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EP1241323A1 - Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage sowie Dampfkraftanlage - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage sowie Dampfkraftanlage Download PDF

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Publication number
EP1241323A1
EP1241323A1 EP01106600A EP01106600A EP1241323A1 EP 1241323 A1 EP1241323 A1 EP 1241323A1 EP 01106600 A EP01106600 A EP 01106600A EP 01106600 A EP01106600 A EP 01106600A EP 1241323 A1 EP1241323 A1 EP 1241323A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
condensate
steam
partial
preheating
partial flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01106600A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tilman Abel
Dieter Blanck
Georg Haberberger
Imke Riebeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP01106600A priority Critical patent/EP1241323A1/de
Priority to AT02719925T priority patent/ATE354016T1/de
Priority to DE50209484T priority patent/DE50209484D1/de
Priority to PCT/EP2002/002023 priority patent/WO2002075119A1/de
Priority to ES02719925T priority patent/ES2280526T3/es
Priority to EP02719925A priority patent/EP1368555B1/de
Priority to DK02719925T priority patent/DK1368555T3/da
Priority to TW091104247A priority patent/TW538193B/zh
Priority to ARP020100926A priority patent/AR032996A1/es
Publication of EP1241323A1 publication Critical patent/EP1241323A1/de
Priority to US10/661,191 priority patent/US6964167B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/40—Use of two or more feed-water heaters in series

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Steam power plant, steam generated in a boiler after flowing through at least one turbine in a condenser is condensed, the condensate obtained is preheated and fed back into the boiler as feed water becomes.
  • the invention further relates to a steam power plant to carry out the procedure.
  • a steam power plant is usually used to generate electrical Energy or to drive a machine used. This is a in an evaporator circuit Steam power plant-led working medium, usually a Water-water / steam mixture, in an evaporator or steam generator (Boiler) evaporated. The steam generated relaxes working in a steam turbine and then fed to a capacitor. That condensed in the condenser Working fluid is then pumped again Boiler supplied for steam generation.
  • Steam power plant-led working medium usually a Water-water / steam mixture
  • Boiler evaporator or steam generator
  • EP-A2-1 055 801 describes a method for operating a Steam power plant known in which by means of partial steam mass flows from the amount of turbine steam as feed water Condensate used preheated to near the boiling temperature becomes. To avoid the decrease in the power consumption at the subsequent steam turbine stages provide that the waste heat from fuel cells to preheat the condensate is used. By preheating the feed water from the waste heat of the fuel cells and the associated Increase in the amount participating in the expansion achieved an increase in steam process efficiency. Through the integrated in the preheating section of EP-A2-1 055 801 Fuel cell arrangement is a constructive and cost-effective relatively expensive preheating due to the external heat supply achieved through the fuel cells.
  • the object of the invention is a method of the aforementioned Specify the type of preheating of the boiler Boiler feed water to be supplied with simultaneous increase in output the turbine can be achieved. Another job the invention is to provide a steam power plant with such an operating method can be carried out.
  • This object is achieved by a method for Operation of a steam power plant solved, being in a boiler generated steam after flowing through at least one turbine is condensed in a condenser, the obtained Preheated condensate and the boiler as boiler feed water is fed back, the condensate for preheating the condensate into a first partial flow and a second partial flow divided, only the first partial flow preheated, and the second partial stream mixed again with the preheated first partial stream becomes.
  • the invention is based on the consideration that for Performance increase of a switched in a steam power plant Turbine the steam mass flow through the turbine on the one hand and on the other hand, the preheating temperature of the boiler Boiler feed water must be taken into account. Both process variables are linked together by the usually in Steam power plants tapping the turbine, wherein a partial steam mass flow for preheating the condensate obtained is taken from the steam turbine process. This steam extraction goes at the expense of the performance of the turbine, in particular on the overall efficiency of the steam power plant. That in Condenser obtained condensate is used in the known plants fully preheated using bleed steam, while doing so on a preheated the highest possible temperature near the boiling temperature, before it is fed into the boiler as boiler feed water becomes. Through this rigid coupling of the condensate preheating steam extraction is the performance of the turbine at constant Live steam pressure set.
  • the invention now shows a completely different way, with which, if necessary, an increase in the power of the turbine Steam power plant is reached in which the preheating temperature as required by mixing partial flows of condensate is set flexibly.
  • This is the condensate flow into a first partial flow and a second partial flow divided, with only the first partial flow preheated, and the second partial flow the preheated first partial flow is added again.
  • the term partial flow is here as real partial flow of that deposited in the condenser Take up condensate.
  • the first is advantageous Partial flow and the second partial flow flexible in the division adjustable, which means more or less process steam available in the turbine for performing work is.
  • Another advantage is the fact that with the presented Solution it becomes possible for the first time through a partial flow to increase the output of the preheating section achieve without the life of the components, in particular the preheating devices of the steam turbine system, is restricted. This is particularly evident more efficient heat consumption than with a total conversion the preheating section, at least at times at all no condensate is preheated, i.e. the first partial flow Is 0. This is for example for high pressure preheaters or the like of importance.
  • the first Partial flow preheated with bleed steam from the turbine By preheating only the first partial stream with bleed steam from the turbine it is ensured that only one is opposite correspondingly lower than conventional tapping Amount of bleed steam required for preheating. Consequently more process steam is immediately available in the steam turbine Power increase of the turbine available.
  • the first condensate mass flow correlates Partial flow with the bleed steam mass flow directly, so that each the larger the first partial flow, the greater the amount of required Tapping steam to preheat the first substream to achieve a desired temperature.
  • suitable Coupling the tapping steam flow with the first partial flow the need for bleed steam arises automatically. The process is special due to this self-regulating effect inexpensive and flexible to operate the steam power plant, especially adapted to increase the performance of the turbine.
  • the first partial flow preheated in at least two stages.
  • a desired temperature of the first partial flow after the Preheating precisely adjustable. All preheating levels can be adjusted as required or only part of the preheating stages for preheating of the first partial flow. This way the possibility of individual stages of the Utilize preheating and thereby further process heat for to have the turbine process available.
  • the precise setting a desired temperature of the first partial flow preheating and before mixing with the second partial flow also enables precise adjustment of the mixing temperature when mixing the partial flows so that the preheating temperature of the boiler feed water can be adjusted accordingly is.
  • the Preheating the first part of the strand also in just one stage, especially possible in exactly one stage.
  • Preheating temperature is preferred when mixing the partial streams boiler feed water from 210 ° C to 250 ° C, in particular from 220 ° C to 240 ° C.
  • the pressure of the boiler feed water is typically about 300 bar.
  • the preheating temperature of the boiler feed water lowered by about 30 ° C to 70 ° C.
  • the first partial stream and the second partial flow in a ratio of 0.4 to 0.8, in particular divided in a ratio of 0.6 to 0.7.
  • the first partial flow is from a Temperature of about 200 ° C to a temperature of about 280 ° C preheated, while the second partial flow is not preheated and therefore at a temperature of 200 ° C to before Mixture with the first partial stream remains.
  • the pressure of Condensate flows remain largely unchanged 300 bar.
  • the metered bypassing of the second is advantageous Partial flow around the preheating section and the mixture of two partial flows after preheating the first partial flow the preheating temperature of the feed water to be supplied to the boiler adjustable if necessary.
  • the preferred one is Distribution of the partial flows controlled or regulated carried out.
  • the method of the invention is particular intended for use in steam power plants, the have a boiler that runs on fossil fuel, for example coal or oil.
  • a steam power plant for implementation of the method described above, comprising a boiler for generating steam, at least one turbine, one the turbine downstream condenser, one Condensate line for returning the condensate to the boiler and a preheater connected in the condensate line for preheating condensate, one being the preheater bypass line is provided so that the Preheater only with a first partial flow of Condensate can be applied.
  • bypass line that connects the preheater ensures that the preheater only charged with the first partial flow of condensate while a second partial flow is the bypass line flows through without preheating.
  • bypass line understood here that this parallel to the preheater is guided, the bypass line upstream branches off from the preheater from the condensate line and downstream of the preheater to the condensate line connected. Upstream of the preheater a junction is provided for this while a mixing point is arranged downstream of the preheating device is.
  • the condensate from the condenser is at the branch in the first partial flow and one related to the Total condensate flow complementary second partial flow can be split.
  • the first condensate flow is related to the direction of flow the condensate after the branch in the condensate line performed, in which the preheater to Preheating the first condensate flow is switched.
  • the second condensate flow and the preheated first condensate flow are at the mixing point, i.e. on the downstream one Connection point of the bypass line to the condensate line, miscible, with a mixing temperature depending on Mass flow of the first and the second partial flow of condensate and depending on the heat absorption of the first condensate flow in the preheater is adjustable.
  • the preheating device is connected to the turbine via a bleed line.
  • a bleed line This makes a direct coupling of bleed steam as Preheating medium in heat exchange with the first partial flow of Condensate reached in the preheater of the steam power plant.
  • the thermal energy required for preheating is over the bleed steam mass flow directly adjustable, the bleed steam mass flow self-regulating in size depends on the mass flow of the first partial flow. The bigger the first partial flow the greater the heat requirement in the preheating device and thus the amount of bleed steam which is removed from the turbine.
  • the bypass line preferably has a regulating valve for regulating of a second partial stream bypassing the preheating device of the condensate.
  • the control valve is used for control or also to preset the second partial flow, which does not flow through the preheater and therefore does not lead to bleed steam extraction.
  • the second partial flow in the bypass line is precise adjustable and therefore the amount of heat needed for preheating of the second complementary to the first partial flow Partial flow is required in the preheater.
  • Farther is advantageously the mixing temperature at the mixing of the partial flows at the mixing point in the condensate line adjusts with the control valve. Thereby is depending on the need for the performance of the steam turbine is to increase the amount of the second, the preheater bypassing partial flow adjustable in the bypass line, in particular adjustable in a corresponding control loop.
  • the bypass line preferably opens downstream of the preheating device into the condensate line.
  • the confluence is there at the same time the mixing point at which the first partial flow with the second partial stream is mixed, after mixing itself a desired preheating temperature of the boiler Boiler feed water sets itself.
  • the preheating device preferably has at least one heat exchanger, especially a high pressure preheater. It several heat exchangers can also be connected in series be and thereby a multi-stage heating of the first partial flow of condensate.
  • the heat exchanger When designing the heat exchanger as a high-pressure preheater for a steam power plant is the preheater with condensate at a pressure of about 300 bar and a high pressure stage of the turbine assigned.
  • the turbine can also, as is usually the case in Steam power plants provided a high-pressure sub-turbine and / or a medium-pressure sub-turbine and / or a low-pressure sub-turbine exhibit.
  • the system concept of the invention can therefore be very flexible can be applied to different steam power plants, which is a combination of different turbine types (high pressure, Medium pressure, low pressure turbines) with corresponding Preheaters include.
  • An over is preferably parallel to the preheater
  • a bypass line that can be activated is activated.
  • This bypass line is in the event of a quick close, for example in an emergency situation when there is a risk of flooding or overheating of the preheating device, for total bypassing the preheater with condensate.
  • the bypass line via the quick-action fitting can be activated, i.e. unlockable, whereby at the same time the flow of condensate in the condensate line increases the preheater is interrupted.
  • the quick-closing fitting is designed, for example, as a three-way fitting, the at least the first partial flow of condensate after activation via the bypass line, so that no preheating of condensate in the preheater more takes place.
  • the bypass line is usually not activated, so the first partial flow through the condensate line is delivered to the preheater.
  • Bypass line increased operational safety the steam power plant, especially in combination with the bypass line given according to the invention.
  • the method according to the invention and a steam power plant for carrying out the method are described using an exemplary embodiment and a schematic drawing.
  • the single figure shows a steam power plant in a simplified representation.
  • the steam power plant 1 shown in the figure which is part of a power plant, has a steam turbine 5 and a boiler 3 for generating steam D.
  • the turbine 5 is followed by a condenser 7 on the exhaust side via an exhaust line 51.
  • the steam power plant 1 has a condensate line 13 which is connected to the condenser 7 on the outlet side.
  • a first pump 41, a feed water tank 45 and a second pump 43 are connected in succession in the condensate line 13 in the flow direction of the condensate.
  • a preheating device 15 for preheating condensate K is connected in the condensate line 13.
  • the preheating device 15 is arranged upstream of the boiler 3 in the flow direction of the condensate K.
  • the preheating device comprises a first preheating stage 9A and a second preheating stage 9B following the first preheating stage.
  • the preheating stages 9A, 9B are designed as respective heat exchangers 23A, 23B.
  • the boiler 3 has a fossil-fired steam generator 11, which comprises a fuel supply 53 for supplying a fossil fuel 29, for example coal or oil.
  • a bleed line 19A leads from a stage of the steam turbine 5 to the heat exchanger 23B.
  • a bleed line 19B leads from a further stage of the turbine 5 to the heat exchanger 23A.
  • a respective amount of bleed steam A 1 , A 2 can be fed to the preheating device 15 or the heat exchangers 23A, 23B for preheating condensate K via the bleed lines 19A, 19B.
  • a bypass line 17 bypasses the preheating device 15, the bypass line branching off from the condensate line 13 at a separation point 47, bypassing the preheating device 15 and re-opening into the condensate line 13 at a mixing point 48 downstream of the preheating device 15.
  • a control valve 21 for regulating a umstructureden the preheater 15 substream K 2, hereinafter referred to as a second partial flow K 2, are provided.
  • the control valve 21 has a servomotor 33, via which the desired position of the control valve 21 and thus the first partial flow K 1 can be set.
  • the condensate K conveyed from the feed water tank 45 via the second pump 43 can hereby be divided into a first partial flow K 1 and a second partial flow K 2 , the first partial flow K 1 being supplied via the condensate line 13 to the preheating device 15 and the second partial flow K 2 bypasses the preheating device 15 via the bypass line 17, so that the preheating device 15 is only supplied with the first partial flow K 1 of the condensate K.
  • the preheating device 15 is connected in parallel with a bypass line 27 which can be activated via a quick-action fitting 25.
  • a respective quick-action fitting 25 is connected to the condensate line 13 upstream and downstream of the preheating device 15.
  • the quick-closing fitting 25 can be switched between two settings in a short time via an actuator 31.
  • the fitting 25 is designed as a three-way fitting, the bypass line 27 being closed, ie not activated, in the normal operating state.
  • Condensate K flows in a first partial flow K 1 through the preheating device 15 and in a second partial flow K 2 via the bypass line 17 13 is interrupted by the preheating device 15.
  • the preheating device 15 is therefore totally bypassed, ie no condensate K is delivered to the preheating device 15 and thus preheated.
  • the activatable bypass line 27 serves to bypass and thus protect the preheating device 15, in particular the heating surfaces of the heat exchangers 23A, 23B.
  • Useful steam D is fed to the turbine 5 via the steam line 49, where he relaxes while working.
  • the turbine 5 is shown here in simplified form, but can consist of several Partial turbines, not shown, for example one High-pressure sub-turbine, a medium-pressure sub-turbine and one Low-pressure turbine part exist.
  • the one on low pressure expanded steam D becomes the condenser via the steam line 51 7 fed and condenses there to condensate K.
  • Das Condensate K is via the condensate line 13 by means of first pump 41 is conveyed into the feed water tank 45 and collected there.
  • the feed water tank 45 becomes the boiler 3 by means of the second pump 43 via the preheating device 15 preheated condensate K fed as boiler feed water S, so a closed water-steam cycle arises.
  • the useful work gained in the turbine 5 is about the rotating shaft 57 to one coupled to the shaft 57 Generator 39 transmitted and converted into electrical energy.
  • the condensate K is divided into a first partial flow K 1 and a second partial flow K 2 for preheating the condensate, only the first partial flow K 1 being preheated and the second partial flow K 2 being added to the preheated first partial flow K 1 again ,
  • the division of the condensate K into the first partial flow K 1 and the second partial flow K 2 takes place at the separation point 47, the second partial flow K 2 bypassing the preheating device 15 via the bypass line 17.
  • the first partial flow K 1 is preheated from the turbine 5 by means of bleed steam A 1 , A 2 .
  • the preheating of the first partial flow K 1 takes place in two stages 9A, 9B, the first partial flow K 1 being preheated to a temperature of approximately 280 ° C. at a pressure of 300 bar.
  • the first partial stream K 1 is mixed with the second partial stream K 2 , a mixing temperature of 210 ° C. to 250 ° C., in particular of 220 ° C. to 240 ° C. being established.
  • the sub-streams K 1 , K 2 are divided, for example, in such a way that the first sub-stream K 1 makes up about 40% of the total condensate stream and the second sub-stream K 2 correspondingly about 60% of the total condensate stream upstream of the separation point 47.
  • the division of the partial flows K 1 , K 2 takes place in a controlled or regulated manner via the regulating or metering valve 21, which can be precisely adjusted in the valve position by means of the servomotor 33.
  • the preheating device 15 is bypassed in a metered manner via the bypass line 17, with a correspondingly lower requirement for bleed steam A 1 , A 2 for preheating the first partial stream K 1 in the preheating device 15.
  • a correspondingly larger mass flow of steam D is available to the working line in the turbine 5.
  • the possibility of an increase in output as required up to the boiler reserve (not the seconds reserve) of the steam power plant 1 is achieved without having to raise the live steam pressure above the design value.
  • the temperature T S of the boiler feed water S fed to the boiler 3 can be precisely adjusted and, if necessary, varied via the mixture of the first partial stream K 1 and the second partial stream K 2 , with a boiler feed water temperature T S of 210 ° C., for example. up to 250 ° C at a pressure of 300 bar if necessary.
  • the extraction of bleed steam A 1 , A 2 from the turbine 5 advantageously takes place in a self-regulating manner by coupling the first partial flow K 1 with the bleed steam A 1 , A 2 via the heat exchangers 23A, 23B.
  • the temperature of the first partial stream K 1 after passing through the heat exchangers 23A, 23B is approximately the same as the temperature of the bleed steam A 1 , A 2 , that is to say, for example, approximately 280 ° C. at a pressure of 300 bar.
  • the mixing temperature automatically.
  • This mixing temperature is also the preheating temperature T S of the boiler feed water S.
  • the preheating temperature T S is correspondingly reduced compared to conventional steam power plants, although an increase in the power of the turbine 5 is achieved due to the lower heat consumption for preheating the condensate K. This results in a significantly more efficient heat consumption than in the case of a total bypassing of the preheating device 15 which is usually carried out to increase the power.
  • the concept of the invention makes it possible to increase the power of the turbine by partial flow through the preheating device 15 without the service life of the components of the preheating device 15, for example the heating surfaces of the heat exchangers 23A, 23B, is restricted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftänlage (1), wobei in einem Kessel (3) erzeugter Dampf (D) nach dem Durchströmen wenigstens einer Turbine (5) in einem Kondensator (7) niedergeschlagen wird, das gewonnene Kondensat (K) vorgewärmt und dem Kessel (3) als Kesselspeisewasser (S) wieder zugeführt wird. Zur Kondensatvorwärmung wird - das Kondensat (K) in einen ersten Teilstrom (K1) und einen zweiten Teilstrom (K2) aufgeteilt. Es wird lediglich der erste Teilstrom (K1) vorgewärmt und der zweite Teilstrom (K2) dem vorgewärmten ersten Teilstrom (K1) wieder zugemischt. Hierdurch ist eine bedarfsweise Leistungserhöhung der Turbine (5) bis zur Kesselreserve der Dampfkraftanlage (1) möglich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage, wobei in einem Kessel erzeugter Dampf nach dem Durchströmen wenigstens einer Turbine in einem Kondensator niedergeschlagen wird, das gewonnene Kondensat vorgewärmt und dem Kessel als Speisewasser wieder zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Dampfkraftanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Eine Dampfkraftanlage wird üblicherweise zur Erzeugung elektrischer Energie oder auch zum Antrieb einer Arbeitsmaschine eingesetzt. Dabei wird ein in einem Verdampferkreislauf der Dampfkraftanlage geführtes Arbeitsmedium, üblicherweise ein Wasser-Wasser/Dampfgemisch, in einem Verdampfer oder Dampferzeuger (Kessel) verdampft. Der dabei erzeugte Dampf entspannt sich arbeitsleistend in einer Dampfturbine und wird anschließend einem Kondensator zugeführt. Das im Kondensator kondensierte Arbeitsmedium wird dann über eine Pumpe erneut dem Kessel zur Dampferzeugung zugeführt.
Bei einem derartigen allgemein bekannten Dampfkraftwerk wird mittels Teildampf-Massenströmen aus der Turbinendampfmenge das als Speisewasser eingesetzte Kondensat sukzessive bis nahe der Siedetemperatur vorgewärmt, wodurch der thermodynamische Wirkungsgrad des gesamten Prozesses steigt. Durch die Dampfentnahme aus der Turbinendampfmenge können die nachfolgenden Dampfturbinenstufen allerdings dem Dampffluid weniger Leistung entnehmen.
Aus der EP-A2-1 055 801 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfkraftwerkes bekannt, bei dem mittels Teildampf-Massenströmen aus der Turbinendampfmenge das als Speisewasser eingesetzte Kondensat bis nahe der Siedetemperatur vorgewärmt wird. Zur Vermeidung des Absinkens der Leistungsentnahme bei den nachfolgenden Dampfturbinenstufen ist vorgesehen, dass zur Vorwärmung des Kondensats die Abwärme aus Brennstoffzellen verwendet wird. Durch die Vorwärmung des Speisewassers aus der Abwärme der Brennstoffzellen und der damit verbundenen Erhöhung der an der Expansion teilnehmenden Menge, wird eine Steigerung des Dampfprozesswirkungsgrades erreicht. Durch die in die Vorwärmstrecke der EP-A2-1 055 801 eingebundene Brennstoffzellenanordnung ist eine konstruktiv und kostenmäßig relativ aufwendige Vorwärmung durch die externe Wärmezufuhr über die Brennstoffzellen erzielt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine Vorwärmung des dem Kessel zuzuführenden Kesselspeisewassers bei gleichzeitiger Leistungserhöhung der Turbine erzielbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dampfkraftanlage anzugeben, mit der ein derartiges Betriebsverfahren durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage gelöst, wobei in einem Kessel erzeugter Dampf nach dem Durchströmen wenigstens einer Turbine in einem Kondensator niedergeschlagen wird, das gewonnene Kondensat vorgewärmt und dem Kessel als Kesselspeisewasser wieder zugeführt wird, wobei zur Kondensatvorwärmung das Kondensat in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt, lediglich der erste Teilstrom vorgewärmt, und der zweite Teilstrom dem vorgewärmten ersten Teilstrom wieder zugemischt wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Leistungserhöhung einer in eine Dampfkraftanlage geschalteten Turbine der Dampfmassenstrom durch die Turbine einerseits und andererseits die Vorwärmtemperatur des dem Kessel zugeführten Kesselspeisewassers zu berücksichtigen ist. Beide Prozessgrößen sind miteinander gekoppelt durch die üblicherweise in Dampfkraftanlagen durchgeführte Anzapfung der Turbine, wobei ein Teildampf-Massenstrom zur Vorwärmung des gewonnenen Kondensats dem Dampfturbinenprozess entnommen wird. Diese Dampfentnahme geht auf Kosten der Leistung der Turbine, insbesondere auf den Gesamtwirkungsgrad der Dampfkraftanlage. Das im Kondensator gewonnene Kondensat wird in den bekannten Anlagen vollständig mittels Anzapfdampf vorgewärmt, und dabei auf eine möglichst hohe Temperatur nahe der Siedetemperatur vorgewärmt, bevor es als Kesselspeisewasser dem Kessel zugeführt wird. Durch diese starre Kopplung der Kondensatvorwärmung mit der Dampfentnahme ist die Leistung der Turbine bei konstantem Frischdampfdruck festgelegt.
Mit der Erfindung wird nun ein völlig anderer Weg aufgezeigt, mit dem im Bedarfsfall eine Leistungserhöhung der Turbine einer Dampfkraftanlage erreicht wird, in dem die Vorwärmtemperatur je nach Bedarf durch Mischung von Teilströmen von Kondensat flexibel eingestellt wird. Dazu wird der Kondensatstrom in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt, wobei lediglich der erste Teilstrom vorgewärmt, und der zweite Teilstrom dem vorgewärmten ersten Teilstrom wieder zugemischt wird. Der Begriff Teilstrom ist hier als echter Teilstrom des in dem Kondensator niedergeschlagenen Kondensats aufzufassen. Durch die Mischung des ersten, vorgewärmten Kondensatstroms mit dem zweiten, nicht vorgewärmten Kondensatstrom ist gegenüber einer Vorwärmung des gesamten Kondensats eine Mischungstemperatur erzielbar, die kleiner ist als die Temperatur des vorgewärmten ersten Teilstroms von Kondensats vor der Mischung mit dem zweiten Teilstrom. Durch Einstellung der Teilströme ist die Mischungstemperatur vorteilhafterweise flexibel einstellbar.
Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, dass durch Vorwärmung lediglich eines Teilstroms eine geringere Wärmemenge zur Vorwärmung des ersten Teilstroms gegenüber der Vorwärmung des gesamten Kondensats in den bekannten Anlagen benötigt wird. Somit steht zur Leistungserhöhung der Turbine Prozesswärme in Form eines höheren Dampf-Massenstromes durch die Turbine zur Verfügung. Mit dem Verfahren wird erstmals die Möglichkeit der bedarfsweisen, erforderlichenfalls häufigen Leistungserhöhung der Turbine bis zur Kesselreserve (nicht Sekundenreserve) einer Dampfkraftanlage durch teilweise und gezielte Umführung des zweiten Teilstroms von Kondensat von der Vorwärmung, ohne den Frischdampfdruck über den Auslegungswert anheben zu müssen.
Vorteilhafterweise ist je nach Leistungsbedarf der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom bei der Aufteilung flexibel einstellbar, wodurch entsprechend mehr oder weniger Prozessdampf in der Turbine zur Verrichtung von Arbeit verfügbar ist.
Von weiterem Vorteil ist die Tatsache, dass mit der vorgestellten Lösung es erstmals möglich wird, durch eine Teildurchströmung der Vorwärmstrecke eine Leistungserhöhung zu erreichen, ohne dass die Lebensdauer der Komponenten, insbesondere der Vorwärmeinrichtungen der Dampfturbinenanlage, eingeschränkt wird. Dabei stellt sich insbesondere ein deutlich effizienterer Wärmeverbrauch ein als bei einer Totalumführung der Vorwärmstrecke, bei der zumindest zeitweise überhaupt kein Kondensat vorgewärmt wird, d.h. der erste Teilstrom 0 beträgt. Dies ist beispielsweise für Hochdruckvorwärmer oder ähnliches von Bedeutung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der erste Teilstrom mit Anzapfdampf aus der Turbine vorgewärmt. Durch die Vorwärmung lediglich des ersten Teilstroms mit Anzapfdampf aus der Turbine ist sichergestellt, dass nur eine gegenüber der herkömmlichen Anzapfung entsprechend geringere Menge an Anzapfdampf zur Vorwärmung benötigt wird. Somit steht mehr Prozessdampf in der Dampfturbine unmittelbar zur Leistungserhöhung der Turbine zur Verfügung. Vorteilhafterweise korreliert dabei der Kondensat-Massenstrom des ersten Teilstroms mit dem Anzapfdampf-Massenstrom direkt, sodass je größer der erste Teilstrom ist desto größer die Menge an benötigtem Anzapfdampf, um eine Vorwärmung des ersten Teilstroms auf eine gewünschte Temperatur zu erzielen. Durch geeignete Kopplung des Anzapf-Dampfstroms mit dem ersten Teilstrom stellt sich der Bedarf an Anzapfdampf von selbst ein. Durch diesen Selbstregelungseffekt ist das Verfahren besonders kostengünstig und flexibel zum Betrieb der Dampfkraftanlage, insbesondere zur Leistungserhöhung der Turbine, angepasst.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der erste Teilstrom in mindestens zwei Stufen vorgewärmt. Durch die Vorwärmung des ersten Teilstroms von Kondensat in mehreren Stufen ist eine gewünschte Temperatur des ersten Teilstroms nach der Vorwärmung genau einstellbar. Je nach Bedarf können alle Vorwärmstufen oder nur ein Teil der Vorwärmstufen zur Vorwärmung des ersten Teilstroms vorgesehen sein. Auf diese Weise ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit einzelne Stufen der Vorwärmung auszulasten und dadurch weitere Prozesswärme für den Turbinenprozess verfügbar zu haben. Die präzise Einstellung einer gewünschten Temperatur des ersten Teilstroms nach der Vorwärmung und vor der Mischung mit dem zweiten Teilstrom ermöglicht zudem eine genaue Einstellung der Mischungstemperatur bei der Mischung der Teilströme, so dass die Vorwärmtemperatur des Kesselspeisewassers entsprechend genau einstellbar ist. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Vorwärmung des ersten Teilstrangs auch in nur einer Stufe, insbesondere in genau einer Stufe möglich.
Bevorzugt wird bei der Mischung der Teilströme eine Vorwärmtemperatur des Kesselspeisewassers von 210 °C bis 250 °C, insbesondere von 220 °C bis 240 °C, eingestellt. Der Druck des Kesselspeisewassers beträgt dabei typischerweise etwa 300 bar. Gegenüber der Temperatur des vorgewärmten ersten Teilstroms ist durch die Mischung mit dem zweiten, nicht vorgewärmten Teilstrom die Vorwärmtemperatur des Kesselspeisewassers etwa um 30 °C bis 70 °C abgesenkt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom im Verhältnis 0,4 bis 0,8, insbesondere im Verhältnis 0,6 bis 0,7 aufgeteilt. Beispielsweise wird in einem typischen Betriebsmodus der Dampfkraftanlage gemäß dem Verfahren der Erfindung das in dem Kondensator gewonnene Kondensat derart aufgeteilt, dass der erste Teilstrom von Kondensat etwa 60 % und der zweite Teilstrom von Kondensat etwa 40 % beträgt. Der erste Teilstrom wird dabei von einer Temperatur von ca. 200 °C auf eine Temperatur von etwa 280 °C vorgewärmt, während der zweite Teilstrom nicht vorgewärmt und mithin auf einer Temperatur von 200 °C bis vor der Mischung mit dem ersten Teilstrom verbleibt. Der Druck der Kondensatströme bleibt dabei weitgehend unverändert bei etwa 300 bar.
Vorteilhafterweise ist durch die dosierte Umführung des zweiten Teilstroms um die Vorwärmstrecke und die Mischung der beiden Teilströme nach der Vorwärmung des ersten Teilstroms die Vorwärmtemperatur des dem Kessel zuzuführenden Speisewassers bedarfsweise einstellbar. Hierbei wird bevorzugt die Aufteilung der Teilströme gesteuert oder geregelt durchgeführt.
Weiter bevorzugt wird nach der Mischung der Teilströme das Gemisch als Kesselspeisewasser einem fossil befeuerten Dampferzeuger zugeführt. Das Verfahren der Erfindung ist insbesondere für die Anwendung in Dampfkraftanlagen vorgesehen, die einen Kessel aufweisen, der mit einem fossilen Brennstoff, beispielsweise Kohle oder Öl, befeuert ist.
Die auf eine Dampfkraftanlage gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dampfkraftanlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, umfassend einen Kessel zur Erzeugung von Dampf, wenigstens eine Turbine, einen der Turbine abdampfseitig nachgeschalteten Kondensator, eine Kondensatleitung zur Rückführung des Kondensats zum Kessel und eine in die Kondensatleitung geschaltete Vorwärmeinrichtung zum Vorwärmen von Kondensat, wobei eine die Vorwärmeinrichtung umführende Bypassleitung vorgesehen ist, so dass die Vorwärmeinrichtung lediglich mit einem ersten Teilstrom des Kondensats beaufschlagbar ist.
Durch das Vorsehen einer Bypassleitung, die die Vorwärmeinrichtung umführt, ist sichergestellt, dass die Vorwärmeinrichtung lediglich mit dem ersten Teilstrom von Kondensat beaufschlagt ist, während ein zweiter Teilstrom die Bypassleitung ohne Vorwärmung durchströmt. Unter Bypassleitung wird hierbei verstanden, dass diese parallel zu der Vorwärmeinrichtung geführt ist, wobei die Bypassleitung stromaufwärts von der Vorwärmeinrichtung von der Kondensatleitung abzweigt und stromab von der Vorwärmeinrichtung wieder an die Kondensatleitung angeschlossen ist. Stromaufwärts der Vorwärmeinrichtung ist hierzu eine Abzweigstelle vorgesehen, während stromabwärts der Vorwärmeinrichtung eine Mischstelle angeordnet ist. Das Kondensat aus dem Kondensator ist an der Zweigstelle in den ersten Teilstrom und einen dazu bezogen auf den Gesamt-Kondensatstrom komplementären zweiten Teilstrom aufteilbar. Der erste Kondensatstrom ist bezogen auf die Strömungsrichtung des Kondensats nach der Zweigstelle in der Kondensatleitung geführt, in welche die Vorwärmeinrichtung zur Vorwärmung des ersten Kondensatstroms geschaltet ist. Der zweite Kondensatstrom und der vorgewärmte erste Kondensatstrom sind an der Mischstelle, d.h. an der stromabwärtig angeordneten Anschlussstelle der Bypassleitung an die Kondensatleitung, mischbar, wobei eine Mischungstemperatur je nach Massenstrom des ersten und des zweiten Teilstroms von Kondensat sowie je nach Wärmeaufnahme des ersten Kondensatstroms in der Vorwärmeinrichtung einstellbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Vorwärmeinrichtung über eine Anzapfleitung mit der Turbine verbunden. Dadurch ist eine direkte Kopplung von Anzapfdampf als Vorwärmmedium im Wärmetausch mit dem ersten Teilstrom von Kondensat in der Vorwärmeinrichtung der Dampfkraftanlage erreicht. Die zur Vorwärmung benötigte Wärmeenergie ist über den Anzapfdampf-Massenstrom direkt einstellbar, wobei der Anzapfdampf-Massenstrom sich selbstregulierend von der Größe des Massenstroms des ersten Teilstroms abhängt. Je größer der erste Teilstrom desto größer der Wärmebedarf in der Vorwärmeinrichtung und damit auch die Menge von Anzapfdampf, welcher der Turbine entnommen wird.
Vorzugsweise weist die Bypassleitung ein Regelventil zur Regelung eines die Vorwärmeinrichtung umführenden zweiten Teilstroms des Kondensats auf. Das Regelventil dient zur Regelung oder auch zu einer Voreinstellung des zweiten Teilstroms, welche nicht die Vorwärmeinrichtung durchströmt und daher nicht zu einer Entnahme von Anzapfdampf führt. Über das Regelventil in der Bypassleitung ist der zweite Teilstrom präzise einstellbar und daher auch die Wärmemenge die zur Vorwärmung des zum ersten Teilstroms komplementären zweiten Teilstroms in der Vorwärmeinrichtung benötigt wird. Weiterhin ist vorteilhafterweise die Mischungstemperatur die sich bei der Mischung der Teilströme an der Mischstelle in der Kondensatleitung einstellt mit dem Regelventil regelbar. Dadurch ist je nach dem Bedarf um den die Leistung der Dampfturbine zu erhöhen ist, die Menge des zweiten, die Vorwärmeinrichtung umführenden Teilstroms in der Bypassleitung einstellbar, insbesondere in einem entsprechenden Regelkreis regelbar.
Bevorzugt mündet die Bypassleitung stromab der Vorwärmeinrichtung in die Kondensatleitung. Die Einmündung ist dabei zugleich die Mischstelle, an der der erste Teilstrom mit dem zweiten Teilstrom gemischt wird, wobei nach der Mischung sich eine gewünschte Vorwärmtemperatur des dem Kessel zuzuführenden Kesselspeisewassers von selbst einstellt.
Bevorzugt weist die Vorwärmeinrichtung mindestens einen Wärmetauscher, insbesondere einen Hochdruck-Vorwärmer auf. Es können auch mehrere Wärmetauscher hintereinander geschaltet sein und dadurch eine mehrstufige Erwärmung des ersten Teilstroms von Kondensat ermöglichen. Bei Ausgestaltung des Wärmetauschers als ein Hochdruck-Vorwärmer einer Dampfkraftanlage ist der Vorwärmer mit Kondensat mit einem Druck von etwa 300 bar beaufschlagt und einer Hochdruck-Stufe der Turbine zugeordnet. Die Turbine kann aber auch, wie üblicherweise in Dampfkraftanlagen vorgesehen, eine Hochdruck-Teilturbine und/oder eine Mitteldruck-Teilturbine und/oder eine Niederdruck-Teilturbine aufweisen.
Das Anlagenkonzept der Erfindung kann demzufolge sehr flexibel auf unterschiedliche Dampfkraftanlagen angewendet werden, die eine Kombination unterschiedlicher Turbinentypen (Hochdruck-, Mitteldruck-, Niederdruckturbinen) mit entsprechenden Vorwärmeinrichtungen umfassen.
Bevorzugt ist parallel zu der Vorwärmeinrichtung eine über eine Schnellschlussarmatur aktivierbare Umführungsleitung geschaltet. Diese Umführungsleitung ist im Schnellschlussfall, beispielsweise in einer Notsituation bei Gefahr der Überflutung oder Überhitzung der Vorwärmeinrichtung, zur totalen Umführung der Vorwärmeinrichtung mit Kondensat vorgesehen. Im Schnellschlussfall ist über die Schnellschlussarmatur die Umführungsleitung aktivierbar, d.h. freischaltbar, wobei zugleich der Strom an Kondensat in der Kondensatleitung zu der Vorwärmeinrichtung unterbrochen wird. Die Schnellschlussarmatur ist hierzu beispielsweise als Dreiwege-Armatur ausgestaltet, die zumindest den ersten Teilstrom an Kondensat nach der Aktivierung über die Umführungsleitung führt, so dass keine Vorwärmung von Kondensat in der Vorwärmeinrichtung mehr stattfindet. Im Normalfall ist die Umführungsleitung nicht aktiviert, so dass der erste Teilstrom über die Kondensatleitung der Vorwärmeinrichtung zugestellt wird. Vorteilhafterweise ist mit der über die Schnellschlussarmatur aktivierbaren Umführungsleitung eine erhöhte Betriebssicherheit der Dampfkraftanlage, insbesondere in Kombination mit der Bypassleitung gemäß der Erfindung gegeben.
Weitere Vorteile der Dampfkraftanlage ergeben sich in analoger Weise zu den Vorteilen des oben beschriebenen Betriebsverfahrens der Dampfkraftanlage.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und einer schematischen Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren und eine Dampfkraftanlage zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Darin zeigt die einzige Figur in vereinfachter Darstellung eine Dampfkraftanlage. Die in der Figur dargestellte Dampfkraftanlage 1, die Teil einer Kraftwerksanlage ist, weist eine Dampfturbine 5 sowie einen Kessel 3 zur Erzeugung von Dampf D auf. Der Turbine 5 ist abdampfseitig ein Kondensator 7 über eine Abdampfleitung 51 nachgeschaltet. Zur Rückführung von Kondensat K zum Kessel 3 weist die Dampfkraftanlage 1 eine Kondensatleitung 13 auf, die mit dem Kondensator 7 ausgangsseitig verbunden ist. In die Kondensatleitung 13 ist in Strömungsrichtung des Kondensats aufeinanderfolgend eine erste Pumpe 41, ein Speisewasserbehälter 45 und eine zweite Pumpe 43 geschaltet. Weiterhin ist in die Kondensatleitung 13 eine Vorwärmeinrichtung 15 zum Vorwärmen von Kondensat K geschaltet. Die Vorwärmeinrichtung 15 ist hierbei in Strömungsrichtung des Kondensats K dem Kessel 3 vorgeordnet. Die Vorwärmeinrichtung umfasst eine erste Vorwärmstufe 9A sowie eine der ersten Vorwärmstufe nachgeschaltete zweite Vorwärmstufe 9B. Die Vorwärmstufen 9A, 9B sind hierbei als jeweilige Wärmetauscher 23A, 23B ausgestaltet. Der Kessel 3 weist einen fossil befeuerten Dampferzeuger 11 auf, welcher eine Brennstoffzufuhr 53 zur Zufuhr eines fossilen Brennstoffs 29, beispielsweise Kohle oder Öl, umfasst. Eine Anzapfleitung 19A führt von einer Stufe der Dampfturbine 5 zu dem Wärmetauscher 23B. Eine Anzapfleitung 19B führt von einer weiteren Stufe der Turbine 5 zu dem Wärmetauscher 23A. Über die Anzapfleitungen 19A, 19B ist eine jeweilige Menge von Anzapfdampf A1, A2 der Vorwärmeinrichtung 15, respektive den Wärmetauschern 23A, 23B zur Vorwärmung von Kondensat K zuführbar.
Eine Bypassleitung 17 umführt die Vorwärmeinrichtung 15, wobei die Bypassleitung an einer Trennstelle 47 von der Kondensatleitung 13 abzweigt, die Vorwärmeinrichtung 15 umführt und stromabwärts der Vorwärmeinrichtung 15 an einer Mischstelle 48 wieder in die Kondensatleitung 13 einmündet. In die Bypassleitung 17 ist ein Regelventil 21 zur Regelung eines die Vorwärmeinrichtung 15 umführenden Teilstroms K2, im Folgenden als zweiter Teilstrom K2 bezeichnet, vorgesehen. Das Regelventil 21 weist einen Stellmotor 33 auf, über den die gewünschte Vemtilstellung des Regelventils 21 und damit der erste Teilstrom K1 einstellbar ist. An der Trennstelle 47 ist hierdurch das über die zweite Pumpe 43 aus dem Speisewasserbehälter 45 geförderte Kondensat K in einen ersten Teilstrom K1 und einen zweiten Teilstrom K2 aufteilbar, wobei der erste Teilstrom K1 über die Kondensatleitung 13 der Vorwärmeinrichtung 15 zugestellt wird und der zweite Teilstrom K2 die Vorwärmeinrichtung 15 über die Bypassleitung 17 umführt, so dass die Vorwärmeinrichtung 15 lediglich mit dem ersten Teilstrom K1 des Kondensats K beaufschlagt ist.
In Strömungsrichtung des Kondensats K ist nach der Trennstelle 47 in der Kondensatleitung 13 ein über einen Stellmotor 33 einstellbares Schiebeventil 37 geschaltet, welches im normalen Betriebszustand offen ist. Parallel zu dem Schiebeventil 37 ist eine von der Bypassleitung 17 zu der Kondensatleitung 13 geschaltete Zweigleitung 55 geschaltet, die ein Schwachlast-Regelventil 35 mit einem Stellelement 35A aufweist. Das Regelventil 35 ist im Normalbetrieb geschlossen, so dass kein Kondensat K über die Zweigleitung 55 gelangt. Das Schwachlast-Regelventil 35 ist lediglich für den Schwachlastfall vorgesehen, wobei dann das Schiebeventil 37 geschlossen ist und über das Stellelement 35A des Regelventils 35 eine entsprechend der Lastanforderung geringe Menge an Kondensat K über die Zweigleitung 55 zu der Vorwärmeinrichtung 15 gelangt.
Weiter ist der Vorwärmeinrichtung 15 eine über eine Schnellschlussarmatur 25 aktivierbare Umführungsleitung 27 parallel geschaltet. Eine jeweilige Schnellschlussarmatur 25 ist hierbei stromaufwärts und stromabwärts der Vorwärmeinrichtung 15 an die Kondensatleitung 13 angeschlossen. Die Schnellschlussarmatur 25 ist über einen Aktuator 31 zwischen zwei Einstellungen in kurzer Zeit schaltbar. Die Armatur 25 ist hierzu als Dreiwege-Armatur ausgestaltet, wobei im normalen Betriebszustand die Umführungsleitung 27 geschlossen, d.h. nicht aktiviert ist. Kondensat K strömt dabei in einem ersten Teilstrom K1 durch die Vorwärmeinrichtung 15 und in einem zweiten Teilstrom K2 über die Bypassleitung 17. In einem Schnellschlussfall wird die Schnellschlussarmatur 25 über den Aktuator 31 aktiviert, wobei die Umführungsleitung 27 freigeschaltet und der Kondensatstrom über die Kondensatleitung 13 durch die Vorwärmeinrichtung 15 unterbrochen wird. Im Schnellschlussfall wird demnach die Vorwärmeinrichtung 15 total umführt, d.h. kein Kondensat K der Vorwärmeinrichtung 15 zugestellt und damit vorgewärmt. Die aktivierbare Umführungsleitung 27 dient zur Umführung und damit Absicherung der Vorwärmeinrichtung 15, insbesondere der Heizflächen der Wärmetauscher 23A, 23B.
Beim Betrieb der Dampfkraftanlage 1 wird im Kessel 3 erzeugter Nutzdampf D über die Dampfleitung 49 der Turbine 5 zugeführt, wo er sich arbeitsleistend entspannt. Die Turbine 5 ist hierbei vereinfacht dargestellt, kann aber aus mehreren nicht näher dargestellten Teilturbinen, beispielsweise einer Hochdruck-Teilturbine, einer Mitteldruck-Teilturbine und einer Niederdruck-Teilturbine bestehen. Der auf niedrigen Druck entspannte Dampf D wird über die Abdampfleitung 51 dem Kondensator 7 zugeführt und kondensiert dort zu Kondensat K. Das Kondensat K wird über die Kondensatleitung 13 mittels der ersten Pumpe 41 in den Speisewasserbehälter 45 befördert und dort gesammelt. Aus dem Speisewasserbehälter 45 wird dem Kessel 3 mittels der zweiten Pumpe 43 über die Vorwärmeinrichtung 15 vorgewärmtes Kondensat K als Kesselspeisewasser S zugeführt, so dass ein geschlossener Wasser-Dampf-Kreislauf entsteht. Die in der Turbine 5 gewonnene Nutzarbeit wird über die rotierende Welle 57 an einen an die Welle 57 angekoppelten Generator 39 übertragen und in elektrische Energie umgewandelt.
Zur bedarfsweisen Leistungserhöhung der Turbine 5 wird zur Kondensatvorwärmung das Kondensat K in einen ersten Teilstrom K1 und einen zweiten Teilstrom K2 aufgeteilt, wobei lediglich der erste Teilstrom K1 vorgewärmt, und der zweite Teilstrom K2 dem vorgewärmten ersten Teilstrom K1 wieder zugemischt wird. Die Aufteilung des Kondensats K in den ersten Teilstrom K1 und den zweiten Teilstrom K2 erfolgt dabei an der Trennstelle 47, wobei der zweite Teilstrom K2 die Vorwärmeinrichtung 15 über die Bypassleitung 17 umführt. Der erste Teilstrom K1 wird mittels Anzapfdampf A1, A2 aus der Turbine 5 vorgewärmt. Die Vorwärmung des ersten Teilstroms K1 erfolgt in zwei Stufen 9A, 9B, wobei der erste Teilstrom K1 auf eine Temperatur von etwa 280 °C bei einem Druck von 300 bar vorgewärmt wird. An der Mischstelle 48 wird der erste Teilstrom K1 mit dem zweiten Teilstrom K2 vermischt, wobei sich eine Mischungstemperatur von 210 °C bis 250 °C, insbesondere von 220 °C bis 240 °C einstellt. Die Aufteilung der Teilströme K1, K2 erfolgt beispielsweise derart, dass der erste Teilstrom K1 etwa 40 % des gesamten Kondensatstroms und der zweite Teilstrom K2 entsprechend etwa 60 % des gesamten Kondensatstroms vor der Trennstelle 47 ausmacht. Die Aufteilung der Teilströme K1, K2 erfolgt dabei gesteuert oder geregelt über das Regel- oder Dosierventil 21, welches mittels des Stellmotors 33 in der Ventilposition genau einstellbar ist. Auf diese Weise erfolgt eine dosierte Umführung der Vorwärmeinrichtung 15 über die Bypassleitung 17, wobei ein entsprechend geringerer Bedarf an Anzapfdampf A1, A2 zur Vorwärmung des ersten Teilstroms K1 in der Vorwärmeinrichtung 15 zu verzeichnen ist. Durch die gegenüber herkömmlichen Anlagenkonzepten geringere Entnahme von Anzapfdampf A1, A2 durch die gezielte und dosierte Umführung der Vorwärmeinrichtung 15 steht ein entsprechend größerer Massenstrom an Dampf D zur Arbeitsleitung in der Turbine 5 zur Verfügung. Durch die Aufteilung in zwei Teilströme K1, K2 wird somit die Möglichkeit einer bedarfsweisen Leistungserhöhung bis zur Kesselreserve (nicht Sekundenreserve) der Dampfkraftanlage 1 erreicht, ohne den Frischdampfdruck über den Auslegungswert anheben zu müssen. Überdies ist die Temperatur TS des dem Kessel 3 zugeführten Kesselspeisewassers S über die Mischung des ersten Teilstroms K1 und des zweiten Teilstroms K2 an der Mischstelle 48 genau einstellbar und erforderlichenfalls variierbar, wobei beispielsweise eine Kesselspeisewassertemperatur TS von 210 °C. bis 250 °C bei einem Druck von 300 bar im Bedarfsfall vorgesehen wird. Die Entnahme von Anzapfdampf A1, A2 aus der Turbine 5 erfolgt dabei vorteilhafterweise selbstregulierend, durch die Kopplung des ersten Teilstroms K1 mit dem Anzapfdampf A1, A2 über die Wärmetauscher 23A, 23B. Je größer der erste Teilstrom K1 eingestellt wird, desto größer ist die Entnahme von Anzapfdampf A1, A2 zur Vorwärmung, um eine gewünschte Temperatur des ersten Teilstroms K1 nach durchströmen der Vorwärmeinrichtung 15 zu erreichen. Üblicherweise ist im thermischen Gleichgewicht die Temperatur des ersten Teilstroms K1 nach Durchlaufen der Wärmetauscher 23A, 23B etwa gleich der Temperatur des Anzapfdampfs A1, A2, also beispielsweise etwa 280 °C bei einem Druck von 300 bar. Nach der Zumischung des nicht vorgewärmten zweiten Teilstroms K2 zu dem ersten Teilstrom K1 an der Mischstelle 48 stellt sich entsprechend der Teilungsverhältnisse der Teilströme K1, K2 und der Temperaturniveaus die Mischungstemperatur automatisch ein. Diese Mischungstemperatur ist zugleich die Vorwärmtemperatur TS des Kesselspeisewassers S. Die Vorwärmtemperatur TS ist gegenüber den herkömmlichen Dampfkraftanlagen entsprechend verringert, wobei allerdings eine Leistungserhöhung der Turbine 5 durch den geringeren Wärmeverbrauch zur Vorwärmung des Kondensats K erreicht ist. Dabei stellt sich insbesondere ein deutlich effizienterer Wärmeverbrauch ein als bei einer üblicherweise zur Leistungserhöhung durchgeführten Totalumführung der Vorwärmeinrichtung 15. Mit dem Konzept der Erfindung wird es möglich, durch eine Teildurchströmung der Vorwärmeinrichtung 15 eine Leistungserhöhung der Turbine herbeizuführen, ohne dass die Lebensdauer der Komponenten der Vorwärmeinrichtung 15, beispielsweise die Heizflächen der Wärmetauscher 23A, 23B, eingeschränkt wird.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage (1), wobei in einem Kessel (3) erzeugter Dampf (D) nach dem Durchströmen wenigstens einer Turbine (5) in einem Kondensator (7) niedergeschlagen wird, das gewonnene Kondensat (K) vorgewärmt und dem Kessel (3) als Kessel-Speisewasser (S) wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kondensatvorwärmung das Kondensat (K) in einen ersten Teilstrom (K1) und einen zweiten Teilstrom (K2) aufgeteilt, lediglich der erste Teilstrom (K1) vorgewärmt, und der zweite Teilstrom (K2) dem vorgewärmten ersten Teilstroms (K1) wieder zugemischt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (K1) mit Anzapfdampf (A1,A2) aus der Turbine (5) vorgewärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (K1) in mindestens zwei Stufen (9A,9B) vorgewärmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei der Mischung der Teilströme (K1,K2) eine Vorwärmtemperatur (TS) des Kessel-Speisewassers (S) von 210°C bis 250°C, insbesondere von 220°C bis 240°C, eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (K1) und der zweite Teilstrom (K2) im Verhältnis 0,4 bis 0,8, insbesondere im Verhältnis 0,6 bis 0,7, aufgeteilt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Teilströme (K1,K2) gesteuert oder geregelt durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass nach der Mischung der Teilströme (K1,K2) das Gemisch als Kessel-Speisewasser (S) einem fossilbefeuerten Dampferzeuger zugeführt wird.
  8. Dampfkraftanlage (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Kessel (3) zur Erzeugung von Dampf (D), wenigstens eine Turbine (5), einen der Turbine (5) abdampfseitig nachgeschalteten Kondensator (7), eine Kondensatleitung (13) zur Rückführung des Kondensats (K) zum Kessel (3) und eine in die Kondensatleitung (13) geschaltete Vorwärmeinrichtung (15) zum Vorwärmen von Kondensat (K)
    dadurch gekennzeichnet, dass eine die Vorwärmeinrichtung (15) umführende Bypassleitung (17) vorgesehen ist, so daß die Vorwärmeinrichtung (15) lediglich mit einem ersten Teilstrom (K1) des Kondensats (K) beaufschlagbar ist.
  9. Dampfkraftanlage nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (15) über eine Anzapfleitung (19A,19B) mit der Turbine (5) verbunden ist.
  10. Dampfkraftanlage nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (17) ein Regelventil (21) zur Regelung eines die Vorwärmeinrichtung (15) umführenden zweiten Teilstroms (K2) des Kondensats (K) aufweist.
  11. Dampfkraftanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (17) stromab der Vorwärmeinrichtung (15) in die Kondensatleitung (13) mündet.
  12. Dampfkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (15) mindestens einen Wärmetauscher (23A,23B), insbesondere einen Hochdruck-Vorwärmer, aufweist.
  13. Dampfkraftanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmeinrichtung (15) eine über eine Schnellschlussarmatur (25) aktivierbare Umführungsleitung (27) parallel geschaltet ist.
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