DE19610237A1

DE19610237A1 - Dampfkondensator

Info

Publication number: DE19610237A1
Application number: DE19610237A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Baumann; Christian Stucki
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-09-18
Also published as: HU220753B1; HUP9700592A2; EP0795729B1; US5794686A; AU712064B2; EP0795729A3; HUP9700592A3; EP0795729A2; CA2199427A1; HU9700592D0; AU1517397A; DE59702390D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft einen Dampfkondensator, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Ein derartiger Dampfkondensator ist aus der CH-PS 423 819 und der DE-OS 19 48 073 bekannt. Dort sind in einem Kondensatorgehäuse die Kondensatorrohre in mehreren, sogenannten Teilbündeln angeordnet. Der Dampf strömt durch ei nen Abdampfstutzen in das Kondensatorgehäuse ein und verteilt sich im Raum durch Strömungsgassen (steam entry lanes). Die freie Zuströmung des Dampfes zu den außenliegenden Rohren der Teilbündel ist gewahrt. Durch die Bündel strömt der Dampf anschließend mit durch die geringe Rohrreihentiefe bedingtem kleinen Widerstand hindurch. Um die Bedingung der in den Zuströmkanälen aus reichend hoch zu haltenden Dampfgeschwindigkeit erfüllen zu können, sind die Teilbündel im Kondensator so nebeneinander angeordnet, daß zwischen ihnen Strömungskanäle entstehen, die im Schnittbild in der gleichen Größenordnung erscheinen wie die Teilbündel selbst. Desweiteren bilden die Rohre in den hin tereinanderfolgenden Reihen eine durchlässige Umschließung, die vorzugsweise durchwegs einen gleichen hydraulischen Widerstand darstellt.

Dieser bekannte Kondensator weist den Vorteil auf, daß durch die lockere An ordnung der Teilbündel alle peripheren Rohre eines Teilbündels ohne merklichen Druckverlust gut mit Dampf beschickt sind.

Die unter Vakuum arbeitenden Kondensatoren benötigen ein gut funktionierendes Saugsystem, damit einfallende, nicht kondensierbare Gase stets aus dem Kon densationsbereich entfernt werden. Kühlrohre, die von diesen, mit Dampf ver mischten Gasen umgeben bzw. umströmt sind, gehen als Kondensationsfläche fast restlos verloren, was die Leistung heruntersetzt.

Das bedeutet, daß durch die einfallenden nicht kondensierbare Gase das Va kuum nicht auf dem tiefst möglichen Wert gehalten werden kann. Wie bekannt, rufen nicht kondensierbare Gase - meistens Luft - bereits in Konzentrationen von 1% Molanteil, bei Temperaturdifferenzen zwischen Wand und Dampfkern von 4 bis 5 K, eine Verminderung des dampfseitigen Wärmeübergangs - bei quasi ruhendem Dampf - auf 30-40% desjenigen Wertes hervor, der mit reinem Dampf erzielbar ist. Der Vakuumverlust drückt sich damit in einem niedrigeren Wir kungsgrad des Kreislaufsystems aus.

Bei der oben erwähnten Lösung nach DE-OS 19 48 073 gelangt eine Einflußan ordnung der Rohre zur Ausführung. Die Teilbündel sind durch senkrecht zu den Rohren angeordnete Stützplatten in Kompartimente unterteilt. Wie bekannt, hängt die Kondensationsleistung entlang der Kühlrohre hauptsächlich von der lokalen Temperaturdifferenz zwischen Dampf und Kühlwasser ab. Danach wird die Kon densationsleistung der ersten Kompartimente an der Kühlwassereintrittsseite mehr kondensieren als jene der Kompartimente an der Kühlwasseraustrittsseite. Dementsprechend werden nicht kondensierbare Gase - proportional zur Konden sationsleistung - vermehrt in den "kühleren" Kompartimenten anfallen. Um dem Rechnung zu tragen, wird beim Kondensator nach DE-OS 19 48 073, der später noch im Zusammenhang mit Fig. 1 detailliert beschrieben wird, die Inertgas-An reicherungszone zweiteilig ausgebildet. Sie besteht aus einem trichterförmigem "Vorkühler", dort "Nachkondensationsteil" genannt, und einem Luftkühler, der mit dem Vorkühler und einem nachgeordneten Saugkanal (Header) über eine dop pelte Reihe von gleichmäßig verteilten Kühlereintrittsblenden respektive Kühler austrittsblenden kommuniziert. Dieser Luftkühler ist geometrisch so gestaltet, daß die Verschlechterung des dampfseitigen Wärmeübergangs durch eine Stei gerung der Geschwindigkeit der Gasphase teilweise kompensiert wird.

Im Luftkühler weist jede Stützplatte zum Boden des Luftkühlers hin eine Ausspa rung auf, die als Entwässerungsöffnung für im Luftkühler anfallendes Kondensat dient. Für die Entwässerung des Luftkühlers ist sein Boden über die gesamte Längsausrichtung mit einer Neigung versehen, gemäß derer anfallendes Kon densat aus den Kompartimenten mit höhergelegenem Luftkühlerboden zum tiefst gelegenen abfließt. Das Kompartiment mit dem tiefst gelegenen Luftkühlerboden wird mittels einer Leitung in das Kondensatsammelgefäß des Kondensators ent wässert.

Da sich die Kondensationsleitung des Luftkühlers dem ungefähren Temperatur verlauf des Kühlwassers in den benachbarten Rohren anpaßt, sorgt er somit dafür, daß eine geeignete Ventilierung des Vorkühlers in etwa proportional zu den anfallenden, nicht kondensierbaren Gasen gewährleistet ist.

Eine solche Luftkühlerkonstruktion stellt indes eine nicht ideale Lösung für die in verschiedenen Kompartimenten bei variierenden Betriebsbedingungen an stehende unterschiedliche Ventilierung dar. Hierbei können unerwünschte Aus gleichsströmungen von Restdampfinertgasgemisch auftreten, die eine Beein trächtigung der Kondensatorleistungsfähigkeit mit sich ziehen können.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Dampfkondensator der ein gangs genannten Art die Absaugung der Inertgase aus dem Luftkühler jedes ein zelnen Kompartimentes auf das jeweilige Kompartiment gezielt auszurichten und damit zu verbessern. Hierdurch wird eine preiswerte Steigerung des Konden satorwirkungsgrades angestrebt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Aussparungen für die Kon densatströmung zwischen benachbarten Kompartimenten in den Stützplatten gas- und dampfdicht verschlossen werden. Eine Austauschströmung von Restdampf inertgasgemisch innerhalb des Luftkühlers zwischen benachbarten Kompar timenten wird somit unterbunden.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist erfindungsgemäß darin zu sehen, daß mindestens am Luftkühlerboden des Kompartimentes mit dem tiefst gelegenen Luftkühlerboden mindestens eine parallel zu einer Stützplatte angeordnete Stau wand angeordnet ist, so daß das aus einem höhergelegenen Kompartiment her abfließende Kondensat an dieser Stauwand staubar ist, und damit der durch die Aussparungen gebildete Entwässerungskanal für das Kondensat aus einem höher gelegenen Kompartiment hydraulisch sowohl gas- als auch dampfdicht verschließbar ist.

Die aufgezeigte Ausführungsform ermöglicht bei jedem Betriebszustand des Dampfkondensators eine effektivere Ausnutzung des Luftkühlers in jedem Kom partiment, indem eine Ausgleichsströmung des Restdampfinertgasgemisches im Luftkühler zwischen benachbarten Kompartimenten vollständig unterbunden wird. Die Ausführungsform der Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Kraft werkkondensators schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Teilbündel eines Kondensators mit herausgebrochenen Teilen in Schrägrissdarstellung mit zum Stand der Technik zählendem Luft kühler;

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung des Luftkühlers;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausbildung des Luftkühlers in einer Längs schnittdarstellung.

In den Figuren sind die jeweils gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen ver sehen, und es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Ele mente gezeigt.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Beim dargestellten Wärmeaustauscher handelt es sich um einen Oberflächen kondensator in rechteckiger Bauform, wie er geeignet ist für eine sogenannte Unterfluranordnung. Erfindungsunwesentliche Teile wie Kondensatorhals, Kon densationsraum, Kondensatormantel, Wasserkammern, Rohrböden, Kondensat sammelgefäß sind weggelassen, nachstehend jedoch im Zusammenhang mit der Erfindung kurz erläutert.

Über einen Abdampfstutzen, mit dem der Kondensator an einer Turbine ange schlossen ist, strömt Dampf in den Kondensatorhals ein. Darin wird ein möglichst gutes homogenes Strömungsfeld erzeugt, um eine saubere Dampfbespülung der stromabwärts angeordneten Bündel 20, Fig. 1, über deren ganze Länge vorzu nehmen. Der Kondensationsraum im Innern des Kondensatormantels beinhaltet mehrere nebeneinander angeordnete Bündel 20. Ein Bündel 20 besteht aus einer Anzahl Rohre, von denen in Fig. 1 nur ein mit 13 bezeichnetes Kühlrohr einge zeichnet ist. An ihren beiden Enden sind die Kühlrohre jeweils in Rohrböden be festigt. Jenseits der Rohrböden sind jeweils Wasserkammern angeordnet. Das von den Bündeln 20 abfließende Kondensat wird in einem Kondensatsammel gefäß aufgefangen und gelangt von dort in den Wasser/Dampf-Kreislauf.

In Fig. 1 ist der durch die punktierte Fläche nur teilweise veranschaulichte Kon densationsteil des Bündels 20 mit 1 bezeichnet. Durch Einsetzen der durchge henden Stützplatten 5, welche der Abstützung der Kühlrohre 13 dienen, ergibt sich eine Unterteilung der Teilbündel in Kompartimente 10.

Im Innern jedes Bündels 20 ist ein Hohlraum 19 ausgebildet, in dem sich der mit nicht kondensierbaren Gasen angereicherte Dampf sammelt. In diesem Hohlraum 19 ist ein Luftkühler 3 untergebracht. Das Restdampfinertgasgemisch durchströmt diesen Luftkühler, wobei der größte Teil des Dampfes kondensiert. Der Rest des Gemisches wird abgesaugt.

Der sich im Innern des Rohrbündels befindliche Luftkühler 3 hat die Wirkung, daß das Restdampfinertgasgemisch innerhalb des Kondensatorbündels 20 be schleunigt wird. Dadurch verbessern sich die Verhältnisse insofern, als keine kleinen Strömungsgeschwindigkeiten vorherrschen, die den Wärmeübergang be einträchtigen könnten.

Im Betrieb kondensiert der Dampf an den Rohren 13 und das Kondensat tropft gegen den Kondensatorboden ab.

Der Luftkühler 3 hat die Aufgabe, die nicht kondensierbaren Gase aus dem Kon densator zu entfernen. Bei diesem Vorgang sind die Dampfverluste so gering wie möglich zu halten. Dies wird dadurch erreicht, daß das Restdampfinertgas gemisch in Richtung Saugkanal 4 beschleunigt wird. Die hohe Geschwindigkeit hat einen guten Wärmeübergang zur Folge, was zu einer weitgehenden Konden sation des Restdampfes führt. Zwecks Beschleunigung des Gemisches wird der Querschnitt in Strömungsrichtung zunehmend kleiner bemessen.

In Fig. 1 ist das eingangs erwähnte, aus DE-OS 19 48 073 bekannte Kühlsystem dargestellt. Es besteht aus dem Vorkühler 2, von dem das Kühlrohr 14 einge zeichnet ist, und dem Luftkühler 3, von dem das Kühlrohr 15 eingezeichnet ist. Der Luftkühler 3 ist durch eine Blechwand 8 mit Blenden 6 vom Saugkanal 4 ge trennt, über den die nicht kondensierbaren Gase abgezogen werden. Durch den Einbau dieser Drosselstellen 6, 7 wird erreicht, daß die auf jeden Fall notwen dige Druckdifferenz am Anfang und Ende des Kondensationsvorgangs vorwie gend in den Blenden abgebaut wird.

In Fig. 2 ist der Luftkühler 3 mit vorgelagertem Vorkühler 2 und dem Saugkanal 4 vergrößert dargestellt. Die Stützplatte 5 unterteilt auch den Luftkühler 3 in Kom partimente 10, wobei eine Aussparung 18 in der Stützplatte 5 gegen einen Luft kühlerboden 21 vorhanden ist. Diese Aussparung 18 ermöglicht einen Queraus gleich des im Luftkühler 3 anfallenden Kondensats. Der Saugkanal 4 ist für alle Kompartimente 10 gemeinsam; er wird also nicht von den Stützplatten 5 unterteilt.

In der Längsschnittdarstellung Fig. 3 des Luftkühlers 3 wird deutlich, daß der Luftkühlerboden 21 eine Neigung aufweist, so daß im Luftkühler anfallendes Kondensat 23 aus Kompartimenten 10 mit höher gelegenem Luftkühlerboden ab fließt in Richtung des Kompartimentes mit dem tiefst gelegenen Luftkühlerboden. In diesem letzteren erfolgt die Entwässerung, die hier nicht eingezeichnet ist, da sie erfindungsunwesentlich ist.

Bei wechselnden Betriebsbedingungen ist es möglich, daß die Aussparungen 18 in den Stützplatten 5 im Luftkühler 3 nicht vollständig mit herabfließendem Kon densat 23 verschlossen sind. Dies bedeutet aber, daß aufgrund von betrieb lichen Druckunterschieden in den einzelnen Kompartimenten 10 ebenfalls zu der Kondensatströmung im Luftkühler 3 eine Restdampfinertgas-Ausgleichsströmung zwischen benachbarten Kompartimenten 10 auftreten kann. Die Kompartimente, die näher zur Kühlwassereintrittsseite 24 hin angeordnet sind, zeigen aufgrund der größeren Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlwasser und einströmen dem Dampf bessere Kondensationsbedingungen als nachfolgende Komparti mente 10, die bereits mit temperiertem Kühlwasser beschickt werden. In Kompar timenten 10 mit niedrigerer Kühlwassereintrittstemperatur stellt sich somit ein niedrigerer Druck ein, der sich selbstverständlich auch in dem zum Kompartiment 10 gehörenden Bereich des Luftkühlers 3 einstellt. Somit ist ein Druckgefälle zwi schen dem Kompartiment 10 an der Kühlwasseraustrittsseite 25 und dem Kom partiment an der Kühlwassereintrittsseite 24 festzustellen. Im Luftkühler 3 ist in einem Betriebsfall des Dampfkondensators, bei dem die Aussparungen 18 in den Stützplatten 5 nicht durch Kondensat 23 verschlossen sind, eine Ausgleichsströ mung des Restdampfinertgasgemisches zu verzeichnen. Restdampfinertgasge misch strömt dann von Kompartimenten 10 mit höherem Druck - also auch mit höherer Kühlwassertemperatur - innerhalb des Luftkühlers in das Kompartiment mit dem niedrigsten Druck und der niedrigsten Kühlwassertemperatur.

In diesem Fall wird die Funktion des Luftkühlers 3 in der näheren Umgebung der Kühlwassereintrittsseite 24 dadurch eingeschränkt, daß zum Kühlwassereintritt näher gelegene Kompartimente das Restdampfinertgasgemisch höher gelegener Kompartimente mitlüften müssen, anstatt die Restdampfinertgase des lokal be trachteten Kompartimentes. Dies führt ebenfalls zu Funktionseinbußen im Vor kühler 2 und im Kondensationsteil 1 des entsprechenden Kompartiments.

Die Erfindung will diese Nachteile in allen Betriebspunkten eines Dampfkonden sators durch Vermeiden einer Ausgleichsströmung des Restdampfinertgasge misches im Luftkühler 3 eliminieren. Gemäß Fig. 3 wird hierzu eine Stauwand 22 am Boden des Luftkühlers 3 im Bereich des Kompartimentes 10 an der Kühlwas sereintrittsseite 24 parallel zu den Stützplatten 5 angeordnet. Die Stauwand 22 ist dabei so hoch, daß an ihr gestautes, aus benachbarten Kompartimenten 10 her abfließendes Kondensat 23 über die gesamte Bündellänge die Aussparungen 18 in allen Stützplatten 5 hydraulisch verschließt. Mittels dieser Maßnahme wird das in einem Kompartiment 10 des Luftkühlers 3 anfallende Restdampfinertgas gemisch lokal in den Saugkanal 4 gesaugt. Das Kondensat 23 fließt durch die hydraulisch verschlossenen Aussparung 23 in der Stützplatte 5 ab zum benach barten Kampartiment 10. Für das Restdampfinertgasgemisch bleibt eine Aus gleichsströmung von Kompartiment 10 Kompartiment unterbunden. Durch das Vermeiden einer Ausgleichsströmung des Restdampfinertgasgemisches innerhalb des Luftkühlers 3, wird der Wirkungsgrad des Luftkühlers 3, des Vorkühlers 2 und des gesamten Kondensatorsystems bei wechselnden Betriebsbedingungen er höht. Desweiteren werden lokale Konzentrationserhöhungen von Inertgasen vermieden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist beispielsweise als weitere erfindungs gemäße Ausführungsvariante denkbar, in jedem Kompartiment am Luftkühlerbo den 21 parallel zu den Stützplatten eine oder mehrere Stauwänden 22 anzuord nen.

Bezugszeichenliste

1 Kondensationsteil
2 Vorkühler
3 Luftkühler
4 Saugkanal
5 Stützplatte
6 Blende
7 Trennwand
8 Blechwand
9 Blende
10 Kompartiment
13 Kühlrohr des Kondensationsteils 1
14 Kühlrohr des Vorkühlers 2
15 Kühlrohr des Luftkühlers
18 Aussparung
19 Hohlraum
20 Teilbündel
21 Luftkühlerboden
22 Stauwand
23 Kondensat
24 Kühlwassereintrittsseite
25 Kühlwasseraustrittsseite

Claims

1. Dampfkondensator, in dem der Dampf an kühlwasserdurchflossenen, in sepa raten Bündeln (20) zusammengefaßten Rohren (13) niedergeschlagen wird,

- wobei jedes Bündel (20) durch senkrecht zu den Rohren (13) angeordneten Stützplatten (5) in Kompartimente (10) unterteilt ist,
- wobei die in Reihen angeordneten Rohre (13) eines Bündels einen Hohlraum (19) umschließen, in dem ein Luftkühler (3) für ein Restdampfinertgasge misch angeordnet ist,
- wobei der Boden (21) des Luftkühlers (3) über die gesamte Länge der Rohr reihen eine Neigung aufweist, so daß das im Luftkühler (3) in einem Kom partiment (10) anfallende Kondensat (23) aufgrund der Bodenneigung zu ei nem benachbarten Kompartiment (10) mit tiefer gelegenem Luftkühlerboden (21) durch eine Anzahl Aussparungen (18) in den Stützplatten abfließbar ist,
- wobei die in einem Kompartiment (10) anfallenden nicht kondensierbaren Gase aus dem Luftkühler (3) über Blenden (6) in einen für alle Kompartimente gemeinsamen Saugkanal (4) einströmen, der sich über die ganze Länge der Rohre (13) erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkühler (3) Mittel (22) zum gas- und dampfdichten Verschließen der Aussparungen (18) aufweist, so daß diese Mittel (22), ohne Beeinträchti gung der Kondensatströmung durch die Aussparungen (18), einen unmittelba ren Austausch des Restdampfinertgasgemisches im Luftkühler (3) zwischen benachbarten Kompartimenten verhindern.

2. Dampfkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens am Luftkühlerboden (21) des Kompartiments (10) mit dem tiefst gelegenen Luftkühlerboden mindestens eine Stauwand (22) angeordnet ist, so daß das aus einem höher gelegenen Kompartiment (10) herab fließende Kondensat (23) an dieser Stauwand (22) staubar ist, und damit die Aussparungen (18) für die Strömung des Kondensats (23) aus einem höher gelegenen Kompartiment (10) hydraulisch sowohl gas- als auch dampfdicht verschließbar sind.