DE1551400C3 - Anordnung zur Regelung einer indirekten Luftkondensationsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung einer Luftkondensationsanlage, bei der der Turbinenabdampf in einem Einspritzkondensator kondensiert wird, dessen Kühlwasser mittels einer Pumpe im geschlossenen Kreislauf durch einen Luftkühler geführt, rückgekühlt und über eine mit einem Druckreduzierorgan versehene Rückströmleitung zum Einspritzkondensator zurückgeführt wird und bei der das Druckreduzierorgan in Abhängigkeit vom Druck im Einspritzkondensator geregelt wird, wobei oberhalb der höchsten Stelle der Kühlelemente ein oder mehrere durch stetig steigende Leitungen mit diesen verbundene Wasserstandsgefäße vorgesehen sind, und die Wasserstandsgefäße jeweils eine Ausgleichsleitung und einen Wasserstandsmesser aufweisen, der die Förderleistung der Pumpe regelt.

Eine derartige Anordnung ist Gegenstand des älteren Patents DT-PS 1 241 852.

Bei bekannten Anlagen findet eine indirekte Luftkondensation statt, indem der Turbinenabdampf unmittelbar bei der Turbine durch eingespritztes Kreislaufwasser niedergeschlagen wird, das die abzuführende Wärme in dem Luftkühler, der in einiger Entfernung im Freien aufgestellt ist, an die atmosphärische Luft abgibt. Da es sich um einen geschlossenen Kühlwasserkreislauf handelt, müßte die Kühlwasserpumpe theoretisch den Druck nur um soviel erhöhen, wie zur Überwindung der Druckverluste in den Rohrleitungen und Einspritzdüsen erforderlich ist. Praktisch reicht eine derartige Druckerhöhung aber nicht aus, weil aus konstruktiven Gründen der höchste Punkt des Luftkühlers meist erheblich höher liegt als der Wasserstand im Einspritzkondensator und weil das Kühlwasser im Einspritzkondensator in direktem Kontakt mit dem unter hohem Vakuum stehenden Turbinenabdampf steht und daher an dieser Stelle einen hohen Unterdruck hat. Es ist daher erforderlich, zumindest den geodätischen Höhenunterschied, soweit er nicht durch Druckabfälle durch Rohrreibung und in den Einspritzdüsen verbraucht wird, durch ein geeignetes Gerät vor dem Einspritzkondensator zu reduzieren. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, auch noch eine Reduzierung um den im Einspritzkondensator herrschenden Unterdruck vorzunehmen, um ein Vakuum im Luftkühler zu vermeiden. Die abzuführende Druckenergie wird entweder in einem Reduzierventil vernichtet oder nutzbringend in einer Entspannungsturbine verwertet. Die Kühlwasserpumpe muß jedenfalls einen Druck erzeugen, der um das Gefälle im Reduzierventil oder der Entspannungsturbine höher liegt als die erwähnten Druckabfälle in den Rohren und den Einspritzdüsen.

Bei den bekannten Anlagen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Kühlwasserumlauf des Systems den gegebenen Belastungs- und Temperaturverhältnissen anzupassen. So soll bei Teillast der Turbine und bei niedrigen Außenlufttemperaturen der Umlauf vermindert werden, um einen bestimmten Dampfdruck, das sogenannte Grenzvakuum der Turbine, bei dem in der letzten Turbinenreihe nahezu Schallgeschwindigkeit herrscht, nicht zu unterschreiten. Damit ändern sich auch die Drücke im gesamten System.

Es ist seit langem bekannt, den Pumpendurchsatz in Abhängigkeit vom Kondensatordruck oder der entsprechenden Temperatur zu regeln. Dies geschieht beispielsweise durch Leit- oder Laufschaufelverstellung, Drehzahlregelung oder durch Drosseln, wobei der Kondensatordruck als Regelgröße wirkt.

Zur Einhaltung eines geeigneten Druckniveaus schlägt die DT-PS 1 192 221 vor, das Druckreduzierorgan vor dem Kondensator von dem an der höchsten geodätischen Stelle des Systems herrschenden Druck zu regeln und an dieser Stelle einen kleinen Überdruck einzuhalten. Dieser Überdruck soll so groß sein, daß unter Berücksichtigung des durch den Regelkreis verursachten Regelbereiches möglichst zu keinem Zeitpunkt der Druck der äußeren Atmosphäre unterschritten wird. Dabei kann die Regelabweichung infolge der Inkompressibilität des Wassers und der Trägheit des Systems verhältnismäßig groß sein. Bis das Stellglied das Druckreduzierorgan in die erforderliche Stellung gebracht hat, vergeht eine gewisse Zeit, in der der Druck sich bis auf den der Charakteristik der Pumpe entsprechenden Druck ändern wird. Man kann zur Dämpfung dieser Druckschwankung an der höchsten Stelle oder einem anderen geeigneten Punkt ein Gaspolster vorsehen. Dieses Gaspolster wird aber von dem völlig entgasten Wasser in verhältnismäßig kurzer Zeit absorbiert. Ist das Gas Luft, so gelangt Sauerstoff in den Kreislauf, wodurch Korrosionen verursacht werden. Verwendet man ein anderes Gas, z. B. Stickstoff, so muß dieses ständig erneuert werden, da bei Druckschwankungen nach unten Stickstoff aus einer Flasche oder einem Netz nachströmen muß.

Gegenstand des nicht zum Stande der Technik gehörenden älteren Patents DT-PS 1 241 852 ist eine Anordnung zur Regelung einer Luftkondensationsanlage der eingangs beschriebenen Art. Dabei wird die Ausgleichsleitung, die die höchste Stelle der Kühlelemente mit einem tiefer liegenden Wassertank verbindet, zu

sammen mit dem Wassertank unter einem gegenüber der Atmosphäre geringen Überdruck eines Schutzgases, vorzugsweise Stickstoff, gehalten. Der Wassertank ist erforderlich, um das Wasser gegebenenfalls abgeschalteter Elemente bei Frostgefahr ablassen zu können. Der Wassertank und die damit zusammenhängenden Apparate sind sehr kostspielig und benötigen viel Platz, so daß in vielen Fällen darauf verzichtet wird sie einzubauen. In diesen Fällen verhindert man das Einfrieren bei auftretendem Frost auf andere Weise, z. B. durch Jalousien an den Lufteintritten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und insbesondere die Verzögerungen, die bei den bekannten Regelanordnungen auftreten, so weit wie möglich auszuschalten. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß an Stelle eines zusätzlichen Druckpolsters der Wasserstand allein an der höchsten Stelle des Systems als Regelgröße verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgleichsleitungen der Wasserstandsgefäße mit dem Dampfraum des Einspritzkondensators verbunden sind.

Von dem Gegenstand des älteren Patents 1 241 852 unterscheidet sich die Erfindung dadurch grundlegend, daß die Gasausgleichsleitung, die von der höchsten Stelle der Kühlelemente ausgeht, nicht mit einem tiefer liegenden Wassertank verbunden und unter einem gegenüber der Atmosphäre geringen Überdruck eines Schutzgases gehalten wird, sondern daß sie direkt in den Einspritzkondensator geführt ist. Diese Maßnahme, die sich aus dem Offenbarungsinhalt des älteren Patents nicht herleiten läßt, führt dazu, daß an der höchsten Stelle der Anlage kein Überdruck herrschen muß, wie es bei dem älteren Patent der Fall ist.

Im allgemeinen liegt der Druck bei derartigen Kondensationsanlagen am oberen Ende der Kühlelemente in der Größenordnung von etwa 0,1 ata. Solange das Wasserstandsgefäß kurz oberhalb der Kühlelemente angeordnet ist, muß der Druck in der an den Einspritzkondensator angeschlossenen Ausgleichs- oder Entlüftungsleitung an der Anschlußstelle an die Kühlelemente geringfügig oberhalb des der Kühlwassertemperatur an dieser Stelle entsprechenden Sättigungsdruckes liegen. Die Anlage arbeitet somit im Unterdruckbereich.

Um aus Sicherheitsgründen Lufteinbrüche bei einem derartigen System auszuschließen, sieht die Erfindung ferner vor, das Wasserstandsgefäß etwa 10 m oberhalb der höchsten Stelle der Kühlelemente anzuordnen. Durch diese Maßnahme wird der Druck von beispielsweise 0,1 ata ausgeglichen und eine Fahrweise im Überdruckbereich ermöglicht. Die Regelung der Anlage gemäß vorliegender Erfindung kann also einerseits im Unterdruckbereich gefahren werden, was sich auf eine Verringerung der für die Umwälzung des Kühlwassers benötigten Energie auswirken würde oder aber im Überdruckbereich, um Lufteinbrüche mit Sicherheit auszuschalten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Förderleistung der Pumpe zusätzlich vom Druck im Dampfraum des Einspritzkondensators regelbar.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schema einer Luftkondensationsanlage dargestellt.

Der in dem Kessel 3 erzeugte Dampf strömt durch die Turbine 4 in den Einspritzkondensator t; aus diesem wird das Kondensat von der Kesselspeisepumpe 2 in den Kessel 3 gefördert und wieder verdampft. Dieser Kreislauf dient dem eigentlichen Kraftwerksprozeß. Der Kühlkreislauf, dessen Massenstrom etwa 50mal größer ist als der des Kraftwerksprozesses, verläuft vom Einspritzkondensator über die Luftkühler in diesen zurück. Das Kühlwasser, das sich qualitätsmäßig nicht von dem Kondensat des Kraftwerksprozesses unterscheidet, wird von der Kühlwasserpumpe 5 durch die Vorlaufleitung 6 zum Luftkühler 7 gefördert; dabei kann das Kondensat, wie in der Zeichnung dargestellt, von der Kühlwasserpumpe 5 mitgefördert und erst hinter dieser oder aber vorher abgezweigt werden. Die Kühlelemente des Luftkühlers 7 sind mit 8 und 9 bezeichnet, wobei in den Kühlelementen 8 das Wasser nach oben und in den Kühlelementen 9 nach unten strömt. Die Richtungsumkehrung des Kühlwassers findet an den mit 10 bezeichneten Stellen statt. Das gekühlte Wasser wird durch die Rückströmleitung tt über das Druckreduzierorgan 12, das im vorliegenden Fall eine Entspannungsturbine ist, durch die Einspritzdüsen 13 in den Einspritzkondensator 1 zurückgeleitet, in dem es den aus der Turbine 4 kommenden Dampf kondensiert.

Die Kühlung der Kühlelemente 8 und 9 des Luftkondensators erfolgt durch atmosphärische Luft, die mittels des Ventilators 14 an den Kühlflächen vorbeigesaugt wird. Man kann an Stelle des Ventilators selbstverständlich auch einen Kamin benutzen, in dem die Luft infolge des durch die Erwärmung bedingten Auftriebes aufsteigt. An den höchsten Stellen des Luftkühlers sind eine oder mehrere, ständig nach oben steigende Leitungen 15 angeschlossen, die von unten in ein oder mehrere Wasserstandsgefäße 16 münden. Von den oberen Teilen dieser Wasserstandsgefäße verlaufen Ausgleichsleitungen 17 in den Dampf raum des Einspritzkondensators 1. Jedes Wasserstandsgefäß 16 ist mit einem Wasserstandsmesser 18, z. B. einem Schwimmer versehen, der als Regelgröße für den Regler 19 der Kühlwasserpumpe 5 dient. Die Regelung der Entspannüngsturbine 12 erfolgt über den durch den Druckmesser 20 im Einspritzkondensator beeinflußten Regler 21. In beiden Fällen ist eine Verstellung der Lauf- oder Leitschaufeln sowie eine Änderung der Drehzahlen oder eine Drosselung möglich. Der Sollwert der Druckmessung 20 wird entweder von Hand oder beispielsweise selbsttätig als Funktion der Leistung der Turbine 4 auf einen Wert eingestellt, der einen bestimmten Sicherheitsabstand vom Grenzvakuum hat. Wenn dieser Sollwert unterschritten wird, verstellt der Regler 21 das Stellglied der Entspannungsturbine 12, z. B. die Laufradschaufeln derart, daß der Wasserdurchsatz vermindert wird. Dabei weicht das überschüssige Wasser in das Wasserstandsgefäß 16 aus. Der Wasserstandsmesser 18 beeinflußt daraufhin den Regler 19, der die Verstellung der Laufschaufeln der Pumpe 5 im gleichen Sinne oder die Veränderung eines anderen Stellgliedes bewirkt. Da die Kühlwasserpumpe 5 und die Entspannungsturbine 12 etwa den gleichen Massenfluß haben, kann (was in der Zeichnung nicht dargestellt ist) das Stellglied der Kühlwasserpumpe 5 auch für eine grobe Regelung an den Regler 21 angeschlossen werden, wobei vom Regler 19 nur die Feinregelung ausgeführt wird. So ist es z. B. bei einer Drehzahlverstellung möglich, die Entspannungsturbine 12 mit der Kühlwasserpumpe 5 zu kuppeln, so daß die Veränderung der Drehzahl sich auf beide Maschinen im gleichen Sinn auswirkt. Da aber Pumpe und Turbine nicht die gleiche Charakteristik haben und sich auch noch andere Fakto-

ren auswirken können, soll der vom Wasserstandsmesser 18 gesteuerte Regler 19 ein anderes Stellglied der Pumpe, z. B. ein Regulierventil oder eine Schaufelverstellvorrichtung, verstellen und so den Ausgleich der Differenz bewerkstelligen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung einer Luftkondensationsanlage, bei der der Turbinenabdampf in einem Einspritzkondensator kondensiert wird, dessen Kühlwasser mittels einer Pumpe im geschlossenen Kreislauf durch einen Luftkühler geführt, rückgekühlt und über eine mit einem Druckreduzierorgan versehene Rückströmleitung zum Einspritzkondensator zurückgeführt wird und bei der das Druckreduzierorgan in Abhängigkeit vom Druck im Einspritzkondensator geregelt wird, wobei oberhalb der höchsten Stelle der Kühlelemente ein oder mehrere durch stetig steigende Leitungen mit diesen verbundene Wasserstandsgefäße vorgesehen sind, und die Wasserstandsgefäße jeweils eine Ausgleichsleitung und einen Wasserstandsmesser aufweisen, der die Förderleistung der Pumpe regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsleitungen (17) der Wasserstandsgefäße (16) mit dem Dampfraum des Einspritzkondensators (1) verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstandsgefäße (16) etwa 10 m oberhalb der höchsten Stelle der Kühlelemente (8,9) angeordnet sind.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Pumpe (5) zusätzlich vom Druck im Dampfraum des Einspritzkondensators (1) regelbar ist.