Einspritzblende für ein Dampfkraftwerk

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Einspritzblende (1) zur Vermischung von Wasser und Dampf in ersten Rohrleitung (3), wobei statt einer Einspritzleitung mehrere Einspritzleitungen (9, 10), insbesondere zwei Einspritzleitungen (9, 10) berücksichtigt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einspritzblende zur Vermischung von Wasser und Dampf in einer Rohrleitung, wobei in der Einspritzblende Mittel zur Einspritzung von Wasser vorgesehen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abkühlen eines Dampfes, wobei der Dampf durch eine Einspritzblende strömt.

[0002] In Dampfkraftwerken sowie in Gas- und Dampfturbinenanlagen werden Dampfturbinen über vergleichsweise komplizierte Rohrleitungen mit einem Dampferzeuger strömungstechnisch verbunden. Im Dampferzeuger wird heißer Dampf erzeugt, der in der Regel zu einer Hochdruck- bzw. Mitteldruck-Teilturbine geführt wird. In einem regelmäßigen Dauerbetrieb strömt der vom Dampferzeuger erzeugte Dampf direkt zu der Hochdruck- bzw. Mitteldruck-Teilturbine. Es gibt allerdings Lastfälle, bei denen der Dampf nicht zwingend direkt zur Turbine strömen darf, sondern umgeleitet werden muss zum Kondensator. Im Kondensator wird der Dampf wieder in Wasser umgewandelt. Dazu werden sogenannte Umleitstationen in diesen vorbeschriebenen Kraftwerken eingesetzt, deren Aufgabe darin besteht, den vom Dampferzeuger kommenden Dampf ganz oder teilweise direkt in den Kondensator zu leiten. Des Weiteren wird die Umleitstation neben dem regulären Dauerbetrieb während der sogenannten Anfahr- oder Abfahrvorgänge verwendet.

[0003] Sofern der Dampf über die Umleitstation zum Kondensator geführt wird, wird der Dampf über ein Umleitventil und einer kurzen Rohrleitung zu einer Einspritzblende geleitet. Nach Durchströmen des Umleitventils, der kurzen Rohrleitung und der Einspritzblende sinkt der Druck des Dampfes. Mittels einer Wassereinspritzung wird der Dampf gekühlt, um mit dem Kondensator auf ein abgestimmtes Niveau geregelt zu werden. Die einstufige Einspritzblende wird für eine maximale Einspritzmenge an Wasser ausgelegt. Dies kann unter ungünstigen Umständen dazu führen, dass im Teillastbetrieb der Umleitstation, wenn vergleichsweise wenig Kühlwasser benötigt wird, es zu einer schlechten Vermischung des Dampfes mit dem Wasser kommt. Dies könnte zu Erosions- und Temperaturproblemen im stromabwärtsbefindlichen Kondensator führen.

[0004] Die Auslegung der Einspritzblende und der Wassereinspritzung lediglich für einen Arbeitspunkt ist dementsprechend keine optimale Lösung beim Einsatz in Kraftwerken.

[0005] An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Möglichkeit anzugeben, die Dampfparameter optimal anpassen zu können, insbesondere an Lastfälle anpassen zu können.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einspritzblende zur Vermischung von Wasser und Dampf in einer Rohrleitung, wobei in der Blende eine erste Einspritzleitung und eine zweite Einspritzleitung zur Einspritzung von Wasser in einen Einspritzblende-Strömungskanal ausgebildet ist, wobei der Einspritzblenden-Strömungskanal durch eine innenseitige Einspritzblenden-Strömungsoberfläche auf der Einspritzblende gebildet ist.

[0007] Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Abkühlen eines Dampfes, wobei der Dampf durch eine Einspritzblende strömt, wobei Wasser über eine erste Einspritzleitung und einer zweiten Einspritzleitung in den Dampf eingespritzt wird.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0009] Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass neben einer im Stand der Technik bekannten singulären Einspritzung eine duale Einspritzung mit zwei Einspritzleitungen zu einer besseren Durchmischung des Wassers mit dem Dampf führt. Dadurch werden die Dampfparameter besser an das Niveau des Kondensators abgestimmt. Die Einspritzung über die erste Einspritzleitung und die zweite Einspritzleitung erfolgt zweistufig. Das bedeutet, dass während eines Anfahrvorganges, bei der nicht die volle Wassermenge benötigt wird, in der ersten Einspritzleitung 0% - 60% der Einspritzung über eine Regelung erfolgt. Bei beispielsweise Lastabwürfen usw. wird die zweite Stufe zusätzlich eingeschaltet, so dass die zweite Stufe, die durch die zweite Einspritzleitung dargestellt wird, die restliche Kapazität von 60% - 100% realisiert wird.

[0010] Die Eindringtiefe des Wasserstrahls in den Dampfstrahl wird dadurch während der An- und Abfahrvorgänge verbessert. Die Folge ist, dass Temperatur- und Erosionsprobleme im Kondensator vermieden werden können. Damit wird die modifizierte und erfindungsgemäße Einspritzblende nicht nur einen ausreichenden Kühlwassermassenstrom bei 100% Last einspritzen können, sondern auch eine bei Teillastbetrieb der Dampfumleitstation bessere Vermischung des Wassers mit dem Dampf gewährleisten.

[0011] In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist die innenseitige Einspritzblenden-Strömungsoberfläche der Einspritzblende als Laval-Düse ausgebildet. Das bedeutet im Grunde, dass der Strömungsquerschnitt sich zuerst verjüngt und anschließend vergrößert. Dies führt dazu, dass die Druckverteilung in der Einspritzblende optimiert wird.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Einspritzblende im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Rotationssymmetrieachse ausgebildet und die erste Einspritzleitung unter einem Winkel α1 gegenüber der Einspritzblenden-Strömungsoberfläche angeordnet, wobei die zweite Einspritzleitung unter einem Winkel α2 gegenüber der Einspritzblenden-Strömungsoberfläche angeordnet ist, wobei die Winkel α1 und α2 Werte zwischen 10° und 80° annehmen können. Eine optimale Durchmischung des Dampfstrahls mit dem Wassereinspritzstrahl ist möglich, wenn die beiden Strömungsrichtungen (des Dampfstrahls und des Wassereinspritzstrahls) nicht unter einem stumpfen Winkel angeordnet sind. Besser wäre eine Durchmischung unter einem Winkel zwischen 10° und 80°. Weitere vorteilhafte Winkel liegen in Bereichen von 20° bis 70° sowie zwischen 30° und 60°.

[0013] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Winkel α1 und α2 im Wesentlichen identisch.

[0014] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die erste Einspritzleitung und die zweite Einspritzleitung mit einer gemeinsamen Einspritzleitung verbindbar. Bei dieser Realisierung kann in der ersten Einspritzleitung und in der zweiten Einspritzleitung jeweils ein Ventil eingesetzt werden. Für die erste Einspritzleitung, die für die erste Stufe verantwortlich ist und eine Kapazität von 0% bis 60% der Gesamtmenge in der gemeinsamen Einspritzleitung abdeckt, ist ein Regelventil zu berücksichtigen.

[0015] Für die zweite Einspritzleitung, die für die Kapazität von 60% bis 100% eingesetzt wird, genügt ein Steuerventil.

[0016] Die erste Einspritzleitung und die zweite Einspritzleitung sind über eine gemeinsame Einspritzleitung strömungstechnisch verbunden. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die zweite Einspritzleitung über das Ventil versperrt, so dass lediglich über die erste Einspritzleitung Wasser eingespritzt werden kann.

[0017] Sobald eine erhöhte Kapazität an Wasser benötigt wird, wird das zweite Steuerventil geöffnet, so dass die Möglichkeit besteht, bis zu 100% der Wassereinspritzmenge in die Einspritzblende hineinströmen zu lassen, um dadurch eine bessere Vermischung mit dem Dampfstrahl zu ermöglichen.

[0018] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Bauteile mit gleichen Bezugszeichen weisen im Wesentlichen die gleiche Wirkungsweise auf.

[0019] Es zeigen:

Figur 1

eine Draufsicht in Strömungsrichtung auf eine Einspritzblende;

Figur 2

eine Querschnittsansicht der Einspritzblende.

[0020] Die Figur 1 zeigt eine Ansicht einer Einspritzblende 1 in einer Strömungsrichtung 2 gesehen. Die Strömungsrichtung 2 zeigt hierbei senkrecht zur Zeichenebene. Die Einspritzblende 1 ist innerhalb einer Rohrleitung 3 angeordnet, wobei diese Rohrleitung 3 in einer Umleitstation in einem Dampfkraftwerk oder in einem Gasturbinenkraftwerk angeordnet ist. Durch diese Rohrleitung 3 strömt ein Dampf, der in einem Dampferzeuger erzeugt wurde. Die Einspritzblende 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Rotationssymmetrieachse 4 ausgebildet. Die Einspritzblende 1 weist innerhalb der Rohrleitung 3 eine Einspritzblenden-Strömungsoberfläche 5 auf, die als, was in der Figur 2 ersichtlich ist, Laval-Düse ausgebildet ist.

[0021] Die Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Einspritzblende 1. Die Einspritzblende 1 ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzblenden-Strömungsoberfläche 5 einer Laval-Düse ähnelt. Das bedeutet, dass in der Strömungsrichtung 2 die Laval-Düse in einem ersten Bereich 6 einen vergleichsweise großen Strömungsquerschnitt aufweist. An den ersten Bereich 6 schließt sich ein Verjüngungsbereich 7 an, in dem der Strömungsquerschnitt verringert wird. Nach dem Verjüngungsbereich 7 schließt sich ein kontinuierlicher Bereich 8 an, in dem der Strömungskanal kontinuierlich erweitert wird. In dem kontinuierlichen Bereich 8 ist eine erste Einspritzleitung 9 und eine zweite Einspritzleitung 10 angeordnet. Der erste Bereich 6, der Verjüngungsbereich 7 und der kontinuierliche Bereich 8 sind in Strömungsrichtung 2 gesehen, hintereinander angeordnet. Die erste Einspritzleitung 9 ist unter einem Winkel α₁ geneigt, der im Wesentlichen gegenüber der Einspritzblenden-Strömungsoberfläche 5 angeordnet ist. Die zweite Einspritzleitung 10 ist unter einem Winkel α₂ gegenüber der Einströmblenden-Strömungsoberfläche 5 ausgebildet. Der Winkel α₁ kann Werte zwischen 10° - 80°, 20° - 70°, 30° - 60° annehmen. Der Winkel α₂ kann Werte zwischen 10° - 80°, 20° - 70° und 30° - 60°annehmen. Insbesondere können die Winkel α₁ und α₂ im Wesentlichen identisch sein. Die erste Einspritzleitung 9 mündet in eine erste Zuführleitung 11. Die zweite Einspritzleitung 10 mündet in eine zweite Zuführleitung 12. In der ersten Zuführleitung 11 ist ein Regel-Ventil 13 angeordnet. In der zweiten Zuführleitung 12 ist ein Steuer-Ventil 14 angeordnet. Die erste Zuführleitung 11 und die zweite Zuführleitung 12 münden in eine gemeinsame Einspritzleitung 15. In dieser gemeinsamen Einspritzleitung 15 ist eine Messeinrichtung 16 angeordnet, die die Durchflussmenge ermittelt.

[0022] Während des Betriebs wird das Steuer-Ventil 14 zunächst geschlossen, so dass über die zweite Einspritzleitung 2 kein Wasser in den Dampfstrahl eingeströmt wird. Sofern im Dampfstrahl eine Wasserkapazität von 0% - 60% benötigt wird, wird das Regel-Ventil 13 geöffnet, wobei eine Regelung die Durchflussmenge in der ersten Einspritzleitung 9 in den Dampfstrahl regelt.

[0023] Sofern eine erhöhte Kapazität an Wasser im Dampfstrahl benötigt wird, wird das Steuer-Ventil 14 geöffnet, so dass eine Kapazität von bis zu 100% in den Dampfstrahl möglich ist. Daher wird in der zweiten Einspritzleitung 10 die Kapazität von 60% - 100% übernommen.

[0024] Zwischen der ersten Einspritzleitung 9 und der ersten Zuführleitung 11 ist eine erste Bohrung 17 in der Einspritzblende 1 angeordnet. Zwischen der zweiten Einspritzleitung 10 und der zweiten Zuführleitung 12 ist eine zweite Bohrung 18 in der Einspritzblende 1 angeordnet.

Ansprüche

1. Einspritzblende (1) zur Vermischung von Wasser und Dampf in einer Rohrleitung (3),
wobei in der Einspritzblende (1) eine erste Einspritzleitung (9) und eine zweite Einspritzleitung (10) zur Einspritzung von Wasser in einen Einspritzblenden-Strömungskanal ausgebildet ist,
wobei der Einspritzblenden-Strömungskanal durch eine innenseitige Einspritzblenden-Strömungsoberfläche (5) auf der Einspritzblende (1) gebildet ist.

2. Einspritzblende (1) nach Anspruch 1,
wobei die innenseitige Einspritzblenden-Strömungsoberfläche (5) als Laval-Düse ausgebildet ist.

3. Einspritzblende (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Einspritzblenden-Strömungskanal in einer Strömungsrichtung (2) des einströmenden Dampfes zunächst verjüngt und anschließend erweitert ausgebildet ist.

4. Einspritzblende (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Einspritzblende (1) im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Rotationssymmetrieachse (4) ausgebildet ist und die erste Einspritzleitung (9) unter einem Winkel α₁ gegenüber der Einspritzblenden-Strömungsoberfläche (5) angeordnet ist,
wobei die zweite Einspritzleitung (10) unter einem Winkel α₂ gegenüber Einspritzblenden-Strömungsoberfläche (5) angeordnet ist,
wobei α₁ und α₂ Werte zwischen 10° und 80° annehmen kann.

5. Einspritzblende nach Anspruch 4,
wobei α₁ und α₂ im Wesentlichen identisch sind.

6. Einspritzblende (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste Einspritzleitung (9) und die zweite Einspritzleitung (10) mit einer gemeinsamen Einspritzleitung (15) verbindbar sind.

7. Verfahren zum Abkühlen eines Dampfes,
wobei der Dampf durch eine Einspritzblende (1) strömt, wobei Wasser über eine erste Einspritzleitung (9) und einer zweiten Einspritzleitung (10) in den Dampf eingespritzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei die erste Einspritzleitung (9) und die zweite Einspritzleitung (10) mit einer gemeinsamen Einspritzleitung (15) strömungstechnisch verbunden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei in der ersten Einspritzleitung (9) ein erstes Ventil (13) und in der zweiten Einspritzleitung (10) ein zweites Ventil (14) angeordnet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
wobei die zweite Einspritzleitung (10) zunächst verschlossen wird und nur über die erste Einspritzleitung (9) Wasser eingespritzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei die erste Einspritzleitung (9) 0% - 60% der Gesamtdurchflussmenge der in der gemeinsamen Einspritzleitung (15) strömenden Wassers in den Dampf einspritzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei die zweite Einspritzleitung (10) die restlichen 60% ― 100% der Gesamtdurchflussmenge der in der gemeinsamen Einspritzleitung strömenden Wassers in den Dampf einspritzt.

Zeichnung