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Einrichtung zum Auffüllen und zum Entleeren des luftgekühlten Rückkühlers einer 1VIischkondensationsanlage Es ist bekannt, bei Dampfkraftanlagen Mischkondensatoren zu verwenden, in welchen der Dampf mit Hilfe des als Kühlwasser dienenden Kondensates niedergeschlagen und das hierbei aufgewärmte Kondensat in einem geschlossenen Rückkühlsystem mit Hilfe der Aussenluft rückgekühlt wird. Zwecks dieses Rückkühlens wird in der Regel ein aus dünnwandigen, mit Kühlrippen versehenen Rohren bestehender Rückkühler verwendet, in welchen Rohren das Kondensat im Kreislauf geführt wird, wobei zwischen den Rohren und Rippen Kühlluft strömt und die zu kühlenden Flächen des Rückkühlers bestreicht.
Da bei solchen Rückkühlern im Verhältnis sehr grosse Wärmemengen bei sehr kleinem Temperaturunterschied und kleiner Ventilationsarbeit der atmosphärischen Luft zu übertragen sind, ergeben sich Wärmeaustauschflächen zwischen dem Kondensat und der Luft von sehr grossen Abmessungen. Um diese Abmessungen zu verringern, muss man Rückkühler mit sehr guter Wärmedurchgangszahl verwenden. Ein mit einem solchen Rückkühler ausgerüstetes Kraftwerk wird oft an einem Ort errichtet, wo die äussere Lufttemperatur im Laufe des Jahres zeitweise unter den Nullpunkt sinkt, so dass bei dem besagten Rückkühler wegen der sehr guten Wärmedurchgangszahl die Gefahr des Gefrierens des Kondensates besteht.
Diese Gefahr ist besonders gross dann, wenn gleichzeitig mit der niedrigen Temperatur der Aussenluft sich die Betriebsverhältnisse zufolge einer Störung, des Abnehmens der Turbinenbelastung oder aus einem andern Grund so ändern, dass der den Kühlflächen zugeführte Wärmestrom sich verringert und unter einen im voraus bestimmten Wert sinkt.
Die Wärmebelastung des luftgekühlten Rückkühlers kann aus irgendeinem der oben angegebenen Gründe plötzlich in hohem Masse abnehmen oder auch vollständig aufhören, in welchem Fall - sogar trotz Abstellens des Luftventilators, eben wegen der sehr guten Wärmedurchgangszahl der Wärmeaustauschflächen - das Zufrieren des Kondensates in sehr kurzer Zeit erfolgen kann. Um dies zu vermeiden, muss der Rückkühler derart ausgebildet werden, dass alle jene Teile desselben, die im Sinne der obigen Ausführungen der Gefahr des Einfrierens ausgesetzt sind, leicht und schnell - bei grösseren Anlagen vorteilhaft selbsttätig - entleert werden können.
Ähnliche Verhältnisse liegen vor, wenn das Kraftwerk oder ein Teil desselben bei einer Aussentemperatur unter dem Gefrierpunkt in Betrieb gesetzt werden soll. Solange die Turbinen nicht mit einem ausreichenden Dampfverbrauch laufen, strömt auch nach den Wärmeaustauschflächen des Rückkühlers keine Wärmemenge, die ausreichen würde, das Zufrieren des Kondensates zu verhindern. Anderseits ist es nicht möglich, ohne einen genügenden Umlauf des Kondensates das zum Anlassen der Turbinen notwendige Vakuum zu erzeugen. Deshalb sind auch zum Inbetriebsetzen entsprechend ausgebildete Einrichtungen notwendig, mit welchen die besagten Schwierigkeiten vermieden werden können.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Einrichtung zum Auffüllen und Entleeren des luftgekühlten Rückkühlers einer Mischkondensationsanlage, insbesondere zum Zwecke des Vermeidens des Gefrie- rens des im Rückkühler umlaufenden Kondensates.
Die Gefahr des Gefrierens des Kondensates soll durch die Anordnung, welche die schnelle Entwässerung aller der dem Gefrieren ausgesetzten Teile der Einrichtung ermöglicht, verhindert bzw. verringert werden.
Gemäss der Erfindung ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkühler mit lotrechten
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Rohren und mit diesen Rohren zugeordneten Ventilen versehen ist, die wahlweise entweder zwecks Auffül- lens mit Kondensat und Entlüftens des Rückkühlers derart eingestellt werden können, dass das Kondensat in allen lotrechten Rohren gleichzeitig aufwärtsströmt und die Luft vor sich hertreibend diese aus dem Rückkühler entfernt oder zwecks Aufnahme des normalen Betriebes so eingestellt werden können, dass das Kondensat mindestens in einem Teil der Rohre aufwärtsströmt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, von welchen Fig. 1 einen Querschnitt eines Teils einer Mischkondensationsanlage mit Luftkühlung, Fig.2 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 3 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Einrichtung gemäss der Erfindung, Fig.4 das Schaltbild einer andern Ausführungsform der Einrichtung mit Mitteln zum Beschleunigen des Entfernens der Luft beim Auffüllen des Rückkühlers mit Kondensat zeigt.
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen deiche Bestandteile.
Wie aus dem lotrechten Schnitt gemäss Fig. 1 ersichtlich, besteht ein Teil der Kondensationsanlage aus einer Fundamentplatte 1, auf welcher der aus Rippenrohren aufgebaute, vorteilhaft prismatische oder zylindrische Rückkühler 2 in Form eines Kühlturmes ruht. In der Mitte befindet sich eine Tragsäule 3 für einen Ventilator 4, der Kühlluft von aussen zwischen den einzelnen Elementen des Rückkühlers 2 in Richtung der Pfeile 5 durchsaugt und in Richtung der Pfeile 6 in einen Diffusor 7 drückt. Der Rückkühler 2 bildet hier die lotrechten Aussenwände des Kühlturmes.
Fig.2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Einrichtung. Diese ist derart ausgeführt, dass im Notfall, also bei einer Aussentemperatur unter 0 C und bei zu geringem Dampfverbrauch der Turbine das Rohrsystem rasch entleert werden kann. Ausserdem ist dafür zu sorgen, dass der luftgekühlte Rückkühler 2 bzw. ein Teil desselben auch bei zu niedriger Aussentemperatur genügend rasch in Betrieb gesetzt, also mit Kondensat gefüllt werden kann, wenn er vorher entleert wurde. Ohne Zirkulation des Kondensates kann das zum Anlassen der Turbinen notwendige Vakuum nicht erzeugt werden, so dass auch in diesem Fall gewisse Schwierigkeiten zu überwinden sind, um das Einfrieren des Kondensates zu vermeiden.
Der Abdampf verlässt die Turbine durch den Abdampfstutzen 8 und gelangt in den Mischkondensator 9, in welchen durch ein oder mehrere Düsen 10 Kondensat eingespritzt wird. Das niedergeschlagene Kondensat tritt durch die Rohrleitung 11 aus dem Mischkondensator 9, wonach dann ein Teil desselben durch die Pumpe 12 und die Rohrleitung 24 dem in der Zeichnung nicht dargestellten Dampfkessel, der übrige Teil durch die Rohrleitung 25 und die Pumpe 26 einer untern Sammelkammer 27 des Rückküh- lers 2 zugeführt wird. Im angenommenen Ausführungsbeispiel steigen aus der untern rechtsseitigen Sammelkammer 27 zwei lotrechte Rohrstränge 28 zu einer oben angeordneten Sammelkammer 29.
Bei laufender Pumpe 26, offenem Ventil 14 und geschlossenen Ventilen 16 und 17 strömt in beiden, eine Gruppe bildenden Rohrsträngen 28 das Kondensat nach aufwärts und kehrt durch die eine zweite Gruppe bildenden lotrechten Rohrstränge 30 zur untenliegenden zweiten Sammelkammer 31, dann über das offene Ventil 13 und die Rohrleitung 34 zur Spritzdüse 10 des Mischkondensators 9 zurück.
Ist der Rückkühler 2 entleert und soll er mit Kondensat aufgefüllt werden, so kann dies nicht in der zum Beispiel bei Zentralheizungsanlagen üblichen Weise geschehen, in welchen das Kondensat in einem völlig geschlossenen Rohrsystem umläuft, wodurch es ermöglicht wird, dieses von unten aufzufüllen, wobei die Luft an einer oder an mehreren höchst gelegenen Stellen entweicht. Das im übrigen völlig geschlossene Rohrsystem des Rückkühlers 2 ist durch den Mischkondensator 9 unterbrochen, so dass ein Auffüllen nur durch die Rohrleitung 25 möglich ist, und zwar mit Hilfe der Pumpe 26.
Bei einem solchen Auffüllen ist es jedoch möglich, dass das Kondensat die in der Sammelkammer 29 sich ansammelnde Luft mit sich reisst, so dass sie in die Rohrstränge 30 gelangt, dort die im normalen Betrieb nach abwärts gerichtete Zirkulation des Kondensates stört und in einigen Rohren das Einfrieren des Kondensates verursacht.
Deshalb ist es notwendig, eine solche Schaltung der Rohrstränge vorzusehen, dass beim Auffüllen das Kondensat in den Rohrsträngen 28 und 30 nach aufwärts strömt. Ferner ist dafür zu sorgen, dass nach erfolgtem Auffüllen die Schaltung der Rohrstränge 28 und 30 wieder auf den normalen Betrieb umgestellt werden kann, wobei dann das Kondensat in den Rohrsträngen 28 wieder nur nach aufwärts, in den Rohrsträngen 30 nur nach abwärts strömt. Zu diesem Zweck sind die Ventile 13 bis 17 vorgesehen, die es ermöglichen, den Mischkondensator 9 im Notfall aus dem Kreislauf des Kondensates auszuschalten.
Beim Auffüllen des Systems, was mit Hilfe der Pumpe 26 geschieht, werden die Ventile 13, 15 und 17 geschlossen, die Ventile 14, 16 und 18 ge- öffnet. Durch das Schliessen der Ventile 13 und 17 wird der Weg des Kondensates aus dem Rückkühler 2 zum Mischkondensator 9 gesperrt, desgleichen durch das Schliessen des Ventils 15 der Abfluss zum Sammelbecken 21, der beim Entleeren des Rückkühlers 2 benutzt wird. Durch das Öffnen der Ventile 14 und 16 wird der Zufluss von der Pumpe 26 zu den Rohrsträngen 28 und 30 von unten geöffnet und durch das Öffnen des Ventils 18 der Weg für die Entfernung der Luft aus dem Rückkühler 2 freigegeben.
Das Kondensat steigt also in den Rohrsträngen 28 und 30 gleichzeitig nach aufwärts und drückt die Luft vor sich durch das Ventil 18 ins Freie. Nach erfolgter Entlüftung ist das Ventil 13 zu öffnen und die Ventile 16 und 18 sind zu schliessen (wobei das Ven-
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til 14 offen bzw. die Ventile 15 und 17 weiter geschlossen bleiben), wodurch der normale Betriebszustand erreicht ist. Das Kondensat strömt in den Rohrsträngen 28 nach aufwärts, in den Rohrsträngen 30 nach abwärts.
Soll der entleerte Rückkühler 2 bei sehr kaltem Wetter in Betrieb gesetzt werden, so muss die ganze, dem Rückkühler 2 zuzuführende Menge des Kon- densates entsprechend vorgewärmt werden, bevor der Rückkühler 2 aufgefüllt und die Zirkulation des Kon- densates angelassen wird. Zu diesem Zweck ist bei der Anordnung gemäss Fig.2 eine besondere Rohrleitung 32 vorgesehen, über welche aus der Hauptdampfleitung oder von einer andern geeigneten Stelle über ein Ventil 33 Dampf dem Mischkondensator 9 zugeführt werden kann. Nach dem Öffnen des Ventils 33 wird die Pumpe 26 angelassen, das Ventil 17 geöffnet und die Ventile 13 und 14 geschlossen.
Das Kondensat wird durch die Pumpe 26 und die Rohrleitung 11 aus dem Mischkondensator 9 angesaugt und über die Leitung 25, das Ventil 17, die Leitung 34 und die Düse 10 wieder in den Mischkondensator 9 gedrückt. Dieses Zirkulieren des Kondensates wird so lange fortgesetzt, bis es im Mischkondensator 9 und in einem mit dem Mischkondensator 9 eventuell parallel geschalteten Vorratsbehälter die gewünschte Temperatur erreicht hat, wonach das Auffüllen des Rohrsystems des Rückkühlers 2 in der beschriebenen Weise erfolgt.
Das Entleeren des Rückkühlers 2 erfolgt durch Schliessen der Ventile 13 und 14 und Öffnen der Ventile 15, 16 und 18. Dann läuft das Kondensat aus dem Rohrsystem des Rückkühlers 2 über das Ventil 15 und die Leitung 19 in den Sammelbehälter 21 ab, wobei Luft durch das Ventil 18 nachströmt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 unterscheidet sich von demjenigen gemäss Fig.2 darin, dass in allen Rohrsträngen 35 des Rückkühlers 2 im normalen Betrieb das Kondensat in derselben Richtung, und zwar von unten nach oben strömt. Am untern Teil des Rückkühlers 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine allen Rohrsträngen 35 gemeinsame Sammelkammer 37 vorgesehen. Die obere Sammel- kammer 29 ist über einen Rohrstrang 36, ferner die Rohrleitung 34 mit der Düse 10 im Mischkondensator 9 verbunden. Im Rohrstrang 36 strömt im normalen Betrieb das Kondensat nach abwärts über das offene Ventil 13, bei geschlossenen Ventilen 16, 17 und 18 zur Düse 10.
Im übrigen werden die Ventile 13 bis 18 zwecks Einstellens des normalen Betriebes, ferner zwecks Auffüllens oder Entleerens der Einrichtung ebenso eingestellt, wie es oben bereits anhand der Fig.2 beschrieben wurde.
Die Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher Massnahmen getroffen worden sind, um beim Auffüllen sowie auch während des Betriebes das Entfernen der Luft aus dem Rückkühler zu beschleunigen bzw. zu steigern.
Beim Auffüllen des Rückkühlers 2 wird bei der vorher bereits beschriebenen Ventileinstellung das Kondensat gleichzeitig in den Strängen 37 und 38 von unten nach oben strömen und die Luft durch das offene Ventil 18 aus dem Rückkühler 2 herausdrücken. Hierbei sammelt sich Luft in der obern Sammelkammer 29. Beim Übergang vom Auffüllen auf normalen Betrieb wird das Ventil 13 geöffnet und die Ventile 16 und 18 geschlossen, wobei das Ventil 14 weiterhin offen und die Ventile 15 und 17 weiterhin geschlossen bleiben. Dann strömt das Kondensat aus der Sammelkammer 27 in den Rohrsträngen 37 nach aufwärts und in den Rohrsträngen 38 nach abwärts. Die Strömung wird durch die Pumpe 26 aufrechterhalten. Es kann sich im Betrieb Luft ausser in der Kammer 29 auch in der Kammer 31 sammeln.
Deshalb muss eine solche Anordnung vorteilhaft auch während des normalen Betriebes ständig entlüftet werden.
Beide Aufgaben, also das rasche Entfernen der Luft während des Auffüllens und das ständige Entlüften während des Betriebes, werden bei der Ausführungsform nach Fig.4 dadurch gelöst, dass die höchsten Punkte der Sammelkammern 29 und 31 über Rohrleitungen 39, 40 und 41 mit dem Vakuumraum des Mischkondensators verbunden werden.
Da man beim Auffüllen des Rückkühlers 2 mit Kondensat im Mischkondensator bereits ein Vakuum aufrechterhalten muss, welches sich nach der Inbetriebsetzung der Turbine noch erhöht, -wird in den Rohren 39, 40 und 41 eine Strömung von den Sammel- kammern 29, 31 zum Mischkondensator durch das Vakuum hervorgerufen, wodurch die in den besagten Kammern 29, 31 vorhandene Luft in den Vakuumraum des Mischkondensators gefördert wird, von wo sie die Vakuumpumpe ins Freie befördert. Nach dem Entfernen der im Rückkühler 2 vorhandenen Luft wird ein ständiges Strömen von Kondensat zum Mischkondensator einsetzen, wodurch es verhindert wird, dass sich während des Betriebes in den Sammelkammern 29, 31 weitere Luftmassen ansammeln.
Um die durch die Leitungen 39, 40, 41 strömende Kon- densatmenge auf einen konstanten Wert einstellen zu können, sind in den Entlüftungsrohren 39 und 40 Drosselscheiben 42 und 43 vorgesehen. Bekanntlich lassen derartige Drosselscheiben in der Zeiteinheit volumenmässig wesentlich mehr Luft als Kondensat durch. Das durch die Leitung 41 dem Mischkondensator zugeführte Kondensat kann dort zum Niederschlagen des aus der Turbine kommenden Dampfes nutzbar gemacht werden.
Auf diese Weise bedeutet diese Kondensatmenge nur insofern einen im Verhältnis kleinen Verlust, als ein Teil der Kondensatmenge das durch die Drosselscheiben durchströmt, noch nicht vollständig abgekühlt ist.
In der Leitung 41 ist ein Ventil 44 vorgesehen. Dieses Ventil 44 ist beim Entleeren des Rückkühlers 2 zu schliessen, damit keine Luft in den unter Vakuum stehenden Mischkondensator gelangt.
Wie bereits oben darauf hingewiesen, kann sich im Betrieb die Notwendigkeit ergeben, den Rückkühler völlig oder teilweise zu entleeren. Dies kann
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insbesondere der Fall sein bei kalter Witterung und bei Änderung der Betriebsverhältnisse. Fällt die Dampfturbine der Kraftanlage bei kalter Witterung unerwartet aus, so muss das ganze Rohrsystem des Rückkühlers möglichst rasch entleert werden. Es kann aber auch notwendig sein, das Rohrsystem nur teilweise zu entleeren, zum Beispiel bei voller Belastung und ausserordentlich kalter Witterung oder aber bei einer Teilbelastung und einer Aussentemperatur von nur wenig unter dem Gefrierpunkt.
In solchen Fällen verhindert das Ausschalten eines Teils des Rückkühlers die gefährliche Abkühlung des Kon- densates. In diesem Fall muss man jedoch dafür sorgen, dass aus dem ausgeschalteten Teil des Rückkühlers das Kondensat rasch abgelassen wird.
Um diese Manipulation mit Sicherheit durchzuführen, wurde bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 das Ventil 33 in der Leitung 32 vorgesehen, durch welches Ventil 33 unmittelbar Dampf dem Mischkondensator zugeführt und dadurch gesichert werden kann, dass die Temperatur des Kondensates hinter dem Rückkühler nicht unter ein vorbestimmtes Mass sinken kann.
Das Ventil 33 kann von Hand oder automatisch betätigt werden. Vorteilhaft wird in der Leitung 34 ein Thermometer 45 vorgesehen (vgl. Fig. 2), welches beim Erreichen der zulässigen niedrigsten Temperatur in an sich bekannter Weise ein optisches oder akustisches Signal gibt, worauf dann das Ventil 33 vom Bedienungspersonal geöffnet wird. Man kann jedoch ebenfalls in an sich bekannter Weise vom Thermometer 45 einen Impuls ableiten, durch welchen das Ventil 33 automatisch gesteuert wird. Durch das Öffnen des Ventils 33 und durch das damit verbundene künstliche Aufrechterhalten der gewünschten Temperatur des Kondensates wird dem Bedienungspersonal die Zeit und die Möglichkeit gesichert, einen entsprechenden Teil des Rückkühlers abzuschalten und diesen zu entleeren.
Bei grösseren Anlagen kann das Entleeren selbst ebenfalls automatisch ausgeführt werden, in welchem Fall der Impulsgeber 45 ausser dem Ventil 33 auch die übrigen, an dem Entleeren der Anlage beteiligten Armaturen entsprechend betätigt.