CH625015A5

CH625015A5 -

Info

Publication number: CH625015A5
Application number: CH1174677A
Authority: CH
Inventors: Maurice Dr Bodmer
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-09-26
Filing date: 1977-09-26
Publication date: 1981-08-31
Also published as: DE2748605C3; DE2748605A1; US4237691A; DE2748605B2; FR2404103A1; FR2404103B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen wasserlöslicher Verunreinigungen aus dem Arbeitsmittel einer Kraft-werks-Dampfturbinenanlage.

Derartige Verfahren sind insbesondere erforderlich bei Dampfturbinenanlagen, die mit einem Dampferzeuger arbeiten, der nicht abschlämmbar ist und bei denen infolgedessen die in den Kreislauf ein- und auftretenden äusseren respektive inneren Verunreinigungen (beispielsweise Kühlwassereinbrüche oder verunreinigtes Zusatzwasser respektive Schlupf der Kondensatreinigungsanlage oder Schmutz aus dem Kreislauf) in die Dampfturbine und deren Zusatzgeräte gelangen. Es sind Schadenfälle bekannt, bei denen Anlageteile durch Spannungsrisskorrosion oder sonstige chemische Einflüsse zerstört worden sind, welche auf derartige Verunreinigungen zurückzuführen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, bestehende Anlagen und neu zu konzipierende Anlagen so zu verbessern, dass ein Teil der eingangs genannten Verunreinigungen auf einfache Art und kontinuierlich während des Betriebes der Anlage dem Kreislauf entzogen werden können.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass anlässlich der Entspannung nach Durchqueren des Gebietes der «Wilson-Linie» der Turbine Dampf entzogen wird und die in ihm enthaltene Nässe, welche in stark konzentrierter Form Verunreinigungen enthält, abgeschieden wird, worauf der getrocknete Dampf zur weiteren Energieabgabe wieder in den Kreislauf eingeführt wird.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass bereits bestehende Anlagen nicht abgeändert, sondern lediglich durch relativ geringen Aufwand ergänzt werden müssen, dabei jedoch beträchtlich an Betriebssicherheit dazu-gewinnen. Letzteres gilt auch für neu zu erstellende Anlagen, wobei zudem die neuen Erkenntnisse bereits bei der örtlichen Festlegung der Dampfentnahmestellen berücksichtigt werden können, somit eine Optimierung des Dampfprozesses und der Verunreinigungsausscheidung durchführbar ist.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erläutert. Das gezeigte Anlagenschema ist stark vereinfacht; erfindungsunwesentliche Elemente wie beispielsweise der Generator, die Anzapfungen der Niederdruckturbine, Teile der Niederdruckvorwärmer-

Kolonne, die Regel- und Steuerapparate und dergleichen sind nicht dargestellt. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums ist mit Pfeilen bezeichnet.

Mit 1 ist ein Dampferzeuger bezeichnet, im gewählten Beispiel ein Zwangsdurchlaufkessel ohne Abschlämmungsmög-lichkeit. Bekanntlich können derartige Kessel nur mit Speisewasser hoher Qualität arbeiten. Schwach überhitzter Dampf gelangt durch die Frischdampfleitung 2 in die Hochdruckturbine 3 und expandiert dort unter Energieabgabe.

Die Expansion im Nassdampf gebiet würde ohne Gegen-massnahme auf unzulässig hohe Wasseranteile im Dampf führen, weshalb in die Überströmleitung 4 ein Wasserabschneider 5 angeordnet ist. Der darin getrocknete Dampf wird anschliessend zwecks Verminderung der Endnässe zweistufig aufgezeigt, zunächst in einem ersten Zwischenüberhitzer 6 mit Entnahmedampf, der in der Hochdruckturbine 3 bereits Arbeit abgegeben hat, dann in einem zweiten Zwischenüberhitzer 7 mit Frischdampf.

Der nunmehr überhitzte Dampf entspannt sich in der meist mehrflutigen Niederdruck-Turbine 8 und wird dann im Kondensator 9, im gezeigten Fall ein Oberflächenwärmeaustauscher, kondensiert. Das Rohkondensat wird mit der Kondensatpumpe 10 durch die Hauptkondensatleitung 11 in die Kondensatreinigungsanlage 12 gefördert. Im gezeigten Beispiel besteht diese aus drei parallel geschalteten Mischbettfiltern, die je nach Erschöpfungsgrad zu- oder abgeschaltet werden können. Das Reinkondensat durchströmt hierauf als Kesselspeisewasser die nur teilweise dargestellte Niederdruck-Vorwärmerkolonne (Niederdruckvorwärmer 13) über die Speisewasserleitung 36. Die Speisewasserpumpe 14 befördert das Kondensat durch einen ersten und einen zweiten Hochdruckvorwärmer 15 respektiv 16 zum Dampferzeuger 1.

Der dem Kessel am nächsten liegende Hochdruckvorwär-mer 16 wird über eine erste Anzapfleitung 17 teilweise mit Dampf beheizt, welcher der Hochdruckturbine 3 an ihrer ersten Anzapfstelle entnommen wird. Dieser Heizdampf hat nach Durchströmen des Hochdruckvorwärmers 16 noch genügend Wärmeinhalt zur Beheizung des Hochdruckvorwärmers 15 und wird diesem über die Verbindungsleitung 19 zugeführt.

Aus der zweiten, stromabwärts der ersten gelegenen Entnahmestelle der Hochdruckturbine 3 wird über die Anzapfleitung 18 dem Ueberhitzer 6 Dampf zum Beheizen des im Wasserabscheider 5 getrockneten Dampfes zugeführt. Dieser Heizdampf wird nach Abgabe eines Teils seines Wärmeinhaltes noch benutzt, um das Speisewasser im Hochdruckvorwärmer 15 aufzuheizen; hierzu wird er über die Verbindungsleitung 20 gefördert.

Die dritte Entnahmestelle der Hochdruckturbine 3 ist über die Verbindungsleitung 21 mit dem Hochdruckvorwärmer 15 verbunden, welcher somit zur Vorwärmung des Hochdruckspeisewassers von drei verschiedenen Dampfleitungen beaufschlagt wird.

Ein Teil des Frischdampfes wird zur Ueberhitzung in zweiter Stufe des im Wasserabscheider 5 getrockneten Dampfes herangezogen. Die danach verbleibende Wärme gibt der Heizdampf teilweise im Hochdruckvorwärmer 16 ab, wozu dieser mit einer Verbindungsleitung 22 zum Ueberhitzer 7 versehen ist.

Aus der letzten Entnahmestelle der Hochdruckturbine 3 wird Abdampf über die Verbindungsleitung 23 zum Niederdruckvorwärmer 13 befördert, wo er zum Aufheizen des Reinkondensates dient.

Soweit sind Turbinenanlagen und Verfahren zu deren Betreiben bekannt. Ferner ist es bekannt, zumindest die in der eigentlichen Hochdruckschleife anfallenden Kondensate vor-wärtszupumpen, d.h. diese werden in der Regel vor der Speisewasserpumpe 14 in die Speiseleitung 36 eingeführt, zirkulieren demnach ausschliesslich in der Hochdruckschleife und werden s

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infolgedessen nicht der Aufbereitung in der Kondensatreinigungsanlage 12 unterzogen.

Im gezeigten Beispiel setzt sich dieses vorwärtsgepumpte Kondensat aus drei Teilströmen zusammen. Zum ersten handelt es sich um den im Niederdruckvorwärmer 13 niederge- s schlagenen Heizdampf, zum zweiten um den im Hochdruckvorwärmer 15 niedergeschlagenen Heizdampf und zum dritten ist es das im Wasserabscheider 5 angefallene Kondensat. Die drei Teilmengen werden aus dem entsprechenden Apparat über ihnen zugeordnete Nebenkondensatleitungen 24, 25, 26 io einem Kondensatbehälter 27 zugeführt und von dort mit der Pumpe 28 in die Speiseleitung 36 gefördert.

Hauptquelle für wasserlösliche Verunreinigungen des Speisewassers ist die Kondensatreinigungsanlage, die in Abhängigkeit ihres Erschöpfungsgrades einen gewissen Ionenschlupf îs aufweist. Dadurch gelangen Elektrolyte, insbesondere Natriumhydroxid und Natriumchlorid in den Kreislauf. Nachdem bestimmte Dampferzeuger (beispielsweise Zwangsdurchlaufdampferzeuger von Nuklearanlagen oder mit fossilen Brennstoffen befeuerte Zwangsdurchlaufkessel) keine Abschläm- 20 mungsmöglichkeiten haben, können derartige Verunreinigungen dem Kondensat nur in der mit Ionenaustausch arbeitenden Reinigungsanlage entzogen werden. Nachdem jedoch ein beträchtlicher Teil des gesamten Arbeitsmittels durch das Vorwärtspumpen nicht in die Kondensatreinigungsanlage 2s gelangt, von dieser jedoch ständig neue Verunreinigungen ausgehen, ist eine stets zunehmende Konzentration der Verunreinigungen in der Hochdruckschleife die zwangsläufige Folge.

Abhilfe wäre möglich, wenn auf das Vorwärtspumpen verzichtet würde und die entsprechenden Kondensate kaskadiert 30 und in der Kondensatreinigungsanlage aufbereitet würden.

Dies hätte jedoch einen oder mehrere sehr aufwendige Rçku-perativwärmeaustauscher zur Folge, um die in der Regel mehr als 200°C warmen Kondensate auf weniger als 50°C abzukühlen. Bei höheren Temperaturen findet nämlich eine gewisse 3s Zersetzung der Anionenaustauschharze statt, wodurch ein einwandfreies Arbeiten der Kondensatreinigungsanlage über längere Zeitperioden hinweg in Frage gestellt wäre. Letztere müssten überdies für praktisch das gesamte, in der Anlage anfallende Kondensat ausgelegt werden, d.h. gegenüber Anla- 40 gen mit «Vorwärtspumpen» müsste für ungefähr 50% mehr Kondensat zusätzlich Austauschkapazität vorgesehen werden oder aber die bestehende Reinigungsanlage würde vom gesamten Kondensat mit entsprechend höherer Geschwindigkeit durchströmt werden, wodurch zum einen der gewünschte 45 Reinheitsgrad eventuell nicht erzielt wird und zum anderen die Harze schneller erschöpfen, d.h. öfters regeneriert werden müssten.

Gemäss der Erfindung kann eine bereits bestehende Anlage folgendermassen verbessert werden. Ausgegangen wird von so der Ueberlegung, dass in der Hochdruckturbine während der Expansion des leicht überhitzten Dampfes bei der Ueber-schreitung der Sättigungslinie der Dampf sich nach wie vor so verhält, als wäre er überhitzt, da er sich zunächst in instabilem

Zustand befindet. Im Gebiet der Wilson-Linie jedoch, d.h. bei ungefähr 3 % Dampfnässe, stabilisiert sich der Dampfzustand und die Dampffeuchtigkeit kondensiert aus, wobei sich Wassertropfen bilden.

Dieses erste Kondensat enthält wasserlösliche Verunreinigungen in starker Konzentration (in Analogie zum umgekehrten Vorgang, der Destillation), die zweckmässigerweise dem Arbeitskreislauf entnommen werden, bevor sie durch zunehmende Kondensation im Verlauf der weiteren Entspannung «verdünnt» werden. Dies geschieht an den Entnahmestellen, die stromabwärts am nächsten der gestrichelt dargestellten Wilson-Linie 31 angeordnet sind. Würde nun das Kondensat dieses Entnahmedampfes (etwa 13% vom gesamten Arbeitsmittel) wie bisher vorwärts gepumpt werden, so blieben die ganzen Verunreinigungen dem Kreislauf erhalten. Hier setzt nun die Erfindung ein.

In den von der zweiten und dritten Entnahmestelle der Hochdruckturbine 3 ausgehenden Verbindungsleitungen 18 und 21, in denen ein Wasser-D ampfgemisch strömt, werden Wasserabscheider 29 resp. 30 angeordnet.

Das darin abgeschiedene Wasser, welches gemäss der relativ geringen Nässe des entsprechenden Dampfes zusammen weniger als 1 % der in der Kondensatreinigungsanlage aufbereiteten Wassermenge ausmacht, enthält mindestens 10% der im Frischdampf enthaltenen wasserlöslichen Verunreinigungen.

Würde hingegen das gesamte Kondensat oder ein Teil davon des am Ende der Hochdruckturbine geschalteten Wasserabscheiders 5 abgekühlt, kaskadiert und durch die Kondensatreinigungsanlage gereinigt, so werden verhältnismässig weniger Verunreinigungen aus dem Kreislauf entfernt, weil die Konzentration dieser Verunreinigungen im Wasserabscheiderkondensat geringer ist als die Konzentration der Verunreinigungen in der in den Wasserabscheider 29 und 30 abgeschiedene Feuchte.

Die Abschlämmung wird über die Leitungen 32 bzw. 33 einem Wärmeaustauscher 35 zugeführt, indem sie vorzugsweise auf Kondensatortemperatur abgekühlt wird, und gelangt dann über die Leitung 34 in die Kondensatleitung 10, von wo sie in die Kondensatreinigungsanlage gefördert wird. Es versteht sich, dass sie auch verworfen und durch aufbereitetes Zusatzwasser ersetzt werden könnte.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte beschränkt. Je nach Auftreten der Wilson-Linie könnten sich die Wasserabscheider in Abweichung vom Beschriebenen ebensogut in Überströmleitungen befinden. Bei neu zu erstellenden Anlagen könnten sie desgleichen im Turbinengehäuse integriert sein. Der Rahmen der Erfindung wird auch dann nicht verlassen, wenn zusammen mit der Abschlämmung zusätzlich andere Kondensate - beispielsweise jenes, das im Wasserabscheider 5 anfällt und das ohne die erfindungsgemässe Massnahme ungefähr 70% der Verunreinigungen enthält - ganz oder teilweise verworfen oder erneut aufbereitet werden.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Entfernen wasserlöslicher Verunreinigungen aus dem Arbeitsmittel einer Kraftwerks-Dampfturbinen-anlage, dadurch gekennzeichnet, dass anlässlich der Entspannung nach Durchqueren des Gebietes der Wilson-Linie (31) der Turbine (3) Dampf entnommen wird (18, 21) und die in ihm enthaltene Nässe, welche in stark konzentrierter Form Verunreinigungen enthält, abgeschieden wird (29, 30), worauf der getrocknete Dampf zur weiteren Energieabgabe wieder in den Kreislauf eingeführt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf an der Stelle der Turbine entnommen wird, an der die erste Nässe auskondensiert.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschiedene Wasser in einem Wärmeaustauscher (35) abgekühlt wird und anschliessend in der Kondensatreinigungsanlage (12) aufbereitet wird.

4. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 bei Dampfturbinen-Anlagen, in welchen das stromaufwärts (5) der Niederdruckturbine (8) und stromabwärts (13,15) der Kondensatreinigungsanlage (12) anfallende Kondensat vorwärtsgepumpt (28) wird.