DE2800287A1

DE2800287A1 - Luftgekuehlte kondensationsanlage

Info

Publication number: DE2800287A1
Application number: DE19782800287
Authority: DE
Inventors: Hans-Bernd Dipl Ing Gerz
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Priority date: 1978-01-04
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1979-07-05
Also published as: US4190102A; JPS6037387B2; ES467030A1; JPS5494154A

Description

GEA Luftkühlergesellschaft Happel GmbH & Co. KG, Dorstener Str. l8, 4690 Herne 2

Luftgekühlte Kondensationsanlage

Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte Kondensationsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kondensationsanlagen dieser Bauart können sowohl zwangsals auch naturbelüftet sein. Die Wärmetauschelemente sind meistens in Dachform zusammengestellt. Der zu kondensierende Dampf wird zunächst durch ein solches Wärmetauschelement oder durch mehrere solcher Wärmetauschelemente hindurehgeführt, die kondensatorisch geschaltet sind. Kondensatorisch heißt, daß die Strömungsrichtung des Dampfes mit der Strömungsrichtung des Kondensates übereinstimmt. Um ein Einfrieren im Winterbetrieb zu vermeiden, werden die kondensatorisch beaufschlagten Wärmetauschelemente mit überschußdampf gefahren, wobei die überschüssigen Dampfmengen anschließend in einem Wärmetauschelement oder mehreren Wärmetauschelementen kondensiert werden, die dephlegmatorisch geschaltet sind. Dephlegmatorisch bedeutet, daß der Dampf entgegengesetzt zur Fließrichtung des Kondensates strömt. Die gesamte Dampfmenge strömt also zunächst durch mindestens ein kondensatorisches Wärmetauschelement und die dann verbleibende Restdampfmenge durch ein dephlegmatorisches Wärmetauschelement.

Die Kühlluft wird bei dachartig zusammengestellten Wärmetauschelementen von unten zugeführt. Bei aufrechtstehenden Wärmetauschelementen strömt sie horizontal an. Sie strömt dabei parallel durch die verschiedenen Wärmetauschelemente an den in mehreren Reihen hintereinander angeordneten Rippenrohren vorbei. Die Rippenrohre verlaufen in einer vertikalen Ebene.

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Es ist bekannt, daß es in den Dephlegmatorrohren bei Temperaturen unter Null Grad Celsius zu einer Reifbildung in den oberen Endabschnitten kommen kann. Diese Reifbildung beruht darauf, daß in diesen Endabschnitten ein Dampf-Luftgemisch mit einem relativ hohen Anteil an Luft vorhanden ist, wodurch diese Endabschnitte nicht mehr dem Kondensationsprozeß unterliegen. Die in dem Dampf-Luftgeraisch enthaltene Feuchtigkeit schlägt sich folglich bei Temperaturen unter Null Grad Celsius in Form von Reif an den Innenwänden der Dephlegmatorrohre nieder.

Unter ungünstigen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise bei konstanten niedrigen Temperaturen sowie konstanter Belastung der Kondensationsanlage, besteht mithin die Gefahr, daß die Dicke der Reifschicht mehr und mehr anwächst, bis daß der lichte Querschnitt der Dephlegmatorrohre so stark zugewachsen ist, daß die beim Kondensationsprozeß anfallenden, nicht kondensierbaren Gase nicht mehr vollständig abgesaugt werden können. Die primäre Folge ist eine Ansammlung von Luft in den betreffenden Dephlegmatorrohren. Obwohl keine Zerstörungen beobachtet werden, nehmen diese dann an dem Kondensationsprozeß nicht mehr teil. Die Kondensationsleistung wird herabgesetzt.

Die Ansammlung von Luft schon in einem Teil der Dephlegmatorrohre kann aber darüber hinaus auch noch dazu führen, daß jetzt von den noch wirksamen Dephlegmatorrohren nicht mehr die notwendige überschußdampfmenge durch das Wärmetauschelement mit den Kondensatorrohren gezogen wird, um die Ausbildung der gefürchteten Totzonen in den unteren Endabschnitten der Kondensatorrohre zu verhindern. Eine solche Totzone in den Kondensatorrohren ist mit Einfriergefahr und damit einhergehender Eisbildung verbunden, was im Gegensatz zu den innenseitig durch Reif blockierten Dephlegmatorrohren dann aber nicht nur zu

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einer Leistungsminderung, sondern einer Beschädigung der entsprechenden Kondensatorrohre führen kann.

Bislang hat man diesen Nachteilen im Winterbetrieb einer kondensatorisch-dephlegmatorisch betriebenen luftgekühlten Kondensationsanlage dadurch entgegengewirkt, daß man die Wärmetauschelemente mit den Dephlegmatorrohren intermittierend mit Kühlluft beaufschlagt. Bei einer Zwangsbelüftung werden z.B. die Ventilatoren in bestimmten Zeitabständen für einen kurzen Augenblick stillgesetzt. Dies bewirkt eine Aufwärmung der Dephlegmatorelemente, so daß der eventuell angesetzte Reif abgebaut wird. Im Falle der natürlichen Belüftung einer Kondensationsanlage wird dieser Effekt z.B. mit der Abdeckung der in Frage kommenden Wärmetauschelemente mit Dephlegmatorrohren durch Jalousien erreicht .

Ein weiterer Nachteil sind die Druckschwankungen in der gesamten Kondensationsanlage aufgrund des häufigen An- und Abschaltens der Belüftung, und zwar sowohl bei der Zwangs- als auch bei der Naturbelüftung. Die SUSätz-liche Belastung des Betriebspersonals kann dadurch herabgesetzt werden, daß das An- und Abschalten der Ventilatorrohre bzw. die Betätigung der Jalousien automatisiert wird. Es

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steht indessen außer Zweifel, daß eine derartige Automation nur mit einem erhöhten Aufwand an Steuer- und Regelvorrichtungen zu verwirklichen ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine luftgekühlte Kondensationsanlage der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Gattung zu schaffen, bei welcher ohne Unterbrechung der Kühlluftzufuhr zu den Wärmetauschelementen eine Reifbildung in den dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohren verhindert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Mit einer solchen Anordnung einer kondensatorisch beaufschlagten, d.h. nach dem Gleichstromprinzip betriebenen Rippenrohrreihe wird eine den dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohren vorgelagerte Lufterwärmungszone geschaffen. Da die Kondensatorrohrreihe infolge Anbindung an die Dampfzuleitung und Überschußdampfbetrieb vollständig am Kondensationsprozeß teilnimmt, wird die dem Wärmeta'>s ehe lement mit den Dephlegmatorrohren zugeführte Kühlluft mit Sicherheit auch bei Außentemperaturen unter Null Grad Celsius auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes erwärmt, so daß eine Unterkühlung der nachfolgenden Dephlegmatorrohrreihen mit der Möglichkeit der innenseitigen Reifbildung unterbunden ist. Die Dephlegmatorrohre nehmen daher ebenfalls voll am Kondensationsprozeß teil und stellen somit die Einhaltung der gewünschten Kondensationsleistung sicher. Bevorzugt weist dabei die kondensatorisch beaufschlagte Rippenrohrreihe in etwa die gleiche Höhen- und Breitenerstreckung wie die in Strömungsrichtung der Kühlluft dahinterliegenden dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohrreihen auf.

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Nach der Erfindung ist es ferner von Vorteil, daß die kondensatorisch beaufschlagte Rippenrohrreihe in das Wärmetauschelement mit den dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohren integriert ist. Die aufgrund der direkten Anbindung an die Dampfzuleitung mit Sicherheit über ihre gesamte Länge mit Dampf gefüllten Kondensatorrohre sind bei dieser Ausführungsform ebenfalls an die Verteiler- bzw. Sammelkammer des Dephlegmatorteils angebunden. Dabei ist die Sammelkammer des Dephlegmatorteils zwecks Anbindung der Kondensatorrohre an die Dampfzuleitung bereichsweise abgeschottet. Die Verteilerkammer der Dephlegamtorrohre bildet indessen zugleich die Sammelkammer für die Kondensatorrohre.

Die Vorlagerung einer kondensatorisch beaufschlagten Rippenrohrreihe zu den Dephlegmatorrohren erhöht in vorteilhafter Weise die Kondensationsleistung. In diesem Zusammenhang sieht eine weiterbildende Maßnahme der Erfindung vor, daß mit Ausnahme der dem Kühlluftstrom zugewendeten Rohrreihe in den der Sanmelkamraer benachbarten Endabschnitten der Rippenrohre des kondensatorisch beaufschlagten Wärmetauschelementes Drosseln vorgesehen sind, deren Durchlaßquerschnitte in Strömungsrichtung der Kühlluft von Rohrreihe zu Rohrreihe abnehmen.

Es wird also bewußt die dem Kühlluftstrom zuerst ausgesetzte Reihe der Kondensatorrohre nicht mit Drosseln ausgerüstet. Hier soll zwecks Vermeidung der Ausbildung von Totzonen auf alle Fälle die Kondensation über die gesamte Länge der Rippenrohre aufrechterhalten werden. Die nachfolgenden Rohrreihen werden dann mit im Durchlaßquerschnitt unterschiedlichen Drosseln ausgerüstet, und zwar jeweils in Abhängigkeit von der erforderlichen überschußdampf menge, welche hindurchgezogen werden muß, damit in der ersten Rohrreihe die Kondensation garantiert aufrechterhalten wird. Auch in den endseitig gedrosselten Rippenrohren wird dann

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auf jeden Fall die Kondensation über die gesamte Länge garantiert. Die Drosselstellen bewirken eine Verringerung der überschußdampfmenge, und zwar in Abhängigkeit von der Größenordnung der dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohre. Hierbei ist der Differenzdruck zwischen den Verteiler- und Sammelkaiamern aber stets gleich, was ebenfalls dazu beiträgt, daß die der Kühlluft als erste ausgesetzte Kondensatorreihe vollständig dem Kondensationsprozeß bei jeglicher Vermeidung von Totzonen unterliegt. Das kombinative Zusammenwirken der den dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohren vorgelagerten Kondensatorreihe mit den Drosseln in den unteren Endabschnitten der Rippenrohre des kondensatorisch beaufschlagten Wärmetauschelementes führt bei mindestens gleichbleibender Kondensationsleistung der gesamten Kondensationsanlage zu einem kleineren Dephlegraatorteil, was folglich eine Verringerung des Aufwandesbedeutet.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Mit 1 ist eine Dampfzuführungsleitung bezeichnet, die in die Verteilerkamaer 2 eines nach dem Gleichstromprinzip (kondensatorisch) betriebenen, senkrecht gestellten Wärmetauschelementes 3 mündet. Die Verteilerkammer 2 ist durch drei Reihen 4, 5> 6 von Rippenrohren 4¹, 5^f> 6¹ mit einer Kondensatsammelkammer 7 verbunden. Die Rippenrohre besitzen alle dieselbe Länge sowie den gleichen Innen- und Außendurchmesser. Sie sind mit Rippen 8 auf den Rohren versehen.

In den der Sammelkammer 7 benachbarten Endabschnitten der Rippenrohrreihen 5, 6 sind Drosseln 9, 10 vorgesehen. Es ist zu erkennen, daß die Rohre 4¹ der Rippenrohrreihe 4 keine Drosseln haben. Die Drosseln 10 in den Rohren 5¹ der Rippenrohrreihe 5 haben einen größeren Durchflußquerschnitt als die Drosseln 9

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in den Rohren 6¹ der Rippenrohrreihe 6. Das in der Sammelkammer anfallende Kondensat wird über nicht näher dargestellte Leitungen abgezogen.

Das Wärmetauschelement 3 wird von einem Ventilator 11 mit Kühlluft zwangsbelüftet. Der Kühlluftstrom ist mit A bezeichnet. Die Rippenrohrreihe 4 ist dem Kühlluftstrom zugewendet.

Das Wärmetauschelement 3 wird mit überschußdampf gefahren. Der überschüssige Dampf tritt von der Sammelkammer 7 über eine Leitung 12 in die unten liegende Verteilerkammer 13 eines weiteren, ebenfalls senkrecht gestellten Wärmetauschelementes 14 über. Von hier aus strömt der Dampf über zwei an die Verteilerkammer 13 angeschlossene Rippenrohrreihen 15» 16 mit Rippenrohren 15', 16' in Richtung auf eine Sammelkammer 17 am oberen Ende des Wärmetauschelementes 14. Das Kondensat fließt folglich im Gegenstrom zum Dampf in die Kammer 13 ab und wird von hier aus über nicht näher dargestellte Leitungen abgezogen.

Die Sammelkaramer 17 ist durch eine Trennwand 18 abgeschottet. Auf diese Weise wird eine weitere Verteilerkammer 19 gebildet, die über eine Leitung 20 mit der Dampfzuführungsleitung 1 direkt verbunden ist. Aus der Verteilerkammer 19 strömt der Dampf im Gleichstrom zum Kondensat durch eine Rippenrohrreihe 21 mit Rippenrohren 21· in die Kammer 13. Das Wärmetauschelement 14 wird ebenfalls von einem Ventilator 22 mit Kühlluft zwangsbelüftet. Der Kühlluftstrom ist mit den Pfeilen B bezeichnet. Die Rippenrohre 15', l6^f, 21' sind mit Rippen 8 versehen. An die Sammelkammer 17 ist eine Pumpe 23 angeschlossen, welche die sich am Ende des Kondensationsprozesses sammelnde Luft abführt. Die kondensatorisch beaufschlagte Rippenrohrreihe 21 ist dem Kühlluftstrom B zugewendet.

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Die Größe der Durehflußquerschnxtte der Drosseln 9, 10 in den Rippenrohren 5¹» 6¹ des Wärmetauschelementes 3 ist so bemessen, daß in Abhängigkeit von dem Durchzugsvermögen der dephlegmatorisch geschalteten Rippenrohrreihen 15, 16 des Wärmetauschelementes 14 in der dem Kühlluftstrom A zugewendeten Rippenrohrreihe 4 auf jeden Fall über die gesamte Länge der Kondensationsprozeß gewährleistet ist.

In der Zeichnung sind einfachheitshalber nur zwei Wärmetauschelemente 3 und 14 veranschaulicht, die senkrecht gestellt sind. In der Regel sind mehrere Wärmetauschelemente vorhanden, die dann bevorzugt dachförmig zusammengestellt sind.

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Claims

Patentansprüche:

Luftgekühlte Kondensationsanlage mit von der Kühlluft weitgehend parallel angeströmten Wärmetauschelementen, die jeweils zwischen endseitigen Verteiler- bzw. Sammelkammern sich in mehreren hintereinanderliegenden Reihen erstreckende Rippenrohre aufweisen, wobei die Rippenrohre mindestens eines Wärmetauschelementes nach dem Gleichstromprinzip (kondensatorisch) und die Rippenrohre eines diesen in Strömungsrichtung des Dampfes nachgeschalteten Wärmetauschelementes nach dem Gegenstromprinzip (dephlegmatorisch) beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Rippenrohren (15*, 16') des dephlegmatorisch beaufschlagten Wärmetauschelementes (14) mindestens eine dem Kühllufstrom (B) frontal zugewendete Reihe (21) von Rippenrohren (21¹) vorgelagert ist, die kondensatorisch beaufschlagt und unmittelbar an die zu dem Wärmetauechelement (3) mit den kondensatorisch beaufschlagten Rippenrohren (4', 5¹, 6¹) führende Dampfzuleitung (1) angeschlossen 3ind.
2. Kondensationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die kondensatorisch beaufschlagte Rippenrohrreihe (21) in etwa die gleiche Höhen- und Breitenerstreckung wie die in Strömungsrichtung der Kühlluft (B) dahinter liegenden dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohrreihen (15, 16) aufweist.
3. Kondensationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kondensatorisch beaufschlagte

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Rippenrohrreihe (21) in das Wärmetauschelernent (Ik) mit den dephlegmatorisch beaufschlagten Rippenrohren (15'> 16') integriert ist.
4. Kondensatxonsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit Ausnahme der dem Kühlluftstrom (A) zugewendeten Rohrreihe (4) in den der Sammelkammer (7) benachbarten Endabschnitten der Rippenrohre (5¹, 6') des kondensator!sch beaufschlagten Wärmetauschelementes (3) Drosseln (10, 9) vorgesehen sind, deren Durchlaßquerschnitte in Strömungsrichtung der Kühlluft (A) von Rohrreihe zu Rohrreihe abnehmen.

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