DE1109721B

DE1109721B - Device for condensing the exhaust steam from steam turbines

Info

Publication number: DE1109721B
Application number: DED30810A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Wartenberg
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1959-06-05
Filing date: 1959-06-05
Publication date: 1961-06-29

Description

Vorrichtung zur Kondensation des Abdampfes von Dampfturbinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kondensation des unter geringem absolutem Druck stehenden Abdampfes von Dampfturbinen mittels Luft als Kühlmittel in einem oder mehreren gegenüber der Horizontalen geneigten Röhrenwärmeaustauschern, in denen der Dampf entgegen der Abflußrichtung des Kondensats von unten nach oben im Querstrom zu der durch ein Gebläse geförderten Kühlluft strömt.Device for condensing the exhaust steam from steam turbines The invention relates to a device for condensing that which is under low absolute pressure Evaporation from steam turbines using air as a coolant in one or more of the opposite the horizontally inclined tubular heat exchangers in which the steam is opposed the outflow direction of the condensate from bottom to top in cross flow to the through a fan-driven cooling air flows.

Luftkondensatoren können nur für eine bestimmte Außenlufttemperatur ausgelegt werden, wobei dann ein Vakuum erreicht wird, welches das wirtschaftliche Maximum für die vorgeschaltete Maschine darstellt. Bei Außenlufttemperaturen unterhalb der Auslegungstemperatur sind jedoch die Kondensatorkühlflächen zu klein, so daß bisher zur Behebung dieses Nachteils bei den bekannten Kondensatoren meist komplizierte Schaltungen und Einrichtungen erforderlich waren, wenn nicht der Kondensator nur zu bestimmten Zeiten eingesetzt wurde, für den die Auslegungstemperatur genau bestimmt werden konnte, wie beispielsweise nur im Sommer.Air condensers can only be used for a certain outside air temperature be designed, in which case a vacuum is achieved which is the most economical Represents maximum for the upstream machine. At outside air temperatures below the design temperature, however, the condenser cooling surfaces are too small, so that hitherto mostly complicated to remedy this disadvantage with the known capacitors Circuits and equipment were required, if not the capacitor only was used at certain times for which the design temperature was precisely determined could be, for example only in summer.

Bei Außenlufttemperaturen unter 0° C führt die zur Erreichung des im Kondensator geforderten Vakuums nicht benötigte Kühlfläche zu Vereisungen und bringt damit die Gefahr einer Zerstörung bzw. einer Außerbetriebsetzung des Kondensators mit sich. Diese Vereisungsgefahr zwingt deshalb zu einer dauernden Anpassung der Kondensatorkühlfläche an die Maschinenleistung in Abhängigkeit von der jeweiligen Außenlufttemperatur, z. B. indem ein Teil der Kondensatorkühlfläche abgeschaltet oder die Lüfterleistung entsprechend eingeregelt wird. Diese Maßnahmen, die außerdem in einem laufenden industriellen Großbetrieb nur schwer zu realisieren sind, garantieren keine vollkommen einwandfreie Arbeitsweise des Kondensators.At outside air temperatures below 0 ° C, the The vacuum required in the condenser leads to freezing and unneeded cooling surface thus brings the risk of destruction or decommissioning of the capacitor with himself. This risk of freezing therefore forces a permanent adjustment of the Condenser cooling surface to the machine performance depending on the respective Outside air temperature, e.g. B. by turning off part of the condenser cooling surface or the fan output is adjusted accordingly. These measures that as well are difficult to implement in a running large-scale industrial operation the capacitor does not work perfectly.

Bei steigender Maschinenleistung, also erhöhtem Abdampfanfall, verringert sich bei den bisher bekannten Konstruktionen automatisch die nutzbare Kühlfläche, d. h. die Kühlfläche, die zum unmittelbaren Wärmeaustausch bereit ist. Dies tritt dadurch ein, daß mit steigender Maschinenleistung und entsprechend erhöhtem Abdampfanfall ein größerer Teil der Kondensatorkühlfläche vom Kondensat selbst bedeckt wird und dadurch für den unmittelbaren Wärmeaustausch ausfällt. Während bei wassergekühlten Kondensatoren die Verringerung der Kondensatorkühlfläche durch Kondensatbenetzung wegen der an sich sehr hohen Wärmeübergangszahlen nicht von schwerwiegender Bedeutung ist, wirkt sich die Verringerung der Kondensatorkühlfläche durch die Kondensatbenetzung mit steigender Maschinenleistung bei luftgekühlten Kondensatoren wegen der sehr geringen Wärmeübergangszahlen, besonders bei Außenlufttemperaturen oberhalb der Auslegungstemperatur, sehr nachteilig aus.With increasing machine output, i.e. increased amount of exhaust steam, reduced In the previously known constructions, the usable cooling surface is automatically d. H. the cooling surface that is ready for immediate heat exchange. This occurs by the fact that with increasing machine output and a correspondingly increased amount of exhaust steam a larger part of the condenser cooling surface is covered by the condensate itself and as a result, the direct heat exchange fails. While with water-cooled Capacitors reduce the condenser cooling surface due to condensate wetting not of major importance because of the inherently very high heat transfer coefficients is, the reduction in the condenser cooling surface is affected by the wetting of the condensate with increasing machine performance with air-cooled condensers because of the very low heat transfer coefficients, especially at outside air temperatures above the Design temperature, very disadvantageous.

Bei den bekannten Wärmeaustauschern, bei denen der Dampf durch ein von außen mit der Kühlluft bestrichenes Röhrensystem geleitet wird, welches leicht geneigt ist, um dadurch die Abführung des Kondensates zu sichern, tritt weiterhin der Nachteil auf, daß das am oberen Ende der Röhre gebildete Kondensattröpfchen durch die ganze Röhre fließen muß, um zum Kondensatsammelraum zu gelangen. Hierdurch gibt das Kondensattröpfchen auf seinem Wege von seiner Bildungsstelle - bis zum Sammelraum, bedingt durch seinen Kontakt mit der wirksamen Kühlfläche über die ganze zur Vollendung seines Weges erforderliche Zeitspanne Wärme ab, so daß bei Temperaturen unter 0° C das Tröpfchen auf diesem Wege vereist und sich in der Röhre festsetzt. Da zudem die Führung des zu kondensierenden Dampfes und die Führung der Kühlluft im Gegenstrom erfolgt, ist die Vereisungsgefahr nur noch vergrößert.In the known heat exchangers, in which the steam through a from the outside coated with the cooling air pipe system is passed, which easily is inclined in order to ensure the drainage of the condensate continues to occur the disadvantage that the condensate droplets formed at the top of the tube must flow through the whole tube to get to the condensate collection space. Through this gives the condensate droplet on its way from its place of formation - to Collection space, due to its contact with the effective cooling surface over the whole time required to complete its path from heat, so that at temperatures below 0 ° C the droplet freezes in this way and sticks in the tube. There is also the management of the steam to be condensed and the management of the cooling air takes place in countercurrent, the risk of icing is only increased.

Außerdem bedecken die von ihrer Bildungsstelle bis zum Sammelraum fließenden Kondensattröpfchen die dem Wärmetausch zwischen Luft und Dampf dienende Rohrwandung und verhindern damit einen wirksamen Wärmeaustausch. Da die Wärmeübergangszahlen bei Luft wesentlich niedriger liegen als bei Kühlwasser, kann mit den bekannten Kondensatoren bei oberhalb der Auslegungstemperatur herrschenden Temperaturen keine wirksame Kühlung des Dampfes und damit keine ausreichende Kondensation mehr erzeugt werden. Die bekannten Wärmeaustauscher mußten daher so groß ausgelegt werden, daß sie gegenüber den mit Kühlwasser arbeitenden Wärmeaustauschern unwirtschaftlich waren.In addition, they cover from their education center to the collection room flowing condensate droplets which serve to exchange heat between air and steam Pipe wall and thus prevent an effective heat exchange. Since the heat transfer coefficients are significantly lower for air than for cooling water, can be achieved with the known No capacitors at temperatures above the design temperature effective cooling of the steam and thus no longer sufficient condensation is generated will. The well-known heat exchangers therefore had to be designed so large that they are uneconomical compared to the heat exchangers working with cooling water was.

Alle diese den bekannten Konstruktionen anhaftenden Nachteile sollen gemäß der Erfindung dadurch vermieden werden, daß der bzw. die Wärmeaustauscher eine Vielzahl paralleler luftdurchströmter Rohre aufweist bzw. aufweisen, die in einem den Dampf aufnehmenden Behälter angeordnet sind, so daß das an den Außenflächen der Rohre anfallende Kondensat unmittelbar zum Kondensatsammelraum abfließt. Durch diese Maßnahme wird ein Luftkondensator erstellt, der in seiner Konstruktion wesentlich weniger kostspielig ist als die bekannten Luftkondensatoren und außerdem eine erheblich gesteigerte Betriebssicherheit mit sich bringt.All these disadvantages inherent in the known constructions are intended be avoided according to the invention in that the heat exchanger or exchangers has or have a plurality of parallel tubes through which air flows, which in a container receiving the steam are arranged, so that the on the outer surfaces the condensate accumulating in the pipes flows directly to the condensate collecting chamber. By this measure creates an air condenser, which is essential in its construction is less expensive than the known air condensers and also a considerable amount brings increased operational reliability.

Vorzugsweise weist das Kondensatorelement in geringem Abstand voneinander angeordnete, von den Rohren des Wärmeaustauschers dicht durchquerte Querplatten auf, die gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit haubenartigen Ausstanzungen versehen sein können, welche die Rohre umfassen.The capacitor element is preferably at a small distance from one another arranged transverse plates densely traversed by the tubes of the heat exchanger on, according to a further feature of the invention with hood-like punchings may be provided which comprise the tubes.

Die von Luft durchströmten Rohre sind vorzugsweise in an sich bekannter Weise mit Innenrippen versehen, so daß ein guter Wärmeübergang vom inneren zum äußeren Rohr erzielt wird.The tubes through which air flows are preferably known per se Way provided with inner ribs, so that a good heat transfer from the inner to the outer Tube is achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Abb.l einen lotrechten Symmetrieschnitt durch eine Kondensatoranlage, Abb.2 und 3 Teilansichten aus dem Röhrenwärmeaustauscher mit Querwand und Abb. 4 und 5 die Ausbildung der Rohreinbauten im Querschnitt.An embodiment of the invention is shown in the drawing. Fig. 1 shows a vertical symmetry section through a capacitor system, Fig. 2 and 3 partial views from the tubular heat exchanger with transverse wall and Figs. 4 and 5 the formation of the pipe installations in cross-section.

Gemäß Abb. 1 besteht der Kondensator aus zwei Wärmeaustauschern 1, 2 etwa kreisförmigen Querschnittes, welche unten rinnenförmig den Dampfeinströmkanal3, 4 einschließen. Sie sind durch Dampfrohre 5, 6 mit der Kammer 7 verbunden, in welche die von der Dampfturbine kommende Dampfleitung 8 einmündet. Zur Sammlung des Kondensats ist ein Sammeltrichter 9 vorgesehen, der mit einer zur Abführung des Kondensats dienenden Leitung 10 verbunden ist. Die durch die Kondensation des Dampfes frei werdende Luft wird über den Trichter 11 und die Leitung 12 mittels einer nicht dargestellten Pumpe abgesaugt. Die Wärmeaustauscher bestehen aus den in je einem Behälter angeordneten parallelen Rohren 13 und den Querplatten 14.According to Fig. 1, the condenser consists of two heat exchangers 1, 2 of approximately circular cross-section, which enclose the steam inflow channel 3, 4 in the form of a channel at the bottom. They are connected by steam pipes 5, 6 to the chamber 7 into which the steam line 8 coming from the steam turbine opens. To collect the condensate, a collecting funnel 9 is provided which is connected to a line 10 serving to discharge the condensate. The air released by the condensation of the vapor is sucked off via the funnel 11 and the line 12 by means of a pump, not shown. The heat exchangers consist of the parallel tubes 13 and the transverse plates 14, each arranged in a container.

Die Kühlluft strömt in Pfeilrichtung aus dem Freien in die Rohre 13 ein, durchströmt diese und wird durch Räume 15, 16 in den Kamin 17 geleitet, in welchem ein Axialgebläse 18 die Förderung bewirkt. Die notwendigen Gerüste und Unterstützungen sind in der Abbildung nicht dargestellt.The cooling air flows into the tubes 13 from the outside in the direction of the arrow a, flows through this and is passed through rooms 15, 16 into the chimney 17, in which an axial fan 18 causes the promotion. The necessary scaffolding and supports are not shown in the figure.

In Abb. 2 und 3 sind die sich in den Wärmeaustauschern 1 und 2 befindenden Querplatten 14, durch welche die Rohre 13 hindurchgehen, in größerem Maßstab als in Abb. 1 dargestellt. Diese Querplatten, die beispielsweise im Abstande von etwa 10 bis 20 cm voneinander angeordnet sind, haben Durchbrüche mit aufgebogenem Rand, sogenannte Austanzungen 19, durch welche die Rohre 13 hindurchgehen. Die Querplatten 14 reichen nicht bis in die Dampfeinströmkanäle 3, 4 hinein. Den Querschnitt durch ein Rohr 13 zeigen Abb. 4 und 5. In diesem Rohr sind an sich bekannte, Innenrippen bildende Einsätze 20 angebracht, welche gemäß Abb. 5 durch Falten eines dünnen Weißbleches hergestellt und dann gerollt und in das innen verzinnte Rohr 13 eingeführt werden. Durch Erwärmen des Rohres von außen unter gleichzeitigem Drehen kann die Lötverbindung hergestellt werden, gegebenenfalls unter Zugabe von Zusatzlot.In FIGS. 2 and 3, the transverse plates 14 located in the heat exchangers 1 and 2, through which the tubes 13 pass, are shown on a larger scale than in FIG. These transverse plates, which are arranged, for example, at a distance of about 10 to 20 cm from one another, have openings with a bent-up edge, so-called punch-outs 19, through which the tubes 13 pass. The transverse plates 14 do not extend into the steam inflow channels 3, 4 . FIGS. 4 and 5 show the cross-section through a tube 13. In this tube, known inner rib-forming inserts 20 are attached, which are manufactured according to FIG . The soldered connection can be made by heating the pipe from the outside while turning it at the same time, if necessary with the addition of additional solder.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kondensators ist folgende: Der von der Dampfturbine kommende Abdampf strömt durch das Rohr 8 in die Kammer 7 und durch die Rohre 5, 6 in die Behälter der Wärmeaustauscher 1, 2, wo er die Rohre 13 umströmt und kondensiert. Das Kondensat fließt an den Außenflächen der leicht geneigten Rohre 13 bis zu einer der Querwände 14 und dann an dieser nach unten, durchfällt den entgegenkommenden Dampfstrom und fließt im Gegenstrom zu ihm im unteren Teil der Rohre 5, 6 in den Sammeltrichter 9 der Kammer 7, aus dem es durch das Rohr 10 abgeleitet wird. Die durch die Kondensation des Dampfes frei werdende Luft wird durch den Trichter 11 und die Leitung 12 abgesaugt. Die als Kühlmittel dienende Luft wird mit Hilfe des Gebläses 18 angesaugt. Sie strömt durch die Rohre 13 der Wärmeaustauscher 1, 2, die Anschlußkanäle 15,16 und durch den Lüfterkamin 17 wieder ins Freie.The operation of the capacitor according to the invention is as follows: The exhaust steam coming from the steam turbine flows through the pipe 8 into the chamber 7 and through the tubes 5, 6 into the container of the heat exchanger 1, 2, where he the Pipes 13 flows around and condenses. The condensate flows on the outer surfaces of the slightly inclined tubes 13 up to one of the transverse walls 14 and then on this after below, falls through the oncoming stream of steam and flows in countercurrent to it in the lower part of the tubes 5, 6 in the collecting funnel 9 of the chamber 7, from which it is discharged through the pipe 10. The one released by the condensation of the steam Air is sucked out through the funnel 11 and the line 12. As a coolant Serving air is sucked in with the aid of the fan 18. It flows through the pipes 13 of the heat exchanger 1, 2, the connection channels 15, 16 and through the fan chimney 17 back out into the open.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for condensation of the under low absolute pressure exhaust steam from steam turbines using air as a coolant in one or more tubular heat exchangers inclined with respect to the horizontal, in which the steam runs counter to the direction of flow of the condensate from bottom to top flows in cross-flow to the cooling air conveyed by a fan, characterized in that that the heat exchanger (s) (1, 2) a plurality of parallel air flows through Has tubes (13) or have, which in a container receiving the steam are arranged so that the condensate accumulating on the outer surfaces of the tubes (13) flows directly to the condensate collecting chamber.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by the tubes (13) of the heat exchanger arranged at a small distance from one another (1, 2) densely traversed transverse plates (14).

3. Apparatus according to claim 2, characterized through the tubes (13) comprehensive, hood-like cutouts (19) in the transverse plates (14).

4. Apparatus according to claim 2, characterized by inserts (20) which are known per se and which form inner ribs in the tubes (13) through which air flows. Documents considered: German Patent No. 417 064; German Auslegeschrift No. 1027 698; German utility model No. 1702 672; Swiss Patent No. 291625.