CH322433A

CH322433A - Verfahren zur Regelung der Zwischenüberhitzungs-Temperatur in einer Dampfkraftanlage

Info

Publication number: CH322433A
Authority: CH
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1954-01-28
Filing date: 1954-01-28
Publication date: 1957-06-15

Description

Verfahren zur Regelung der Zwischenüberhitzungs-Temperatur in einer Dampfkraftanlage Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Regelung der Zwischenüberhit- zungs-Temperatur in einer Dampfkraftan lage, in welcher der schon teilweise entspann te Dampf durch einen im Dampferzeuger direkt beheizten Zwischenüberhitzer wieder überhitzt wird, und auf eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Es sind bereits verschiedene Möglich keiten bekannt, um die Temperatur von zwischenüberhitztem Dampf auf einem ge wünschten Wert. zu halten. So verwendet man beispielsweise. Schwenkbrenner; mit deren Hilfe die Zone stärkster Erwärmung in dem Dampferzeuger verlagert werden kann. Eine Verschwenkung der Brenner hat aber gleichzeitig einen starken Einfluss auf sämt liche andern Heizflächen, so dass zusätzlich Regeleinrichtungen an andern. Stellen ein gebaut sein müssen. Insbesondere lassen sich. nicht zwei . Zwischenüberhitzer gleichzeitig durch die Schwenkbrenner regeln.

Man hat auch schon Zwischenüberhitzer in dem Rauch gaskanal in voneinander getrennten Zügen, welche durch Rauchgasklappen mehr oder. weniger stark verschlossen werden können, angeordnet. Hierbei soll die unterschiedliche Menge des durchtretenden Rauchgases die Temperaturregelung in den Zwischenüber- hitzern bewirken.

Diese Anordnung ist kost spielig und, erfüllt ihren Zweck bei modernen Anlagen nur unvollkommen, bei denen wegen des besseren thermischen Wirkungsgrades die Zwischenüberhitzer im Bereich der Strah- lungswärmeübertragung - also in oder nahe der Brennkammer - angeordnet sein müssen. Ein Einspritzen von Wasser in den Zwischen- überhitzer kommt nicht in Frage. Dies würde den thermischen Wirkungsgrad herabsetzen, weil das eingespritzte Wasser verdampft und erhitzt werden müsste, ohne dass es in dem Hochdruckteil der Turbinenanlage Arbeit leistet.

Ausserdem besteht bei dieser Methode die Gefahr von Überhitzer- und Turbinen versalzungen, Weiterhin kann man , den Zwischenüberhitzer aus zwei Teilen auf bauen und zwischen die Teile einen Dampfkühler schalten. Hierbei müssen allerdings für die Nutzung der Kühlwärme besondere Einrich- tungen oder Schaltungen vorgesehen werden.

Weiterhin ist vorgeschlagen worden, die Temperatur des. teilweise entspannten Damp fes zu regeln, indem einem direkt beheizten Zwischenüberhitzer ein indirekt beheizter Regulier-Zwischenüberhitzer vorgeschaltet wird. Derartige Regulier-Zwischenüberhitzer müssen aber grosse Abmessungen besitzen, um. in jedem Fall die noch fehlende-Wärme an den teilweise entspannten Dampf übertragen zu können.

Zudem benötigt man bei einer zweimaligen Wärmeübertragung - einerseits von einem Heizmedium auf einen@Wärme- träger und anderseits von diesem' Wärme träger auf den teilweise entspannten Dampf zweimal diese Heizfläche und auch. ein ent sprechend hohes Temperaturniveau des Heiz= mediums, so dass man sich nur in besonderen Fällen für die Verwendung eines solchen Regulier-Zwischenüberhitzers entschliessen wird.

Demgegenüber wird gemäss der erfin dungsgemässen Verfahren der entspannte Dampf mittels aus dem Dampferzeuger ent nommenem, noch nicht entspanntem Dampf bei einer Temperatur unterhalb eines vor bestimmten Sollwertes zusätzlich beheizt und bei einer Temperatur oberhalb dieses Soll wertes gekühlt.

Die Einrichtung zur Durch führung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher, welcher auf der einen Seite seiner Wärmeaustauschfläche in den Weg des teilweise entspannten Damp fes und auf der andern Seite seiner Wärme- austauscbfläche in den Weg des noch nicht entspannten Dampfes geschaltet ist.

Anschliessend wird das erfindungsgemässe Verfahren an Hand der Zeichnung erläutert, in der ein Beispiel für die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfah rens dargestellt ist.

In Fig. 1 ist eine Dampf ; kraftanlage dargestellt. Fig. 2 zeigt schema tisch in Form von'Diagrammen denn Tempe raturverlauf des noch nicht entspannten und des teilweise entspannten Dampfes über der Länge ihrer Heiz- bzw. Wärmeübertragungs- flachen.

Das Arbeitsmittel wird aus dem Konden sator 1 mittels der Kondensatpumpe 2 durch die Leitung 3 in den Speisewasserbehälter 4 gefördert. Von dort aus bringt die Speise ;

pumpe 5 das Arbeitsmittel auf Betriebsdruck und weiter durch die Zuleitung 6 in eine erste rauchgasbeheizte Heizfläche 7 - den Econo- miser, - danach in eine zweite Heizfläche 8, in der die Umwandlung von Wasser in Dampf stattfindet,

und anschliessend durch -eine Leitung 9 in eine dritte Heizfläche 10 - einen ersten Überhitzer. Von dort aus strömt min destens ein Teil des noch nicht entspannten Dampfes durch die Leitung 11 auf die eine Seite der Wärmeaustauschfläche des Wärme austauschers 12, weiter durch die Leitung 13 in die vierte Heizfläche 14 - den Endüber- hitzer - und schliesslich durch. die Leitung 15 in den llochdruckteil 16 einer Turbinen anlage.

Nach seiner teilweisen Entspannung gelangt der Dampf über die Leitung 17 und eine erste Teilheizfläche 18 des Zwischen- überhitzers auf die andere Seite der Wärme austauschfläche des Wärmeaustauschers 12, weiter in die zweite Teilheizfläche 19 des Zwischenüberhitzers und über die Leitung 20 in den Niederdruckteil 21 der Turbinenanlage, um schliesslich durch die Leitung 22 in den Kondensator 1 zurückzuströmen.

Der Hoch- druckteil 16 und der Niederdruckteil 21 der Turbinenanlage sitzen auf einer gemeinsamen Welle und treiben den elektrischen Generator 23 an.

Von der Zuleitung 6 zweigt eine Leitung 24 ab, welche sich in zwei Einspritzleitungen 25 und 26 aufteilt. Die Einspritzleitung 25 mün det in der Leitung 11 vor dem Wärmeaus- tauscher 12 und weist ein Durchflussregel- organ 27 auf, welches Regelimpulse von einer Temperaturmessstelle 28 am Ende der zwei ten Teilheizfläche 19 des Zwischenüberhitzers erhält.

Die zweite Einspritzleitung 26 mündet in der Leitung 13 hinter dem Wärmeaus- tauscher 12 und weist ein Durchflussregel- organ 29 auf, welehes in Abhängigkeit von zwei Temperaturmessstellen 30 und 31 be einflusst wird, welche in bekannter Weise vor und hinter dem Endüberhitzer 14 angeordnet sind.

Die Leitung 32, in der sich ein Drossel- Organ 33 befindet, verbindet unter Umgehung des Wärmeaustauschers 12 die dritte Reiz fläche 10 direkt mit der vierten Heizfläche-14 des Dampferzeugers, so dass ein Teil des noch nicht entspannten Dampfes unter Umgehung des Wärmeaustauschers 12 direkt in diese vierte Heizfläche 14 geleitet werden kann.

Das Drosselorgan 33 kann eine einfache Blende, ein Handverstellventil, ein Regel ventil oder dgl. sein. Auf diese Weise wird der Regelbereich für die Zwischenüberhitzungs- temperatur vergrössert. In ähnlicher Weise kann auch der Wärmeaustauscher 12 auf der andern Seite mit Hilfe einer Umgehungs leitung 34 vom teilweise entspannten Dampf umgangen werden, welche Leitung ebenfalls ein Drosselorgan 25 aufweist.

Hierdurch wird zwar der Regelbereich eingeschränkt, aber die Feinheit der Regelung kann gesteigert werden. In beiden Fällen kann aber der Druck abfall gesenkt werden, was insbesondere für den teilweise entspannten Dampf von Vorteil ist.

Um die Wirkungsweise des Wärmeaus- tauschers 12 sowie der für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Einrichtung zu erläutern, ist in Fig. 2 neben den aus der Fig. 1 übernommenen, schematisch gezeich neten Heiz- bzw. Wärmeaustauschflächen in den Diagrammen a, b und c der Temperatur verlauf des noch nicht entspannten Dampfes I und der Temperaturverlauf des teilweise entspannten Dampfes II dargestellt, die in einander entgegengesetzter Richtung strö men.

Je nach der Temperatur des noch nicht entspannten Dampfes I im Vergleich zu der des entspannten Dampfes II wirkt der noch nicht entspannte Dampf I als Heiz- oder Kühlmittel. Auch im letzteren Fall bleibt die Kühlwärme ohne einen zusätzlichen Auf wand innerhalb des Arbeitsmittelkreislaufes. Der Wärmeaustauscher 12 braucht nur eine geringe Grösse zu besitzen; trotzdem erlaubt die Plus-Minus-Regelung das Ausregeln eines grossen Temperaturbereiches.

Aus den Dia grammen ist auch zu erkennen, dass die Was sereinspritzung als eine der einfachsten be kannten Möglichkeiten zur Regelung der Dampftemperatur derart aufgeteilt ist, dass vordem Wärmeaustauscher 12 so viel Wasser eingespritzt wird, dass die Bedingungen für die Temperaturregelung des teilweise ent spannten Dampfes II erfüllt sind, und hinter dem Wärmeaustauscher 12 so viel,

dass die Temperatur des noch nicht entspannten Dampfes I den gewünschten Wert beim Aus tritt aus dem Erdüberhitzer 14 annimmt. Zum besseren Vergleich ist weiterhin in allen drei Diagrammen a, b und c einerseits die Temperatur des noch nicht entspannten Dampfes I in der Heizfläche 10 bzw. in der Heizfläche 14 des Dampferzeugers und ander seits die Temperatur des entspannten Damp fes am Austritt aus der zweiten Teilheizfläche 19 des Zwischenüberhitzers dieselbe, wobei diese Diagramme Betriebszustände nach Ausregelung einer Störung der letztgenann ten Temperatur darstellen.

In dem im Diagramm a dargestellten Betriebsfall soll die Zwischenüberhitzungs- temperatur des teilweise entspannten Damp fes II. einen vorbestimmten Sollwert haben. Eine zusätzliche Regelung mit Hilfe des Wär- meaustauschers 12 ist also nicht notwendig.

Die Wassereinspritzung durch die Leitung 25 wird deshalb so eingestellt, dass der aus dem Dampferzeuger-Rohrsystem entnommene, noch nicht entspannte Dampf I beim Eintritt in den Wärmeaustauscher 12 etwa die gleiche Temperatur besitzt wie der aus der Teilheiz fläche 18 des Zwischenüberhitzers in den Wärmeaustauscher 12 eintretende teilweise entspannte Dampf Il. Es findet also kein Wärmeaustausch statt, ganz im Gegensatz z.

B. zu einem indirekt beheizten Zwischen- überhitzer, welcher auch im Normalbetrieb den teilweise entspannten Dampf aufheizt. Nach Verlassen des Wärmeaustauschers 12 wird in den noch nicht entspannten Dampf I durch die Leitung 26 erneut Wasser einge spritzt, so dass er nach Verlassen des End- überhitzers 14 die gewünschte Temperatur besitzt.

In dem im Diagramm b dargestellten Betriebsfall ist vorausgesetzt, dass der teil weise entspannte Dampf II Untertemperatur besitzt. Mit einer geringeren Wassereinsprit zung durch die Leitung 25 wird die Tempera tur des noch nicht entspannten Dampfes I nur geringfügig herabgesetzt. Auf Grund dieser höheren Temperatur . des noch nicht entspannten Dampfes I wird der teilweise entspannte Dampf II im Wärmeaustauscher 12 zusätzlich beheizt und seine Temperatur kann so den gewünschten Sollwert erreichen.

Damit der wieder in den Dampferzeuger zurückgeführte, nicht entspannte Dampf I die Heizfläche 14 mit der gewünschten Tem peratur verlässt, muss auch in diesem Falle Wasser durch die Leitung 26 eingespritzt werden. Schliesslich. ist in dem im Diagramm c gezeigten Betriebsfall angenommen, dass der teilweise entspannte Dampf 1I Übertempera tur hat.

Eine starke Wassereinspritzung durch die Leitung 25 macht es möglich, die Tempe ratur des noch nicht entspannten Dampfes I beträchtlich herabzusetzen, so dass diesmal der teilweise entspannte Dampf II im Wärme- aüstauscher Wärme an den noch nicht ent spannten Dampf I abgibt und dadurch ab- gekühlt wird.

Wenn aber der noch nicht ent spannte und vom Wärmeaustauscher 12 über die Leitung 13 der vierten Heizfläche 14 zuströmende Dampf I inzwischen eine zu geringe Temperatur angenommen hat, so muss ihm zu seiner Temperaturerhöhung vor seinem Eintritt in die Heizfläche 14 ein Teil des von der dritten Heizfläche 10 kommenden, direkt in die vierte Heizfläche 14 geleiteten Dampfes durch die vor der Einspritzstelle in der Leitung 25 abzweigende Leitung 32 nach Öffnen des z.

B. von Hand verstellbaren Durchflussorgans 33 in dieser Leitung 32 zu gesetzt werden: Es kann überhaupt zweck mässig sein, die Öffnung des Durchflüssorgans 33 fest, beispielsweise von Hand, einzustellen, so dass durch die Umgehungsleitung 32 stän dig heisser Dampf, der nicht durch Wasser einspritzung und Wärmeabgabe im Wärme- austauscher 12 abgekühlt ist, dem abgekühl ten Dampf wieder beizumengen und die ge wünschten Dampftemperaturen durch die Wassereinspritzung einzuregeln.

Es ist unerheblich, ob die Dampfkraft anlage mit über- oder unterkritischem Druck betrieben wird. Das Verfahren kann in Ver bindung mit beliebigen Dampfkesseln ange wendet werden, seien es Zwangdurchlauf- Dampferzeuger oder- auf andere Weise be triebene Kessel. Auch als Kraftmaschine lässt sich ausser der Turbinenanlage jede beliebige, mittels Dampf antreibbare Maschinenanlage verwenden.

Es ist nicht unbedingt notwen dig, dass der Wärmeaustauscher 12 zwischen zwei Teilheizflächen 18, 19 des Zwischenüber- hitzers angeordnet ist, es genügt, ihn zwi schen zwei Teilen der Turbinenanlage, also beispielsweise vor oder hinter dem Zwischen- überhitzer einzubauen. Es können auch mehr als zwei Entspannungsstufen vorgesehen sein, so dass mehr als eine Zwischenüberhitzung notwendig wird.

Hierbei kann jede Zwischen- überhitzungs-Temperatur nach dem erfin- dungsgemässen Verfahren, es kann aber auch nur eine in dieser Weise und die übrigen nach einem beliebigen andern Verfahren, beispiels weise mit Hilfe von Schwenkbrennern, ge regelt werden. Im ersten Fall ist es von be sonderem Vorteil, die Wärmeaustauscher zwischen den einzelnen Entspannungsstufen auf der Seite des noch nicht entspannten Dampfes parallel zu schalten und jedem eine eigene Wassereinspritzung zuzuordnen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Regelung der Zwischen- überhitzungs-Temperatur in einer Dampf kraftanlage, in welcher der schon teilweise entspannte Dampf durch einen im Dampf erzeuger direkt beheizten Zwischenüberhitzer wieder überhitzt wird, dadurch gekennzeich- net, da ss der entspannte Dampf mittels aus dem Dampferzeuger entnommenem, noch nicht entspanntem Dampf bei einer Tempera tur unterhalb eines vorbestimmten Sollwertes zusätzlich beheizt und bei einer Temperatur oberhalb dieses Sollwertes gekühlt wird.

II. Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net durch einen Wärmeaustauscher, welcher auf der einen Seite seiner Wärmeaustausch fläche in den Weg des teilweise entspannten Dampfes und auf der andern Seite seiner Wärmeaustauschfläche in den Weg des noch nicht entspannten Dampfes geschaltet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in den noch nicht entspannten Dampf Wasser eingespritzt wird, bevor er den schon entspannten Dampf be einflusst. 2.

Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Wasserein spritzung von der Temperatur des zwischen überhitzten Dampfes beeinflusst wird. 3. "erfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass in den noch nicht entspannten Dampf nach Massgabe seiner Temperatur Wasser eingespritzt wird, nach dem er den schon entspannten Dampf be einflusst hat. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des noch nicht entspannten Dampfes den schon entspannten Dampf beeinflusst. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des schon entspannten Dampfes durch den noch nicht entspannten Dampf beeinflusst wird.

6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die vom teil weise entspannten Dampf bestrichene Seite. der Wärmeaustauschfläche des Wärmeaus tauschers zwischen zwei Teilheizflächen des direkt beheizten Zwischenüberhitzers an geordnet ist. 7.

Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die vom noch. nicht entspannten Dampf bestrichene Seite der Wärmeaustauschfläche des Wärmeaus- tauschers zwischen zwei Heizflächen des Dampferzeugers angeordnet ist.

B. Einrichtung nach Patentanspruch TI, gekennzeichnet durch eine Wassereinspritz- vorrichtung in der vom Dampferzeuger zum Wärmeaustauscher führenden Leitung für den noch nicht entspannten Dampf.

9. Eirichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine Wassereinspritz- vorrichtung in der vom Wärmeaustauscher zum Dampferzeuger zurückführenden Lei tung für den nochnicht entspannten Dampf. 10. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine den Wärmeaus- tauscher umgehende Leitung für den noch nicht entspannten Dampf und durch ein Drosselorgan in dieser Umgehungsleitung. 11.

Einrichtung nach Unteransprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung für den noch nicht ent spannten Dampf vor der Wassereinspritz- vorrichtung aus der vom Dampferzeuger zum Wärmeaustauscher führenden Leitung ab zweigt. 12. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine den Wärmeaus tauscher umgehende Leitung für den teil weise entspannten Dampf und durch ein Drosselorgan in dieser Umgehungsleitung.