer Bedeu tung ist jedoch die Tatsache, dass die spe zifische Wärme des Niederdruckdampfes be deutend kleiner ist als die des Hochdruck dampfes und auch als die des Mitteldruck dampfes.
Man braucht dem Niederdruek- dampf also nur eine geringere Wärmemenge zuzuführen als dem Mitteldinickdampf, um die gleiche oder eine grössere Temperaturerhö hung zu erzielen.
Der stärkere Temperaturabfall im zweiten Zwischenüberhitzer 19 hat noch den weiteren Vorteil, dass eine grössere Länge der Heiz fläche dieses Zwischenüberhitzers aus ferri- tischem Material ausgeführt werden kann. Die gefährdete, aus austenitischem Material herzustellende Zone ist schraffiert gezeichnet. Sie beträgt in diesem Beispiel bei dem ersten Zwischenüberhitzer 18 etwa die Hälfte der Heizflächenlänge und im zweiten Zwischen- überhitzer 19 ein Drittel der Länge der Heiz fläche.
Der durch die Leitung 20 zui-iiekströ- meilde Hochdruckdampf hat eine Temperatur, die sich aus der Mischung einer grösseren Dampfmenge höherer Temperatur aus dem Zwischenüberhitzer 18 mit einer kleineren Dampfmenge geringerer Temperatur aus dein Zwischenüberhitzer 19 einstellt.
Steam power plant with once-through steam generator The patent relates to a steam power plant with Zwangdui @ ehlauf-Danipfer7eu- ger for a steam pressure above <B> 150 </B> at, in particular above the critical pressure, which means that the steam is in a turbine a high pressure, a medium pressure and a low pressure part is released,
whereby (Icr steam before entering the floel pressure!) heats two reheaters, of which the first is arranged between the high pressure and medium pressure part and the second between the medium pressure and low pressure part.
1: s has proven to be advantageous to arrange intermediate superheaters in the immediate vicinity of the turbines. Since the connecting lines between the individual parts of the turbine are significantly shortened, the pressure drop in these lines also decreases.
t- @ erade the pressure drop of the medium pressure hzw. However, low-pressure steam has an impact on the overall efficiency of the system.
To heat the secondary superheater, the useful steam itself is generally ver enchca, which after its first superheat in the boiler by the first secondary superheater,
after a second overheating in the boiler by the second secondary superheater and finally after a final overheating] the boiler flows into the Ilochdrtiekteil of the turbine. Even though. compared to a direct overlap of the partially relaxed steam in the steam generator, a considerable amount of space and material is saved because.
the lines for the high-pressure heating steam with. out of much smaller cross-sections. a total of four lines - namely two supply and two return lines - are required for heating the reheater.
In contrast, according to the invention, the two intermediate superheaters are located on the primary side in lines connected in parallel, which have a common supply line and a common return line. The invention is based on a fact that has not yet been taken into account, namely that the heat capacity of the steam - i.e. the amount of heat
which can absorb a part by weight of steam at a certain temperature increase and release it again at a corresponding temperature decrease - is greater at higher pressures than at lower pressures and that at supercritical pressures it approaches a maximum value with increasing temperature and then decreases again later. so possible without difficulties,
each with a part of the Hoelidruekdampfes to superheat the entire]] tightness of the partially relaxed steam in a reheater to the desired extent.
More recently, steam power plants are operated with supercritical pressure. On the high pressure side of the intermediate superheater and with the corresponding supply and return lines, pipes with very thick and thick pipes must be used, which significantly increases the material costs.
In order to increase the efficiency of the system, it is also advisable to work with higher steam temperatures, in particular with temperatures at which only austenitic steels can be used instead of ferritic steels. There. However, if these steels are several times more expensive than the usual ferritic steels, the investment costs increase significantly.
At these temperatures and at these pressures, however, the steam has an advantageous heat storage capacity. If, according to the invention, only two lines are now required compared to the four lines previously used between the boiler and the intermediate superheaters, the costs for this part of the system can be reduced by almost half. Furthermore, there is also a much smaller pressure drop, which is particularly important in steam power plants with high outputs.
each intermediate superheater can be divided into a section made of austenitic steel on the higher temperature side and a section made of ferritic steel on the lower temperature side. It is. It is clear that the temperature of the steam drops more if only a portion instead of the entire amount of steam is passed through a reheater. becomes.
The stronger temperature drop causes. but that the temperature below which ferritic steels are used. can be achieved sooner. In most cases it needs. accordingly to consist of austenitic steels for me the supply line and a part of each reheater.
The temperature of the reheated steam can be set with the help of a bypass line, which bridges the secondary side of a reheater, and a flow control element in this line. It is advisable to install a further flow control element in at least one of the lines connected in parallel so that the high pressure steam can be split between the two intermediate superheaters in any way.
The Dtireli River regulating element is preferably not arranged in front of but behind one of the secondary superheaters because it is there. made of ferritic steel \.
Furthermore, this flow regulating device should not be installed behind the low-pressure, vise superheater, since a smaller amount of steam is regulated there. niuss and because the temperature of the high pressure steam has the lowest value there.
-Continue is. It is advantageous to install devices with the help of which steam can be extracted from at least the medium-pressure part, which is fed into the feed water preheater. In this way, the amount of steam passing through the second reheater is reduced, as a result of which the heat transfer can be further improved.
An embodiment of the inventive concept is explained in more detail with reference to FIG. 1 of the drawing. In Fig. the temperature curve is shown over the length of the heating surfaces of the two steam-heated intermediate superheaters.
From the capacitor 1 is the working medium with. Help of the Kontlensat pump \? through line 2) and the feedwater preheater -l, 5 and 6 in the feedwater tank 7 --- e- promotes. A feed pump 8 brings the working medium to the operating pressure. It then flows through the line 9 and the feed water preheaters 10, 11, and 12 into the steam boiler 13.
After leaving the first superheater 14, it flows through the supply line 15 into the two parallel lines 16 and 17 to which the primary sides of the first intermediate superheater 18 and the second intermediate superheater 19 are connected. The two intermediate superheaters consist of an austenitic part 18a and 19a on the higher temperature side. and on the lower temperature side of a ferritic part 18b or
19b, The parallel lines 16 and 17 combine, behind the intermediate superheaters, to a return line 20 through which the medium flows into the final superheater 21. Via the steam valve 22 and through the pipe, r 23, further via the valve 24 and the Sehnellsehlussventil 25, the working device reaches the high pressure part 26 of the turbine.
It flows through the line 27, is heated again on the secondary side of the first intermediate superheater 18 and passes through the valve into the central pressure part 29 of the turbine.
It then flows through the line 30, is brought to a higher temperature again on the secondary side of the second intermediate superheater 19 and finally reaches the low-pressure part 32 of the turbine via the valve 31, from where it via the line 33 into the condenser 1 can flow back.
The turbine consisting of the high pressure part 26, the central pressure part 29 and the low pressure part 32 drives a generator 34. From the high pressure part 26, the medium pressure part 29 and the low pressure part 32 bleed steam lines 35 lead to the feed water preheaters 4, 5, 6, 10, 11, 12 and into the feed water tank 7.
The working medium condensed in the feed water heaters 10, 11 and 12 is fed via the lines 36 into the feed water tank 7; the working fluid condensed in the feed water preheaters 4, 5 and 6 via the lines 37 into the condenser.
To regulate the temperature of the interim superheated steam, a portion of the steam can be directed past the reheaters 18 and 19 through the bypass lines 38 and 39. The amount of this diverted steam will be with. The distribution of the high-pressure heating steam between the two intermediate superheaters 18 and 19 takes place with the aid of a flow control element 42 in the parallel line 17 downstream of the intermediate superheater 19.
In order to accelerate the start-up process, a bypass valve 43 and a bypass line 44 are also provided, via which the high-pitched cluck can be blown off into the condenser while the turbine is running. In this way, all other parts of the system, including the steam-heated reheater, can be brought to operating temperature before the turbine is started.
To cool the working medium flowing through the line 44, an injection cooler 45 is installed. Through which water can be injected into the working medium flowing into the condenser via the line 46 and the valve 47.
2 shows the temperature profile t over the length 11 of the heating surface of the first intermediate superheater 18 and over the length 12 of the second intermediate superheater 19, the length in each case from the inlet side of the Ilochdriiek heating steam is measured. The temperature reduction of the high-pressure heating steam on the primary side of the first reheater 18 is shown by curve a and on the primary side of the second reheater 19 by curve b.
Correspondingly, curve c shows the temperature rise of the working medium flowing in the opposite direction to the high pressure heating steam on the secondary side of the first intermediate superheater 18 and curve d the temperature rise of the working medium on the secondary side of the second intermediate superheater 19. The level of temperature above which only austenitic material is used may be turned is denoted by taust.
The inlet temperature of the high pressure hot steam in both reheaters is the same. The temperature of the steam leaving the secondary superheater on the secondary side should also be approximately the same. In addition, the aim is for the temperature difference between the primary and secondary side of the reheater to remain approximately constant over the entire length.
Since the steam cools down more strongly when it is released in the medium pressure part 29 than when it is released in the high pressure part 26, the steam in the second intermediate superheater 19 has to be heated more than the steam in the first intermediate superheater 18. For heating the low-pressure steam in the intermediate superheater 19, a significantly smaller amount of heating steam is required than for the smaller temperature increase of the medium-pressure steam in the intermediate superheater 18.
This is partly due to the fact that some steam for the feed water preheating in the preheaters 11 and 12 has already been taken from the medium pressure part? 9. Of greater importance, however, is the fact that the specific heat of low-pressure steam is significantly smaller than that of high-pressure steam and also that of medium-pressure steam.
You only need to add a smaller amount of heat to the low-pressure steam than to the medium-thick steam in order to achieve the same or a greater increase in temperature.
The greater temperature drop in the second reheater 19 has the further advantage that a greater length of the heating surface of this reheater can be made of ferritic material. The endangered zone to be produced from austenitic material is shown hatched. In this example, it is approximately half the length of the heating surface in the first reheater 18 and a third of the length of the heating surface in the second reheater 19.
The high-pressure steam, which is mildly flowing through the line 20, has a temperature which is established by mixing a larger amount of steam at a higher temperature from the reheater 18 with a smaller amount of steam at a lower temperature from the reheater 19.