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Dampfanlage mit schwankender Belastung Im Hauptpatent ist eine Dampfanlage
mit schwankender Belastung und mit insbesondere mehrstufiger Vorwärmung des Speisewassers
.durch Anzapf- und Gegendruckdampf einer Vorwärmkraftmaschine und mit Warm- und
Kaltspeicher für den Ausgleich des Speisewassers beschrieben, bei der die Dampferzeugung
der Kessel entsprechend den Belastungsschwankungen verändert und durch gleichbleibende,
der Vorwärmkraftmaschine entnommeneDampfströme ein gleichbleibender Speisewasserstrom
vorgewärmt wird (Regenerativausgleich). Dabei wird bei Erreichung einer oberen Ladegrenze
des Speichers für vorgewärmtes Wasser die Vorwärmanlage vorübergehend außer Betrieb
gesetzt, um den Gesamtbedarf und die Gesamterzeugung an vorgewärmtem Speisewasser
in Übereinstimmung zu bringen. Zur Pufferung der durch die In- und Außerbetriebsetzung
der Vorwärmanlage entstehenden Unstetigkeiten im Dampfbedarf ist in der Dampfanlage
eine zusätzliche Pufferanlage, z. B. ein Ausgleichdampferzeuger, vorgesehen. Dabei
wird die In- und Außerbetriebsetzung der Vorwärmanlage außer von der Füllung des
Speichers auch von der Belastung der Dampfanlage, insbesondere von der Belastung
der zusätzlichen Pufferanlage, abhängig gemacht. Zweckmäßig erfolgt die In- und
Außerbetriebnahme der Vorwärmanlage bei einem unteren und oberen Belastungswert
der Pufferanlage, wobei der Unterschied zwischen der Dampflieferung oder Dampfaufnahme
beim oberen und unteren Belastungswert größer ist als der für die Vorwärmung notwendige
Dampfmehrbedarf der Maschinen. Dabei wird die Lage dieses unteren und oberen Belastungswertes
der Pufferanlage zweckmäßig derart von dem Ladezustand der Ausgleichspeicher abhängig
gemacht, daß die Außerbetriebsetzung der Vorwärmung um so eher, d. h. bereits bei
einer um so geringeren Belastungshöhe oder Belastungssteigerung, erfolgt, je weiter
der Speicher für vorgewärmtes Wasser gefüllt ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterausbildung dieser Dampfanlage,
um besonders hohe oder besonders plötzliche - Belastungsspitzen, für deren Deckung
die durch Stillsetzen der Vorwärmanlage eintretende Entlastung der Dampferzeuger
nicht ausreicht, mit Hilfe des vorgewärmten Speisewassers decken zu können. Erfindungsgemäß
wird zu diesem Zweck nach Abstellen der Vorwärmanlage und nach Wiedererreichung
eines oberen Belastungswertes der Pufferanlage eine Entspannungsanlage eingeschaltet,
in der in an sich bekannter Weise das vorgewärmte Speisewasser in mehreren Stufen
entspannt und die in den einzelnen Stufen entstehenden Dampfströme den entsprechenden
Stufen einer Dampfkraftmaschine
als Treibmittel ' "zngefühit' Werden,
und bei Wiedererreichung eines unteren Belastungswertes der "Püfferänlage diese'
Entspannungsanlage- wieder außer Betrieb gesetzt, wobei dv: Unterschied zwischen
der Dampflieferung oderi, Dampfaufnahme der Pufferanlage beim obereli und unteren
Belastungswert größer ist als der infolge des Betriebes der Entspannungsanlage eintretende
Dampfminderbedarf der Maschinen.
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Die vorliegende Erfindung bringt außer der zusätzlichen Spitzendeckung
noch eine Reihe weiterer Vorteile mit sich. Es wird dadurch eine jederzeit verfügbare
billige Momentanreserve geschaffen. Der nach Außerbetriebsetzen der Vorwärmanlage
als Synchronmotor weiterlaufende Stromerzeuger der Vorwärmturbine kann gleichzeitig
als Stromerzeuger der Entladeturbine benutzt werden, 'wodurch die Anlagekosten und
ein erheblicher Teil der Leerlaufkosten dieses Stromerzeugers vermieden werden.
Besondere Speicher für das zum Betrieb der Entspannungsanlage erforderliche Heißwasser
und das durch die Entspannung entstehende Kaltwasser sind nicht erforderlich, da
die dem Regenerativausgleich dienenden Speicherbehälter hierfür verwendet werden
können. Weiterhin wird durch die angegebene Wahl des Abstandes der für die In- und
Außerbetriebsetzung der Entspannungsanlage maßgebenden oberen und unteren Belastungswerte
der Dampfanlage oder der Pufferanlage ein unerwünschtes Pendeln der In- und Außerbetriellsetzung
der Entspannungsanlage vermieden.
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Da bei Belastungsschwankungen der Entspannungsanlage und bei Schwankungen
der Stärke des entspannten Heißwässerstromes ungünstige Veränderungen der Füllungen
und Wärmegefälle der einzelnen Stufen der Entspannungsturbine in ähnlicher Weise
wie bei Belastungsschwankungen der Vorwärrnanlage auftreten, wird erfindungsgemäß
die Entspannungsanläge in entsprechender Weise wie die Vorwärmanlage trotz der schwankenden
Gesamtbelastung nur mit gleichbleibender Vollbelastung in Betrieb genommen, indem
ein gleichbleibender Heißwasserstrom in der Entspannungseinrichtung stufenweise
entspannt wird und gleichbleibende Entspannungsdampfströme- der Entspannungsturbine
zugeführt werden, während die Lastschwankungen von den normalen Grundlastmaschinen
übernommen werden. Die Wirkungsgradverschlechterung der normalen Grundlastmaschinen
infolge der Belastungsschwankungen ist nur geringfügig gegenüber der durch die gleichbleibende
Vollbelastung der Entspannungsanlage vermiedenen Wirkungsgradverschlechterung und
Leistungseinbuße.
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Ein gleichzeitiger Betrieb der Vorwärm- und der Entspannungsanlage
kommt nicht in Frage, weil dieser Betrieb unwirtschaftlicher wäre als die Außerbetriebnahme
beider Anlagen und Übernahme ihrer Leistung durch die Grundlastmaschinen. Es ist
stets nur die eine oder die andere oder keine von beiden Anlagen in ...'Betrieb.
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` : Da die Krafterzeugung durch die Entspan-,n:nxagsanlage einen etwas
geringeren Wirkungs-%-r`äd aufweist als die Krafterzeugung durch die Grundlastturbinen,
ist es zweckmäßig, die Betriebszeit der Entspannungsanlage möglichst abzukürzen.
Erfindungsgemäß wird daher, solange die Entspannungsanlage in Betrieb ist, auf die
Grundlastkessel oder sonstigen Grundlastenergieumformer ein Impuls auf Leistungssteigerung
ausgeübt. Hierdurch wird die Pufferanlage entlastet und allmählich deren unterer
Belastungswert erreicht, bei dem die Entspannungsanlage wieder ausgeschaltet wird.
Die In- und Außerbetriebnahme der Vorwärm- und der Entspannungsanlage wird zweckmäßig
ebenso wie die Regelung der Belastungsverteilung auf die Puffer- und Grundlastkessel
durch selbsttätige Regeleinrichtungen bewirkt, kann aber selbstverständlich auch
mehr oder weniger durch. Handregelung erfolgen, wobei nur die entsprechenden Signale
und Anzeigen selbsttätig gegeben werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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i ist die Hauptdampfleitung eines Dampfkraftwerks, an die eine Reihe
von Kondensationsturbinen 2 angeschlossen sind. Die Hauptdampfleitung z wird durch
einen oder mehrere besonders leistungselastische, als Leistungspuffer dienende Dampfkessel
3 und durch eine Reihe weniger leistungselastischer Dampfkessel q. mit Dampf versorgt.
Den Kesseln 3 und q. wird durch eine Speisepumpe 5 über Speiseleitung 6 und Ekonomiser
7 Speisewasser im Maße der schwankenden Kesselbelastung zugeführt. Das Speisewasser
wird, bevor es zur Speisepumpe 5 gelangt, durch Anzapf- und Gegendruckdampf einer
Vorwärmturbine 8 in gleichbleibendem Strome vorgewärmt. Das kalte Speisewasser wird
durch eine Pumpe g aus einem Kondensatsammelbehälter io entnommen und mit einem
durch ein Regelventil ii geregelten, über dem thermodynamischen Druck des vorgewärmten
Speisewassers. liegenden Druck einer Leitung i2 zugeführt, die in, den unteren Teil
eines Verdrängungsspeichers 13 mündet. Aus der Leitung 12 wird das Speisewasser
durch eine Umwälzpumpe 1q. entnommen und durch einen mehrstufigen Oberflächenvorwärmer
15 bis 18 in eine Leitung i9 gefördert, die sowohl mit dem oberen Teil des Verdrängungsspeichers
13 als auch mit der Saugseite der Speisepumpe 5 in Verbindung steht. Den Vorwärmstufen
15 bis 18 werden Gegendruck- und Anzapfdampfströme 2o bis 23 aus der Vorwärmturbine
zugeführt. Während des Betriebes der Vorwärmanlage bleiben sowohl
der
durch die Vorwärmstufen 15 bis 18 geführte Speisewasserstrom als auch die Dampfströme
2o bis 23 und somit auch die Leistung der Vorwärmturbine 8, die an einen Stromerzeuger
24 abgegeben wird, unverändert gleich. Da die Förderleistung der Pumpe 14 geringen
Schwankungen unterliegen kann, wird die Fördermenge zusätzlich von einem z. B. auf
die Temperatur des vorgewärmten Speisewassers ansprechenden Regelventil
25 überwacht und konstant gehalten. Durch die gleichbleibende Stärke des
Speisewasserstromes und der Dampfströme werden in allen Teilen der Vorwärmanlage
stets die günstigsten Drücke und Strömungsverhältnisse eingehalten, alle besonderen
Regeleinrichtungen und jegliche Drosselung des Dampfes werden vermieden, die Turbine
8 wird stets voll beaufschlagt und arbeitet daher mit dem besten Wirkungsgrad. Es
wird infolgedessen die größtmöglichste mechanische Leistung aus dem Vorwärmdampfstrom
gewonnen. Ferner kann die Kondensatabführung aus den Vorwärmstufen sehr vereinfacht
werden. Die Stufen 15 bis 18 werden untereinander durch ständig offene Drosselstellen
26 und die unterste Stufe x5 durch eine entsprechende Drosselstelle 27 und nötigenfalls
eine Pumpe 28 mit dem Kondensatsammelbehälter io verbunden. Der Ausgleich zwischen
dem durch die Vorwärmanlage 15 bis 18 geförderten gleichbleibenden Speisewasserstrom
und dem entsprechend der Kesselbelastung wechselnden Speisewasserbedarf der Kessel
wird durch den Verdrängungsspeicher 13 in bekannter Weise bewirkt, indem er sich
bei geringem Speisewasserbedarf der Kessel von oben nach unten mit vorgewärmtem
Speisewasser und im umgekehrten Falle von unten nach oben mit nichtvorgewärmtem
Speisewasser füllt. Falls bei genügendem Vorrat an vorgewärmtem Speisewasser die
Vorwärmanlage außer Betrieb gesetzt werden soll, braucht nur die Förderung der Pumpe
14 unterbrochen zu werden. Es steigt dann der Dampfdruck in der untersten Vorwärmstufe
15 und der Dampfleitung 2o ein wenig an. Durch ein bei diesem erhöhten Druck schließendes
Regel venti129 wird dann die Dampfzufuhr zur Turbine 8 selbsttätig fast vollständig
abgesperrt. Die Turbine 8 wird in diesem Falle von dem als Synchronmotor weiterlaufenden
Stromerzeuger 24 leerlaufend mitgenommen. Das Regelventil 29, das für die Aufrechterhaltung
eines Mindestdruckes in der untersten Vorwärmstufe 15 sorgt, läßt hierbei die für
die Kühlung der Turbine 8 erforderliche Dampfmenge hindurch, die durch die offenen
Drosselstellen 26, 27 unter gleichzeitiger Warmhaltung des Vorwärmers 15 bis 18
abströmt.
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Von der Leitung ig für vorgewärmtes Speisewasser zweigt eine Leitung
3o ab, die zu einer mehrstufigen Entspannungseinrichtung 31 bis 34 führt. Beim Betrieb
der Entspannungseinrichtung wird dieser der Heißwasserstrom in gleichbleibender
Stärke zugeführt. Ein Regelventil 35, das auf den Dampfdruck der ersten Entspannungsstufe
31 anspricht, überwacht die gleichbleibende Stärke des Heißwasserstromes. Gleichzeitig
verhütet es einen- unzulässigen Druckanstieg im Augenblick der Inbetriebnahme der
Entspannungsanlage. Das Heißwasser wird der ersten Entspannungsstufe 31 tangential
zugeführt, um durch Zentrifugalwirkung eine schnelle Trennung des entstehenden Dampfes
von dem restlichen Wasser zu erreichen. Dieses restliche Wasser strömt durch offene
Drosselstellen 36 jeweils zur nächsten Entspannungsstufe unter entsprechender Entspannung,
Dampfabgabe und Abkühlung und wird schließlich, möglichst weit (bis auf Vakuumdrücke
und -temperaturen) entspannt und abgekühlt, aus der letzten Entspannungsstufe 34
durch eine Pumpe 37 in den Kondensatsammelbehälter io gefördert. Die in den Entspannungsstufen
31 bis 34 entwickelten Dampfströme verschiedenen Druckes werden durch Dampfleitungen
38 bis 41 entsprechenden Druckstufen einer Kondensationsturbine 42 zugeführt, um
schließlich im Kondensator 43 dieser Turbine niedergeschlagen und durch eine Kondensatpumpe
44 in den Kondensatsammelbehälter io gefördert zu werden. In die Dampfleitungen
38 bis 41 sind Überhitzer 45 bis 48 eingeschaltet, die durch eine Leitung 49 mit
der Hauptdampfleitung r in Verbindung stehen, und in denen der Frischdampf durch
Oberflächen hindurch Wärme zur Trocknung und Überhitzung an die in den Entspannungsstufen
31 bis 34 erzeugten Dampfströme abgibt. Das Frischdampfkondensat 'wird aus den Überhitzern
durch einen Dampfwasserableiter 50 in die erste Entspannungsstufe 31 abgeleitet,
wo es zur Erzeugung von Entspannungsdampf beiträgt. Die Entspannungsturbine 42 arbeitet
auf die gleiche Welle 51 wie die Vorwärmturbine 8, auf der auch der Stromerzeuger
24 sitzt. Falls die Entspannungsanlage außer Betrieb gesetzt werden soll, wird der
Heißwasserzustrom durch ein Regelventil 52 unterbrochen. - Die Turbine 42
wird dann von dem als Svnchronmotor weiterlaufenden Stromerzeuger 24 oder von der
Vorwärmturbine 8 leerlaufend mitgenommen. Eine Umgehungsleitung 53 sorgt dafür,
daß auch bei geschlossenem Regelventil 52 eine sehr geringe Heißwassermenge
durch die Entspannungsanlage strömt und den für die leerlaufende Turbine 42 erforderlichen
Kühldampf erzeugt. Das Regelventil 52 ist entweder ganz offen oder ganz geschlossen,
so daß die Entspannungsanlage in entsprechender Weise wie die Vorwärmanlage entweder
mit ihrer vollen Leistung oder gar nicht in Betrieb ist.
Das rechtzeitige
Ein- und Ausschalten der Vorwärmanlage und der Entspannungsanlage wird durch eine
Regeleinrichtung 54 bewirkt, auf -die zunächst ein durch die gestrichelte Linie
55 angedeuteter Impuls ein%irkt, der die Abweichungen zwischen Leistungslieferung
und Leistungsbedarf anzeigt, die sich z. B. in einem geringen Ansteigen oder Absinken
des Druckes in der Hauptdampfleitung z ausdrücken. In Abhängigkeit hiervon wird
zunächst, wie durch die gestrichelte Linie 56 angedeutet, die Leistung des als Leistungspuffer
dienenden Ausgleichdampferzeugers 3 entsprechend verändert. Sobald die Leistung
dieses Dampferzeugers 3 einen gewissen Mittelwertbereich verläßt, übt sie, wie durch
den rückweisenden Pfeil der gestrichelten Linie 56 angedeutet, ihrerseits einen
Impuls auf die Regeleinrichtung 54 aus, durch den die Leistung der Dampferzeuger
4 in dem Sinne verändert wird, daß hierdurch die Leistung des Ausgleichkessels 3
in der Mittelwertbereich zurückgeführt wird. Die Regeleinrichtung 54 bewirkt außerdem,
wie durch die gestrichelte- Linie 57 angedeutet, das In- und Außerbetriebsetzen
der Vorwärm- und der Entspannungsanlage. Ferner wird sie, wie durch die gestrichelte
Linie 58 angedeutet, vom Ladezustand des Speichers 13 beeinflußt, der z. B. durch
ein sich über die ganze Speicherlänge erstreckendes Thermometer 59 gemessen
werden kann. Die Vorwärmanlage ist normalerweise in Betrieb. Sie wird außer Betrieb
gesetzt, wenn die Belastung des Ausgleichdampferzeugers 3 einen oberen Grenzwert
übersteigt und erst dann wieder in Betrieb gesetzt, wenn die Belastung des Ausgleichdampferzeugers
einen unteren Grenzwert. unterschreitet, dessen Abstand vom oberen Grenzwert größer
ist als die Änderung der Dampfabgabe der Kessel, die durch die In- und Außerbetriebnahme
der Vorwärmanlage bedingt wird. Die Lage des oberen und unteren Grenzwerts ist nicht
festgelegt, sondern ist vom Ladezustand des Speichers 13 derart abhängig gemacht,
daß die Vorwärmanlage um so eher außer Betrieb gesetzt oder um so später wieder
in Betrieb gesetzt wird, je weiter der Speicher =3 aufgeladen ist, und umgekehrt.
Die Entspannungsanlage ist normalerweise außer Betrieb. Sie kann erst dann in Betrieb
gesetzt werden, nachdem die Vorwärmanlage außer Betrieb gesetzt wurde, während andererseits
die Vorwärmanlage erst dann in Betrieb gesetzt werden kann, wenn zuvor die Entspannungsanlage.
außer Betrieb gesetzt wurde. Es kann also immer nur eine oder keine von beiden Anlagen
in Betrieb sein. Die Entspannungsanlage wird dann in Betrieb gesetzt, wenn bei besonders
hohen oder besonders plötzlichen Belastungsspitzen des Werkes die Leistung des Ausgleichdampferzeugers
3 nach. Außerbetriebsetzen der Vorwärmanlage den-oberen Grenzwert wiederum erreicht.
Die Entspannungsanlage wird dann wieder außer Betrieb gesetzt, wenn die Belastung
des Ausgleichdampferzeugers.3 einen unteren Grenzwert unterschreitet, dessen Abstand
vom oberen Grenzwert größer ist als die Änderung der- Dampfabgabe der Kessel, die
durch das In- und Außerbetriebsetzen der Entspannungsanlage bedingt wird. Die Regelung
des In- und Außerbetriebsetzens der Entspannungsanlage gleicht also weitgehend der
der Vorwärmanlage. Ein Unterschied besteht jedoch. Während der auf die Kessel ¢
ausgeübte Regelimpuls vom In- und Außerbetriebsetzen der Vorwärmanlage nicht beeinflußt
wird, sondern lediglich vom Abweichen der Leistung des Kessels 3 vom Mittelwertbereich
abhängt und auf diese Weise die In- und Außerbetriebnahme der Vorwärmanlage nach
Möglichkeit längere Zeit aufrechterhalten bleibt, wird nach Inbetriebnahme der Entspannungsanlage
ein Dauerimpuls auf Leistungssteigerung auf die Kessel 4 ausgeübt, um auf diese
Weise die Betriebszeit der Entspannungsanlage nicht länger auszudehnen, als unbedingt
nötig ist. Denn die Entspannungsanlage soll nur als eine Notreserve zur Spitzendeckung
dienen, die mit Rücksicht auf den mit der Entspannung des Heißwassers verbundenen
unvermeidlichen Wärmegefälleverlust nur kurze Zeit in Betrieb sein soll.
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An Stelle nur einer Vorwärmanlage und nur einer Entspannungsanlage
können auch mehrere parallel arbeitende Vorwärmanlagen und Entspannungsanlagen vorhanden
sein, von denen durch die Regeleinrichtung 54 eine nach der anderen in oder außer
Betrieb gesetzt wird, nachdem jeweils nach Inbetriebsetzen (oder Außerbetriebsetzen)
der vorhergehenden Teilanlage -die Belastung des Pufferkessels 3 von neuem den für
das Inbetriebsetzen (oder Außerbetriebsetzen) in Frage kommenden Grenzwert erreicht
hat. An die Stelle des Pufferkessels 3 kann auch ein anderer geeigneter Leistungspuffer
treten. Ferner kann die Regeleinrichtung 54 in mehrere Teilregeleinrichtungen aufgelöst
werden. Es können auch einzelne Anlageteile unter Einschaltung entsprechender selbsttätiger
Anzeige- und Kommandoinstrumente und Signalgeräte von Hand bedient werden. Die Vorgänge
der In- und Außerbetriebnahme der Vorwärm- und der Entspannungsanlage erfolgen zweckmäßig
mit einer nur geringen Dämpfung, die zwar ausreicht, um der Pufferanlage das Folgen
zu ermöglichen, aber im übrigen die Übergangszeiten zwischen Leerlauf und Vollast
der Vorwärm- und der Entspannungsanlage möglichst abkürzt.
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Die Erfindung kann sinngemäß auch auf Anlagen mit anderen Speicherstoffen
als Wasser oder mit Aufladung des Speicherstoffes mittels Wärmepumpe mit Vorteil
angewandt werden.