Dampfkraftanlage mit besonders hohen Überhitzungstemperaturen Die
Entwicklung der Dampfkraftanlage ging, nachdem die Maschinen selbst eine Vollkommenheit
erreicht hatten, die kaum noch wesentliche Verbesserungen erwarten ließ, hauptsächlich
in Richtung einer Vergrößerung des Wärmegefälles durch Erhöhung von Druck und Temperatur
des Frischdampfes. Während aber die Drücke dauernd gesteigert, ja bis zum kritischen
Druck erhöht wurden, ist man bezüglich der Temperatur bei etwa 5oo° C stehengeblieben,
obschon eine Erhöhung der Temperatur größere Gewinne bringt als die Erhöhung des
Druckes. Die z. B. in der chemischen Industrie hie und da verwendeten hohen Dampfüberhit7-ungstemperaturen
mußten in der Dampfkrafttechnik unbeachtet bleiben, da es sich dabei meist um niedrige
Drücke und andersgeartete Betriebsverhältnisse handelte. . Anders verlief die Entwicklung
der Gasturbine. Dort machte man sich die Fortschritte in der Herstellung warmfester
Baustoffe zu Nutze, und in der Tat hat sich gezeigt, daß Gasturbinen mit 6oo° Treibgastemperatur
in einwandfreiem Dauerbetrieb gehalten werden können.Steam power plant with particularly high superheating temperatures
Development of the steam power plant went after the machines themselves became a perfection
had achieved that hardly any significant improvements could be expected, mainly
in the direction of an increase in the heat gradient by increasing pressure and temperature
of the live steam. But while the pressures increased continuously, even to the critical point
Pressure have been increased, the temperature has remained at about 500 ° C,
although an increase in temperature brings greater gains than an increase in the
Pressure. The z. B. in the chemical industry now and then used high steam overheating temperatures
had to be ignored in steam power engineering, since these are mostly low
Pressures and different operating conditions acted. . The development was different
the gas turbine. There one made progress in the production of heat resistant
Building materials to use, and in fact it has been shown that gas turbines with 600 ° propellant gas temperature
can be kept in perfect continuous operation.
Überträgt man diese hohe Temperatur aber auf Dampfkraftanlagen, so
ergeben sich große Schwierigkeiten und Verteuerungen, und zwar vornehmlich wegen
des überhitzers. überhitzer für sehr hohe überhitzungstemperaturen .werden teuer,
da sie aus besten, warmfesten Stahlrohren hergestellt werden müssen und sehr viel
dieses kostbaren Materials benötigen, da die Heizflächen verhältnismäßig groß werden.
Der Grund hierfür ist der, daß man zur Niedrighaltung der Rohrwandtemperatur mit
reduzierten Heizgasteemperaturen. arbeiten muß. Trotzdem
nehme
die Rohrwände eines großen Teiles des hlx°rhitzers Temperaturen an, die noch wesentlich
über der höchsten Überhitzungstemperatur liegen. Eine weitere Steigerung der Rohrwandtemperaturen
und damit ernste Gefährdung der Rohre kann z. B. bei Belastungsänderungen eintreten,
wenn die Feuerführung nicht vollständig mit der Dampfentnahme synchron läuft. Nun
hat man allerdings schon vorgeschlagen, dieser Gefahr dadurch zu begegnen, daß man
den Hochüberhitzer aus den Rauchgaszügen des Dampferzeugers herausnahm und mit einer
besonderen, leicht regelbaren Feuerung versah. überließ man dann dem Dampferzeuger
die überhitzung auf niedrige überhitzungstemperatur, so wurde zwar die. Heizfläche
für den getrennt gefeuerten überhitzer vermindert, es verblieben aber die sehr großen,
aus teurem Baustoff herzustellenden Heizflächen für die Endüberhitzung.However, if this high temperature is transferred to steam power plants, see above
there are great difficulties and increases in price, mainly because of
of the superheater. Superheaters for very high superheating temperatures. become expensive,
because they have to be made from the best, heat-resistant steel pipes and a great deal
need this precious material, since the heating surfaces are relatively large.
The reason for this is that you have to keep the pipe wall temperature low
reduced heating gas temperatures. have to work. Nevertheless
take
the pipe walls of a large part of the hlx ° rhitzers to temperatures which are still substantial
are above the highest overheating temperature. Another increase in pipe wall temperatures
and thus serious risk to the pipes can, for. B. occur in the event of load changes,
if the fire control is not fully synchronized with the steam extraction. so
However, it has already been suggested that this danger be countered by
took the high superheater out of the flue gas passages of the steam generator and with a
special, easily controllable firing. then left to the steam generator
the overheating to low overheating temperature, so was the. Heating surface
reduced for the separately fired superheater, but the very large,
Heating surfaces made of expensive building material for final overheating.
Um diese zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Hochüberhitzer
mit einer Druckfeuerung zu bauen und zu betreiben und einer Kesselanlage nachzuschalten,
die den Dampf auf übliche, d. h. mäßige Temperatur überhitzt liefert derart, daß
die Heizgase mit sehr hoher Geschwindigkeit an den Heizflächen vorbeibewegt werden
und das hierzu erforderliche Druckgefälle von einem Verdichter geliefert wird, der
von einer Gasturbine angetrieben ist. deren Treibgase die Heizgase selbst sind.In order to reduce this, the invention proposes the high superheater
to build and operate with a pressure furnace and to connect it to a boiler system,
which the steam on usual, d. H. moderate temperature overheating provides such that
the heating gases are moved past the heating surfaces at a very high speed
and the pressure drop required for this is supplied by a compressor that
is driven by a gas turbine. whose propellant gases are the heating gases themselves.
Durch die verwendeten hohen Heizgasgeschwindigkeiten (w > ioom/sec)
und die hohen Heizgasdrücke (p > i,5ata) werden sehr hohe Wärmeübergänge erreicht,
die eine bedeutende Verminderung der Heizfläche zur Folge haben. Der Bedarf an hochwertigem
Baustoff sinkt auf einen Bruchteil (etwa 1/4 bis 1/l0) dessen, was bei einem atmosphärisch
gefeuerten überhitzer nötig wäre. Es werden aber auch alle anderen Teile, wie Brennkammer,
Rauchgaszüge usf. wesentlich kleiner, so daß dieser überhitzer in unmittelbarer
Nähe der Turbine aufgestellt werden kann. Es werden damit auch Rohrleitungen, die
teilweise ebenfalls für die hohen Temperaturen gebaut sein müssen, erspart und ein
Großteil der Übertragungsverluste vermieden.Due to the high heating gas speeds used (w> ioom / sec)
and the high heating gas pressures (p> i, 5ata) very high heat transfers are achieved,
which result in a significant reduction in the heating surface. The need for high quality
Building material sinks to a fraction (about 1/4 to 1 / l0) of what at an atmospheric level
fired superheater would be necessary. But all other parts, such as the combustion chamber,
Flue gas ducts etc. much smaller, so that this superheater in the immediate
Can be placed near the turbine. There are also pipelines that
partly also have to be built for the high temperatures, saved and a
Most of the transmission losses avoided.
Bei getrennt gefeuerten überhitzern, deren Heizgase nur sehr wenig
ausgenutzt werden können, besonders wenn der Dampf bereits vorüberhitzt angeliefert
wird, schlug man auch schon vor, die! noch heißen Abgase in den Kessel zurückzuführen,
um sie zur Dampferzeugung oder zur Speisewasservorwärmung zu verwenden. Der erfindungsgemäße
überhitzer bietet nun den weiteren Vorteil, daß durch die Gasturbine ein wesentlicher
Teil der Abgaswärme nutzbar verarbeitet und über den Verdichter als Luftwärme der
Brennkammer des Überhitzers wieder zugeführt wird. Aber auch die noch verbleibende
Abgaswärme kann zu weiterer Luftvorwärmung verwendet werden.With separately fired superheaters, their heating gases only have very little
can be used, especially if the steam has already been delivered preheated
it has already been suggested that they will! return hot exhaust gases to the boiler,
to use them to generate steam or to preheat the feed water. The inventive
Superheater now offers the further advantage that, through the gas turbine, an essential
Part of the exhaust gas heat can be used and processed as air heat via the compressor
Combustion chamber of the superheater is fed back. But also the remaining one
Exhaust heat can be used to further preheat the air.
Inder Abbildung ist eine Dampfkraftanlage gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt. Es ist i ein gewöhnlicher Dampfkessel, insbesondere Höchstdruckkessel,
denn die vorgeschlagenen hohen ßberhitzungstemperaturen werden meist- auch hohe
Dampfdrücke voraussetzen. Im Ü berhitzer 2 wird der Dampf auf mäßige, d. h. wesentlich
unter 500°C bleibende Temperatur überhitzt und von dort zum überhitzer 3 geleitet.
Hochüberhitzt gelangt der Dampf nun zur Vorstufe 4 der Dampfturbine 5. Die Vorstufe
wird vorteilhafterweise als hochtourige Maschine von kleinen Abmessungen ausgeführt
und durch ein Getriebe 6 mit der z. B, zweigehäusigen Hauptturbine gekuppelt. 7
ist der Kondensator, 8 der Stromerzeuger. Um sehr hohe Anlagewirkungsgrade zu erreichen,
wird es zweckmäßig sein, den Dampf nach kurzer Entspannung nochmals zu überhitzen,
was bequem mit dem gleichen überhitzer geschehen kann, in dem die hohe Frischdampftemperatur
erzeugt wurde. Der bei 9 aus der ersten Turbine 4 austretende Dampf wird also zum
überhitzer 3 zurückgeführt und nach Überhitzung z. B. in den zweiten Hochdruckzylinder
i i der Dampfturbine geleitet. Der in der Abbildung beispielsweise gezeigte überhitzer
besteht somit aus zwei überhitzern, dem Hochüberbitzer im Gehäuse 12 und dem Zwischenüberhitzer
im Gehäuse 13. Die Heizgase werden in der Brennkammer 14 erzeugt, und zwar aus der
Brennluft, die der Verdichter 15 liefert und aus Öl, Gas oder Kohlenstaub, die bei
16 eintreten. Die Heizgase verlassen den Überhitzer bei 17 und gehen zur Gasturbine
18, wo sie entspannt werden und nun entweder dein Dampfkessel oder auch einem Luftvorwärmer
zur Vorwärmung der Brennluft des Überhitzers zugeführt werden. Man kann die noch
ziemlich heißen Abgase der Gasturbine aber auch zur Vorwärmung von Speisewasser
der Kesselanlage verwenden. Zum Anlassen und Regeln versieht man die Ladegruppe
15, 18 mit ,einem Hilfsmotor 19, der sowohl ein Elektromotor als auch eind, Dampfturbine
sein kann. Da durch diesen Hilfsmotor, der, ebenso wie die Brennstoffzuführung,
unter dem Impuls der zu regelnden Betriebszustände steht, dem Verdichter eine der
Belastung entsprechende Drehzahl aufgezwungen werden kann, läßt sich jederzeit und
sofort auch heizgasseitig der entsprechende Temperaturzustand erreichen; eine Gefährdung
der Rohre durch übertemperaturen also weitgehend ausschalten. Da man aber auch den
überhitzer mit hohem Wirkungsgrad betreiben möchte, was hohe Verbrennungstemperaturen
voraussetzt, zu hohe Temperaturen an den Rohren aber vermeiden muß, so wird mit
Abgasrückführung gearbeitet, d. h. man pumpt eine gewisse Menge Abgase zurück und
mischt diese mit den heißen Brenngasen. 20 ist das Rückführgebläse, das z. B. von
einem Elektromotor 21 angetrieben wird.In the figure, a steam power plant according to the invention is schematically
shown. It is an ordinary steam boiler, especially a high pressure boiler,
because the proposed high overheating temperatures are mostly also high
Assume vapor pressures. In the superheater 2, the steam is reduced to moderate, i.e. H. essential
The temperature remaining below 500 ° C is superheated and passed from there to the superheater 3.
The steam now reaches the pre-stage 4 of the steam turbine 5, highly superheated. The pre-stage
is advantageously designed as a high-speed machine of small dimensions
and by a transmission 6 with the z. B, two-casing main turbine coupled. 7th
is the capacitor, 8 is the generator. In order to achieve very high system efficiency levels,
it will be useful to superheat the steam again after a short relaxation,
which can easily be done with the same superheater in which the high live steam temperature
was generated. The steam emerging from the first turbine 4 at 9 is therefore the
Superheater 3 returned and after overheating z. B. in the second high pressure cylinder
i i passed the steam turbine. For example, the superheater shown in the figure
thus consists of two superheaters, the high superheater in housing 12 and the reheater
in the housing 13. The heating gases are generated in the combustion chamber 14, from the
Combustion air, which the compressor 15 supplies and from oil, gas or coal dust, which at
16 enter. The heating gases leave the superheater at 17 and go to the gas turbine
18, where they are relaxed and now either your steam boiler or an air preheater
to preheat the combustion air of the superheater. You can still do it
quite hot exhaust gases from the gas turbine but also for preheating feed water
the boiler system. The charging group is provided for starting and controlling
15, 18 with, an auxiliary motor 19, which is both an electric motor and a steam turbine
can be. Since this auxiliary motor, which, like the fuel supply,
is under the impulse of the operating states to be controlled, the compressor is one of the
Load corresponding speed can be forced, can at any time and
immediately reach the corresponding temperature state on the hot gas side; a hazard
largely switch off the pipes by overheating. But since you also have the
Want to operate superheater with high efficiency, resulting in high combustion temperatures
requires, but must avoid too high temperatures at the pipes, so is with
Exhaust gas recirculation worked, d. H. a certain amount of exhaust gases is pumped back and
mixes these with the hot fuel gases. 20 is the recirculation fan, e.g. B. from
an electric motor 21 is driven.
Wird durch die geschilderten Einrichtungen die Beherrschung der Temperaturen
gewährleistet, und durch sie möglich gemacht, ungefährdet bis an die praktischen
Temperaturhöchstwerte heranzugehen, so sind es andererseits die beim Drvckfeuerungsverfahren
verwendeten hohen Heizgasgeschwindigkeiten (w' > ioo m/sec) und die hohen Heizgasdrücke
(p > 1,5 atz), durch die sich die
lieizY7äclien und damit der Bedarf
an hochwertigem' Rohrmaterial ganz beträchtlich, ja bis auf 1/1o des atmosphärisch
gefeuerten Cberhitzers, vermindern lassen. Es werden aber auch alle anderen Teile,
wie Brennkammer, Rauchkanäle usf. wesentlich kleiner, so daß dieser Überhitzer wegen
seiner beschränkten Abmessungen in unmittelbarer Nähe der Turbine aufgestellt werden
kann. Es werden also auch Höchsttemperaturrohrleitungen erspart und ein Großteil
der Übertragungsverluste vermieden.The control of temperatures is achieved through the facilities described
guaranteed, and made possible by them, safe up to the practical
To approach maximum temperature values, on the other hand, it is the case with the pressure firing process
used high heating gas velocities (w '> 100 m / sec) and the high heating gas pressures
(p> 1.5 atz), through which the
lieizY7äclien and thus the need
of high-quality pipe material quite considerably, up to 1 / 1o of the atmospheric
fired superheater. But all other parts are also
like combustion chamber, smoke ducts etc. much smaller, so that this superheater because of
its limited dimensions can be placed in the immediate vicinity of the turbine
can. It also saves high temperature pipelines and a large part
of transmission losses avoided.
Eine «eitere Ersparnis an hochlegiertem teurem t;berhitzermaterial
läßt sich dadurch erzielen, daß man den Höchstdruckdampf zuerst in mindestens einem
Turliinenalischilitt auf einen niedrigeren Druck expandieren lät3t und die Höchstüberhitzung
erst bei diesem Druck erzeugt, indem man den Überhitzer den genannten Turbinenabschnitt
nachschaltet. Auf diese Weise ist dieser zwar der Höchsttemperatur, nicht aber dem
Höchstdruck unterworfen und kaim init erheblich kleineren Wandstärken gebaut werden.A further saving in high-alloy, expensive superheater material
can be achieved by first having the maximum pressure steam in at least one
Turliinenalischilitt can expand to a lower pressure and the maximum overheating
only at this pressure generated by the superheater the said turbine section
downstream. In this way, this is the maximum temperature, but not that
Subject to maximum pressure and significantly smaller wall thicknesses can be built in init.
Bei einer Anlage der vorliegenden Art wird man das Speisewasser größtenteils
durch Anzapfdampf aus der Turbine vorwärmen. Der Vollständigkeit halber sind auch
diese Vorwärmer 22 in der Abbildung eingezeichnet. 23 ist die Speisepumpe, 24 silid
die hundensationshilfsniaschinen.In a system of the present type, most of the feed water will be used
preheat with bleed steam from the turbine. For the sake of completeness are also
this preheater 22 is shown in the figure. 23 is the feed pump, 24 is the silid
the dog guards auxiliary machines.