DE19700994A1

DE19700994A1 - Direct steam generation plant for steam turbine

Info

Publication number: DE19700994A1
Application number: DE1997100994
Authority: DE
Inventors: Nikolay Dr Ing Ivanov
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-16

Abstract

A steam generator with steam turbine in which the steam generator is designed as a burner (1) in which supplied hydrogen and oxygen are burnt to steam, which is supplied directly to the steam turbine. The water supply is controlled or regulated in order to adjust the pressure and temperature of the steam supplied to the steam turbine. The burner (1) is specifically directly arranged on the steam turbine (4), and gaseous hydrogen H2 and oxygen O2 are burnt in the burner (1).

Description

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von Wasserdampf und ins besondere einen Dampferzeuger mit angeschlossener Dampftur bine.The invention relates to the generation of water vapor and ins especially a steam generator with connected steam door bine.

Bisherige Dampferzeuger arbeiten nach dem Verdampfungsverfah ren, d. h. Wasser, das in Röhren geführt wird, verdampft durch äußere Erhitzung in den Röhren und wird abgeführt. Dieses Verfahren ist durch eine Vorrichtung mit zumeist einem Trom melkessel mit einem Wasserumlauf ausgeführt, bei dem eine Kesselspeisepumpe das Wasser über einen rauchgasbeheizten Vorwarmer in die Trommel fördert. Von dieser Trommel fallt das Wasser durch nicht beheizte Rücklaufrohre in einen unte ren Sammler, aus dem es in Kühlregistern einer Brennkammer auf steigt. Ein Teil verwandelt sich durch äußere Wärmezufuhr in Dampf, so daß ein Dampf-Wasser-Gemisch in die Trommel zu rückfließt. Diese Trommel ist gleichzeitig ein Trennapparat, das abgeschiedene Wasser macht erneut diesen Kreislauf und der erzeugte Dampf strömt durch einen Überhitzer zur Dampf turbine.Previous steam generators work according to the evaporation process ren, d. H. Water that is led into tubes evaporates through external heating in the tubes and is dissipated. This Process is through a device with mostly a trom Melkessel executed with a water circulation, in which one Boiler feed pump the water through a flue gas heated Conveys preheater into the drum. Falls from this drum the water through unheated return pipes into a bottom ren collector from which it is stored in cooling registers of a combustion chamber on rises. A part changes due to external heat input in steam so that a steam-water mixture enters the drum too flows back. This drum is also a separator, the separated water makes this cycle again and the generated steam flows through a superheater to the steam turbine.

Bei Dampferzeugerbauarten auf Basis dieser sogenannten Was ser-Dampf-Schaltung wirkt es sich aber nachteilig aus, daß hohe thermische Verluste bei der Wasser-Dampf-Bildung auftre ten, da die Warme an das Wasser nicht direkt abgegeben wird. Vielmehr erfolgt die Wärmeabgabe über die erhitzten Rohre an das Wasser. Bei diesen Dampferzeugern muß zusätzlich Energie aufgebracht werden für einen Wasservorwarmer und einen Dampf überhitzer, der den aus der Trommel abgeführten Dampf durch Zuführen von Überhitzungswarme auf Heißdampf umwandelt, der dann einer Dampfturbine zugeführt werden kann. In steam generator types based on this so-called What water vapor circuit, it has the disadvantage that high thermal losses occur in the formation of water-steam because the heat is not released directly into the water. Rather, the heat is given off via the heated pipes the water. With these steam generators, additional energy is required are applied for a water preheater and a steam superheater, which removes the steam discharged from the drum Applying superheat to superheated steam converts the can then be fed to a steam turbine.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung anzugeben, bei der Wasserdampf, der einer Dampfturbine zuge führt werden kann, auf direktere Weise hergestellt wird, so daß die thermischen Verluste geringer sind. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Wei terbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object of the invention is a device to specify, in the case of water vapor, which is supplied to a steam turbine can be made in a more direct manner, so that the thermal losses are lower. The task is solved with the features of claim 1. Advantageous Wei Further training is specified in the subclaims.

Es kommt hierbei ein Dampferzeuger zum Einsatz, der eine Brennkammer enthalt, der gasförmiger Wasserstoff und Sauer stoff zugeführt werden. Bei der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennkammer entsteht überhitzter Was serdampf, der aufgrund seiner chemischen Reinheit haufig be reits ein geeignetes Betriebsmittel für eine Dampfturbine ist. Allerdings ist dieser Wasserdampf so hoch überhitzt, daß er manchen Dampfturbinen noch nicht direkt zugeführt werden kann. Über einen Einlaß kann, über ein Ventil gesteuert, Was ser an die Brennkammer zugeführt werden. Es findet eine Ver mischung des Wassers mit dem aus der Verbrennung entstandenen Wasserdampf statt, wobei das zugeführte Wasser sich mit dem heißen Wasserdampf mischt und verdampft. Der so produzierte Wasserdampf hat dabei die Beschaffenheit, daß er direkt an die herkömmlichen Wasserdampfturbinen weitergeleitet werden kann. Durch eine Regelung der Wasserzufuhr kann ein gewünsch ter Druck und eine geeignete Temperatur des der Wasserdampf turbine zuzuführenden Wasserdampfes eingestellt werden.Here, a steam generator is used, the one Combustion chamber contains the gaseous hydrogen and acid can be fed. When burning hydrogen and oxygen in the combustion chamber creates superheated what steam, which due to its chemical purity is often is already a suitable resource for a steam turbine is. However, this water vapor is so overheated that it cannot yet be fed directly to some steam turbines can. Via an inlet, controlled via a valve, what be fed to the combustion chamber. It finds a ver mixing of the water with that from combustion Water vapor instead, with the water supplied with the hot steam mixes and evaporates. The so produced Water vapor has the property that it is directly on the conventional steam turbines are forwarded can. By regulating the water supply, a desired ter pressure and a suitable temperature of the water vapor Turbine-supplied water vapor can be set.

Nach der Erfindung kann auch Luft, insbesondere vorgereinigte Luft, anstatt reiner Sauerstoff in die Brennkammer geleitet und mit dem Wasserstoff zu Wasserdampf verbrannt werden.According to the invention, air can also be used, in particular pre-cleaned Air, rather than pure oxygen, is fed into the combustion chamber and burned with hydrogen to water vapor.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Dampferzeugern wird bei der Er findung die Verbrennungsenergie direkt genutzt, um Wasser dampf herzustellen. Verluste durch Wärmestrahlung, wie bei gängigen Dampferzeugern, treten hier fast nicht auf und somit fallt der thermische Wirkungsgrad wesentlich höher aus. Dazu trägt bei, daß ein rauchgasbeheizter Vorwarmer, ein zwischen Dampferzeuger und Dampfturbine geschalteter Überhitzer, und überhaupt mehrere voneinander getrennte Kreislaufe und/oder eine Wärmeübertragung durch Trennwände hindurch nicht nötig sind.In contrast to conventional steam generators, the Er the combustion energy is used directly to water to produce steam. Heat radiation losses, as in common steam generators, almost do not occur here and therefore the thermal efficiency is much higher. To contributes that a flue gas heated preheater, a between Steam generator and steam turbine switched superheater, and several separate circuits at all and / or heat transfer through partitions is not necessary are.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungs beispielen naher erläutert. Dabei zeigenThe invention is based on two embodiments examples explained in more detail. Show

Fig. 1 ein Schema eines direkten Dampferzeugers mit Dampf turbine, und Fig. 1 is a diagram of a direct steam generator with steam turbine, and

Fig. 2 ein Beispiel eines direkten Dampferzeugers. Fig. 2 shows an example of a direct steam generator.

In eine Brennkammer 1 (Fig. 1), die im Inneren einer Misch kammer 2 eines direkten Dampferzeugers positioniert ist, füh ren zwei Zuleitungen 3, über die gasförmiger Wasserstoff und reiner Sauerstoff, bzw. erfindungsgemaß auch Luft, in die Brennkammer 1 geleitet werden können. Darin findet nach Zün dung der zugeführten Gase eine Verbrennung statt, wobei sehr hoch überhitzter Wasserdampf entsteht. Die Brennkammer 1 sei dabei so ausgeführt, daß der durch die Verbrennung entstan dene Wasserdampf ungehindert in die Mischkammer 2 entweichen kann, beispielsweise kann die Brennkammer 1 eine Brenneröff nung aufweisen. Der entstandene, sehr hoch überhitzte Wasser dampf wird unter Vermischung mit Wasser, das über einen ven tilgesteuerten Einlaß 5 in die Mischkammer 2 gegeben werden kann, in die Mischkammer 2 geleitet. Dabei wird der über hitzte Wasserdampf abgekühlt, während das zugegebene Wasser verdampft.In a combustion chamber 1 ( Fig. 1), which is positioned in the interior of a mixing chamber 2 of a direct steam generator, two feed lines 3 lead through which gaseous hydrogen and pure oxygen, or air according to the invention, can be passed into the combustion chamber 1 . After the supplied gases have been ignited, combustion takes place, causing very superheated water vapor. The combustion chamber 1 is designed so that the water vapor produced by the combustion can escape unhindered into the mixing chamber 2 , for example the combustion chamber 1 can have a burner opening. The resulting, very highly superheated steam is passed into the mixing chamber 2 with mixing with water, which can be added to the mixing chamber 2 via a valve-controlled inlet 5 . The overheated steam is cooled while the added water evaporates.

Die Menge des zugegebenen Wassers bestimmt dabei den Druck und die Temperatur des Wasserdampfes, der direkt zum Betrieb der Dampfturbine 4 geeignet ist. The amount of water added determines the pressure and the temperature of the water vapor, which is directly suitable for operating the steam turbine 4 .

In Fig. 2 ist ein vorteilhaftes Beispiel eines direkten Dampferzeugers naher dargestellt. In eine Brennkammer 6 kann über zwei Zuleitungen 7 gasförmiger Wasserstoff und Sauer stoff, bzw. auch Luft, eingeleitet werden. Wegen der Verbren nung der zugeführten Gase tritt aus der Brennkammer 6 Wasser dampf aus, der sehr hoch überhitzt ist. Dieser überhitzte Wasserdampf kann über eine ventilgesteuerte Öffnung 8 an der Brennkammer 6 in eine Mischkammer 9 entweichen, in der eine Vermischung mit Wasser stattfindet, das über eine Öffnung in die Mischkammer 9 zugegeben werden kann. Hierbei wird die Beimischung von Wasser über ein Wassereinlaßventil 10 gere gelt. Das zugegebene Wasser kühlt in der Mischkammer den sehr hoch überhitzten Wasserdampf ab, wobei es selber verdampft.An advantageous example of a direct steam generator is shown in more detail in FIG. 2. In a combustion chamber 6 7 gaseous hydrogen and oxygen, or air can be introduced via two feed lines. Because of the combustion of the supplied gases, 6 steam emerges from the combustion chamber, which is very overheated. This superheated water vapor can escape via a valve-controlled opening 8 on the combustion chamber 6 into a mixing chamber 9 , in which mixing takes place with water, which can be added to the mixing chamber 9 via an opening. Here, the admixture is gelt gere of water through a water inlet valve 10. The added water cools in the mixing chamber to very high superheated steam from where it evaporates itself.

Der Dampf kann auf diese Weise gemäß den verfahrenstechni schen Vorgaben, nach denen er weiterverwendet werden soll, direkt mit den gewünschten Werten von Druck und Temperatur produziert werden. Zum Beispiel kann er über ein Turbinenein laßventil 11 direkt an eine Dampfturbine 12 weitergeleitet werden.In this way, the steam can be produced directly with the desired values of pressure and temperature in accordance with the procedural requirements according to which it is to be used further. For example, it can be passed directly to a steam turbine 12 via a Turbinenein let valve 11 .

Die an der Dampfturbine 12 auftretenden Dampfabgase können über eine Dampfrückführung 13 auch wieder in die Mischkammer 9 über ein Dampfeinlaßventil 14 abgeleitet werden, wobei die Dampfabgase in einem Dampfreinigungssystem 15, beispielsweise einer Dampfzentrifuge, von den durch den Dampfturbinendurch laß bedingten Verunreinigungen befreit werden sollten.The steam exhaust gases occurring at the steam turbine 12 can also be discharged back into the mixing chamber 9 via a steam inlet valve 14 via a steam return 13 , wherein the steam exhaust gases in a steam cleaning system 15 , for example a steam centrifuge, should be freed from the contaminants caused by the steam turbine.

In diesem Verfahrensbeispiel ist eine zentrale Steuereinheit 16 an einen Sensor 17 angeschlossen, der an der Mischkammer 9 angebracht ist. Ferner ist eine Zündleitung 18 zu einer mit einem Zünder versehenen Brennerplatte 19 am Ende der Zulei tungen 7 vorgesehen. Der Sensor mißt zu jedem Zeitpunkt die jeweilige Dampfbeschaffenheit in der Mischkammer 9 und gibt die Daten an die zentrale Steuereinheit 16 weiter. Nach einer Auswertung der Daten in der zentralen Steuereinheit 16 über nimmt diese die Steuerung der im System befindlichen Ventile, vorzugsweise geschieht dies mittels eines rechnergestützten Prozeßleitsystems. Falls beispielsweise der Dampf in der Mischkammer 9 zu hoch überhitzt wäre, könnte die zentrale Steuereinheit 16 die ventilgesteuerte Öffnung 8 der Brennkam mer 6 schließen und nur Wasser oder auch gereinigte Dampfab gase zur Abkühlung zuführen. Erst bei der richtigen Dampfbe schaffenheit würde das Turbineneinlaßventil 11 geöffnet wer den. Es kann aber insbesondere auch möglich sein, das zusätz liche Wasser direkt in die Brennkammer 6 einzuleiten, z. B. an der Brennerplatte 19 einzusprühen oder mittels entsprechender Düsen zu vernebeln.In this method example, a central control unit 16 is connected to a sensor 17 which is attached to the mixing chamber 9 . Furthermore, an ignition line 18 to a burner plate 19 provided with an igniter is provided at the end of the supply lines 7 . The sensor measures the respective steam quality in the mixing chamber 9 at any time and forwards the data to the central control unit 16 . After an evaluation of the data in the central control unit 16 , this takes over the control of the valves in the system, preferably this is done by means of a computer-aided process control system. If, for example, the steam in the mixing chamber 9 were overheated too much, the central control unit 16 could close the valve-controlled opening 8 of the combustion chamber 6 and only supply water or also cleaned steam gases for cooling. Only with the correct Dampfbe the turbine inlet valve 11 would open the who. However, it can in particular also be possible to introduce the additional water directly into the combustion chamber 6 , for. B. spray on the burner plate 19 or atomize by means of appropriate nozzles.

Durch die standige Messung der Dampfbeschaffenheit und die sofortige Auswertung sowie die damit verbundenen Ventilsteue rungen kann ein durchaus kontinuierlicher Dampfturbinenbe trieb sichergestellt werden.Due to the constant measurement of the steam quality and immediate evaluation and the associated valve control can be a continuous steam turbine level drive must be ensured.

Claims

1. Steam generator with a steam turbine, characterized in that the steam generator is designed as a combustion chamber ( 1 ) in which hydrogen and oxygen supplied are burned to form water vapor, which is fed directly to the steam turbine ( 4 ).

2. Steam generator with steam turbine according to claim 1, characterized by a controllable supply of water into the combustion chamber ( 1 ) or an outlet of the Brennkam mer ( 1 ).

3. steam generator with steam turbine according to claim 2, characterized by a control or regulation the water supply for setting the pressure and temperature of the steam supplied to the steam turbine.

4. Steam generator with a steam turbine, characterized in that the combustion chamber ( 1 ) is arranged directly on the steam turbine ( 4 ).

5. A process for the production of water vapor, in particular for operating a steam turbine ( 4 ), characterized in that gaseous hydrogen H ₂ and oxygen O _{2 are} burned in a combustion chamber ( 1 ).

6. The method according to claim 5, characterized in that pressure and Temperature of the water vapor through additional feed be adjusted by water.

7. The method according to claim 5 or claim 6, characterized in that as a sow air is used.