Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen des Speisewassers eines Dampferzeugers in einem Kraftwerksprozeß nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Bei Kraftwerksprozessen ist es bekannt und üblich, aus Turbinenanzapfungen oder aus einer kalten Zwischenüberhitzung (KZÜ) Dampf zu entnehmen und diesen Dampf in Hochdruck- und Niederdruck-Vorwärmern zur Speisewasservorwärmung zu nutzen. Durch diese Art der Speisewasservorwärmung kann die Zufuhr an Primärenergie im Dampferzeuger verringert werden. Allerdings ist die Anzahl der Anzapfungen an der Turbine sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus technischen Gründen begrenzt. Die Austrittstemperatur aus dem jeweiligen Speisewasser-Vorwärmer ist begrenzt durch die Sättigungs- bzw. Überhitzungstemperatur des Anzapfdampfes.
Aus der US-A-3 973 402 ist eine Dampfturbinenkraftwerksanlage mit einer Speisewasservorwärmung der gattungsgemäßen Art bekannt. Dabei wird der Dampf aus einer Hochdruckturbinenanzapfung mit einem auf höherem Exergieniveau befindlichen Treibdampf in einem Dampfstrahler gemischt, um den Wirkungsgrad des Kraftwerksprozesses zu verbessern. Als Treibdampf dient der Abdampf eines Zwischenüberhitzers, der mit Dampf aus dem Dampferzeuger betrieben wird. Diese bekannte Anordnung verbessert zwar den Prozeßwirkungsgrad, bedingt aber eine kostspielige Turbinenanzapfung und eine relativ aufwendige Regelung der Treibdampf- und Saugdampfanschlüsse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kosten/Nutzenverhältnis bei der Speisewasservorwärmung zu verbessern.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren, besteht die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe darin,
Die zugehörige Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
Dieser Erfindungsgegenstand ist nahezu universell einsetzbar. Die erfindungsgemäße Anordnung kann natürlich von Haus aus in neu konzipierte Kraftwerke integriert werden, wobei durch geeignete Auswahl der Anzapfungen und Auslegung des wenigstens einen Thermokompressors eine sehr enge Annäherung des Dampfstrahler-Austrittsdrucks bzw. -temperatur an den maximal zulässigen Druck bzw. die maximal zulässige Temperatur des jeweiligen Vorwärmers erreicht werden kann. Dementsprechend hoch ist der Wirkungsgrad bei der Speisewasservorwärmung. Bei neuen Anlagen ermöglicht die Erfindung die Einsparung einer teuren HD-Anzapfung. Die erfindungsgemäß eingesetzten Thermokompressoren bzw. Dampfstrahler sind relativ kostengünstig herstellbar.
Aber auch in bestehenden Anlagen kann der Wirkungsgrad des Wassersdampfkreislaufs durch Einsatz der Erfindung verbessert werden, wodurch Primärenergie eingespart wird.
Vorzugsweise wird das Speisewasser mehrstufig vorgewärmt, und die Dampfmischung wird nach der Thermokompression der höchsten Vorwärmerstufe zugeführt. In Weiterbildung der Erfindung kann dabei minderwertiger Anzapfdampf nach Thermokompression mit KZÜ-Dampf einer niedrigeren Stufe der Vorwärmerstraße zur Speisewasservorwärmung zugeführt werden.
Sichert man die Vorwärmer durch Sicherheitsabsperrarmaturen gegen unzulässige Betriebszustände ab, so können bei bestehenden Anlagen die Betriebsdrücke am HDV (Hochdruckvorwärmer) bei den sich ergebenden Dampfstrahler-Austrittstemperaturen an die maximal zulässigen Drücke sehr eng angenähert werden. Der Betriebsdruck im Vorwärmer kann durch geeignete Rückschlagklappen vom Turbinenaustrittsdruck entkoppelt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigen:
Bei der herkömmlichen Kraftwerksschaltung gemäß Fig. 1A wird das Speisewasser eines Dampferzeugers 1 aus einem Speisewasserbehälter 4 von einer Speisewasserpumpe 5 in eine als ganze mit 6 bezeichnete Vorwärmstraße aus zwei aufeinanderfolgenden Hochdruck-Vorwärmern HDV1 und HDV2 gefördert. In den beiden Vorwärmestufen wird die Speisewassertemperatur schrittweise soweit angehoben, daß das Speisewasser an der Eintrittsstelle 7 in den Dampferzeuger 1 die Solltemperatur erreicht.
In dem in Fig. 1a dargestellten herkömmlichen Ausführungsbeispiel wird der Austrittsdampf aus einer Hochdruckturbine 2, der auch als kalter Zwischenüberhitzungsdampf (KZÜ-Dampf) bezeichnet wird, zur Temperaturanhebung des Speisewassers in der letzten Vorwärmestufe HDV2 verwendet. An der Eintrittsstelle 7 in den Dampferzeuger 1 wird die Speisewasser-Solltemperatur erreicht. Die vorausgehende Vorwärmestufe HDV1 wird mit exergetisch relativ hochwertigem Anzapfdampf aus der Anzapfung A2 der zweiflutigen Mitteldruckturbine 3 beaufschlagt. Exergetisch relativ minderwertiger Dampf aus einer Anzapfung A3 wird in den Speisewasserbehälter 4 rückgeführt.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 unterscheidet sich von der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 1a durch eine andersartige und kostendämpfende Speisewasservorwärmung. Die letzte Vorwärmestufe HDV2 wird zur Temperaturanhebung des Speisewassers mit einem Dampfgemisch aus einem Thermokompressor bzw. Dampfstrahler 11 beaufschlagt, dessen Treibstahlanschluß 12 mit Treibdampf aus einer Nacherhitzungsstufe des Dampferzeugers 1 beaufschlagt ist. Einem Ansauganschluß 13 des Dampfstrahlers 11 wird KZÜ-Dampf zugeführt. Der über 13 angesaugte KZÜ-Dampf wird im Dampfstrahler 11 verdichtet und mit dem Treibdampf aus dem Dampferzeuger 1 gemischt. Der Treibdampf braucht nicht dem Nacherhitzerbereich des Dampferzeugers 1 entnommen zu werden; statt dessen kann die Entnahmestelle an irgendeiner geeigneten Stelle im Dampferzeuger oder in der nachfolgenden Frischdampfleitung 16 vor den Einlaßventilen der HD-Turbine angeordnet sein.
Zur weiteren Wirkungsgradverbesserung des Wasser-Dampf-Kreislaufs ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein zweiter Dampfstrahler 31 vorgesehen, der exergetisch minderwertigen Dampf aus der Anzapfung A3 der MD-Turbine 3 unter Verwendung von Treibdampf aus dem Dampferzeuger 1 ansaugt. Das entstehende Dampfgemisch dient zur Temperaturanhebung in der ersten Vorwärmestufe HDV1. Die Treibdampfanschlüsse 12 und 32 der beiden Dampfstrahler 11 und 31 sind parallel geschaltet, während die Sauganschlüsse 13 und 33 mit unterschiedlichem Anzapfdampf aus A1 bzw. A3 beaufschlagt sind.
Die herkömmliche Basisschaltung gemäß Fig. 2a unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1a durch eine dritte Vorwärmstufe HDV3 in der Vorwärmerstraße 6'. HDV3 hebt das Speisewasser auf die Solltemperatur am Einlaß 7 des Dampferzeugers 1 an. Der dritte Vorwärmer HDV3 wird mit Dampf aus einer Hochdruckturbinenzapfung AZ beaufschlagt. Diese herkömmliche Ausführung bedingt durch die HD-Anzapfung AZ hohe Investitionskosten.
Die Erfindung kommt bei zumindest vergleichbar günstiger Temperaturanhebung des Speisewassers an der Einlaßstelle 7 ohne HD-Anzapfung AZ aus. Eine geeignete Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 gezeigt.
Die Temperaturanhebung geschieht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 in der letzten Stufe (HDV3) mit den gleichen Mitteln wie in der letzten Stufe HDV2 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Insofern stimmen die Bezeichnungen des Thermokompressors bzw. Dampfstrahlers 11 und der zugehörigen Anschlüsse 12, 13 und 14 mit denjenigen aus Fig. 1 überein.
Der zweite Vorwärmer HDV1 wird ebenso wie der entsprechende Vorwärmer der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 2a mit KZÜ-Dampf aus der Anzapfung A1 beaufschlagt.
Auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die erste Vorwärmstufe HDV1 mit energetisch minderwertigem Anzapfdampf aus der Anzapfung A3 der MD-Turbine 3 beaufschlagt und zwar nach Thermokompression durch Treibdampf in einem zweiten Thermokompressor bzw. Dampfstrahler 31. Dessen Ausgangsanschluß 34 ist mit dem HDV1 verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dient der KZÜ-Dampf aus der Anzapfung A1 als Treibdampf. Der Treibdampfanschluß 32 des Dampfstrahlers 31 und der Sauganschluß 13 des Dampfstrahlers 11 sind daher parallel geschaltet. Selbstverständlich könnte der Treibdampfanschluß 32 auch entsprechend der Ausführung gemäß Fig. 1 zum Treibddampfanschluß 12 parallel geschaltet und mit Dampf aus der Dampferzeugungsleitung 19 beaufschlagt sein.
In beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein Sicherheitsabsperrarmatur 18 dem Treibdampfanschluß 12 des Dampfstrahlers 11 vorgeschaltet. Sie sichert den vom Dampfstrahler 11 beaufschlagten Vorwärmer HDV2 bzw. HDV3 gegen unzulässige Betriebszustände ab. Bei einem Einbau des beschriebenen Thermokompressors 11 in bestehende herkömmliche Anlagen kann der Betriebsdruck bei der sich ergebenden Dampfstrahler-Austrittstemperatur im Auslaß 14 an den maximal zulässigen Druck im zugehörigen Vorwärmer (HDV2 bzw. HDV3) angenähert werden. Der Betriebsdruck im Vorwärmer kann vom Austrittsdruck der HD-Turbine durch geeignete Rückschlagklappen entkoppelt werden.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen möglich. In vielen Fällen werden gewünschte Wirkungsgradsteigerungen und die Einsparung von Investitionskosten bereits durch die Verwendung nur eines einzigen Dampfstrahlers 11 in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erreicht; dabei kann die Dampfbeaufschlagung der vorausgehenden Stufe(n) herkömmlicher Ausführung sein. Auch die Anzapfungen an den Turbinen sind in Fig. 1 nur beispielsweise gezeigt; sie können sich bei bereits existierenden Anlagen nach den baulichen Gegebenheiten richten.