CH682692A5 - High-pressure feedwater. - Google Patents
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Abstract
Description
1 1
CH 682 692 A5 CH 682 692 A5
2 2nd
Beschreibung description
Technisches Gebiet Technical field
Die Erfindung betrifft einen regenerativen Hoch-druck-Speisewasservorwärmer der stehenden Bauart mit U-förmigem Rohrbündel, mit eingebauter Enthitzungszone, mit integrierter, überfluteter Unterkühlungszone und mit untenliegender Wasserkammer, wobei die Enthitzungszone und die Unterkühlungszone mit je einer Abdeckung gegen die Kondensationszone abgeschirmt sind. The invention relates to a regenerative high-pressure feed water preheater of the standing type with a U-shaped tube bundle, with a built-in desuperheating zone, with an integrated, flooded undercooling zone and with a water chamber underneath, the desuperheating zone and the undercooling zone each being shielded from the condensation zone by a cover.
Stand der Technik State of the art
Ein solcher Vorwärmer ist bekannt aus dem Fachartikel «The effect of condensate reheat on mean temperature différence in feedwater heater subcooling zones», publiziert in der Literaturstelle «Transactions of the ASME», Oktober 1957, Seiten 1494-1500, Fig. 3a. Such a preheater is known from the technical article “The effect of condensate reheat on mean temperature difference in feedwater heater subcooling zones”, published in the literature “Transactions of the ASME”, October 1957, pages 1494-1500, Fig. 3a.
Bei derartigen Vorwärmern mit integrierter und überfluteter Unterkühlungszone kann in keinem Betriebsfall Dampf aus der Kondensationszone in die Unterkühlungszone gelangen. Dennoch müssen die wärmeübertragenden Zonen mit grösster Sorgfalt gestaltet werden, denn auch äussere und innere Leckagen sind zu minimieren. So wird durch entsprechend dicke Abschlussschikanen des Unterkühlers, durch kleine strömungsbedingte Druckverluste in der Eintrittspartie und durch kleine Ringspalte das Eindringen von Kondensatströmen in die Unterkühlungszone klein gehalten. Innere Leckagen werden minimiert durch dicht an den Unterkühlermantel angeschweisste Schikanen und durch kleine Ringspalte an den Rohrdurchführungen. With such preheaters with an integrated and flooded subcooling zone, steam can never pass from the condensation zone into the subcooling zone. Nevertheless, the heat transfer zones must be designed with the greatest of care, because external and internal leakages must also be minimized. The subcooler has correspondingly thick end baffles, small flow-related pressure losses in the inlet section and small annular gaps keep condensate flows from entering the subcooling zone. Internal leaks are minimized by baffles welded close to the subcooler jacket and by small annular gaps on the pipe penetrations.
Bei dieser Art von Vorwärmern bildet die Überflu-tungshöhe des Unterkühlers eine Druckreserve, die das Wiederverdampfen des Kondensates erschwert. Die Überflutung wird durch eine entsprechende Auslegung der Kondensat-Abflussregulierung und des Niveau-Regelbereiches sichergestellt. Hierbei muss sich das höchste geregelte Kondensatniveau unterhalb der Abschlussschikane des Enthitzers befinden, damit kein Kondensat in die Enthitzungszone zurückströmen kann. With this type of preheater, the overflow level of the subcooler forms a pressure reserve, which makes it difficult to re-evaporate the condensate. The flooding is ensured by appropriate design of the condensate drain regulation and the level control range. The highest regulated condensate level must be below the end baffle of the desuperheater so that no condensate can flow back into the desuperheating zone.
Andererseits kommt der richtigen Dimensionierung der Enthitzungszone ebenfalls grösste Bedeutung zu. Der überhitzte Anzapfdampf wird im Enthit-zer mit einer bestimmten Geschwindigkeit im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom zum Speisewasser geführt. Solange die Aussenwandungen der vom überhitzten Dampf beaufschlagten Rohre trok-ken ist, erfolgt der dampfseitige Wärmeübergang zum Rohr auf konvektivem Wege. Bei zu gross dimensionierter Enthitzungszone kann die Kondensation bereits an einer Stelle einsetzen, bei welcher die Rohraussenwand die örtliche Sättigungstemperatur erreicht. In diesem Fall gelten für den dampf-seitigen Wärmeübergang zum Rohr die Gesetze der Kondensation und es ist mit Erosion-Korrosion zu rechnen. Aus Gründen der Betriebssicherheit muss dieser Zustand über dem ganzen Lastbereich des Apparates vermieden werden. On the other hand, the correct dimensioning of the desuperheating zone is also extremely important. The overheated bleed steam is led to the feed water at a certain speed in counter current or cross counter current. As long as the outer walls of the pipes exposed to the superheated steam are dry, the heat transfer to the pipe on the steam side takes place by convection. If the desuperheating zone is too large, the condensation can already start at a point where the pipe outer wall reaches the local saturation temperature. In this case, the laws of condensation apply to the steam-side heat transfer to the pipe and erosion-corrosion can be expected. For reasons of operational safety, this condition must be avoided over the entire load range of the device.
Bedingt durch die oben erwähnte notwendige Höhendifferenz zwischen Abschlussschikane der Enthitzungszone und höchstmöglichem Überflutungsniveau oberhalb der Unterkühlungszone kann es folglich zu einer Fehldimensionierung der Enthitzungszone kommen. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass beispielsweise die Unterkühlungszone ver-grössert werden muss, um die Kondensataustrittstemperatur und damit auch den Dampfstrom zu senken. Eine solche Auslegung führt in der Regel zu einer Unterkühlungszone, die mittels Schikanen in mehrere Kammern unterteilt ist und somit eine grössere Höhe in Längsrichtung des Apparates aufweist. Due to the above-mentioned necessary height difference between the final chicane of the desuperheating zone and the highest possible level of flooding above the hypothermia zone, the desuperheating zone can be dimensioned incorrectly. This applies in particular to the case where, for example, the supercooling zone has to be enlarged in order to lower the condensate outlet temperature and thus also the steam flow. Such a design usually leads to a subcooling zone, which is divided into several chambers by means of baffles and thus has a greater height in the longitudinal direction of the apparatus.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, bei einem Dreizonen-Speisewasservorwärmer der eingangs genannten Art Massnahmen zu schaffen, durch welche das Auftreten von Kondensationskernen in der Enthitzungszone mit Sicherheit vermieden wird. The invention is based on the object of providing measures for a three-zone feedwater preheater of the type mentioned at the outset by which the occurrence of condensation nuclei in the desuperheating zone is reliably avoided.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch ereicht, dass in der Enthitzungszone eine nicht vom Dampf durchströmte Kammer um das Rohrbündel herum angeordnet ist. According to the invention, this is achieved in that a chamber not flowed through by the steam is arranged around the tube bundle in the desuperheating zone.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere in der Einfachheit der neuen Massnahme zu sehen. Dem Konstrukteur bleibt es überlassen, das derart geschaffene strömungstechnisch und damit auch wärmetechnisch inaktive Volumen beliebig in die Enthitzungszone zu integrieren, gegebenenfalls in mehrere Kammern zu unterteilen. The advantages of the invention can be seen in particular in the simplicity of the new measure. It is up to the designer to integrate the fluidically inactive and thus also thermally inactive volume created in this way into the desuperheating zone, if necessary to divide it into several chambers.
Es ist besonders zweckmässig, wenn sowohl der Deckel als der Boden der Kammer aus Rohr-Stütz-platten gebildet sind. Entsprechend der Schikanierung der Enthitzungszone müssen dann zur Bildung der Kammer nur noch die beteiligten Stützplatten mit einem einfachen Blech ummantelt werden. It is particularly expedient if both the lid and the bottom of the chamber are formed from tube support plates. According to the harassment of the desuperheating zone, only the supporting plates involved have to be covered with a simple sheet metal to form the chamber.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically. Show it:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch einen Speisewasservorwärmer; Figure 1 is a partial longitudinal section through a feed water preheater.
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie Fig. 2 shows a cross section along the section line
2-2 in Fig. 1 2-2 in Fig. 1
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie Fig. 3 shows a cross section along the section line
3-3 in Fig. 1 3-3 in Fig. 1
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet. Only the elements essential for understanding the invention are shown. The direction of flow of the work equipment is indicated by arrows.
Weg zur Ausführung der Erfindung Way of carrying out the invention
Der Hochdruck-Speisewasservorwärmer der stehenden Bauart ist mit einem Aussenmantel 1 umkleidet, an dessen unterem Ende einander gegenüberliegend je eine Dampfeinlassöffnung 2 und eine Kondensatauslassöffnung 3 angeordnet sind. Im linken Teil des Apparates ist eine Enthitzungszone 4 The high-pressure feed water preheater of the standing type is clad with an outer jacket 1, at the lower end of which a steam inlet opening 2 and a condensate outlet opening 3 are arranged opposite each other. In the left part of the apparatus there is a desuperheating zone 4
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
2 2nd
3 3rd
CH 682 692 A5 CH 682 692 A5
4 4th
vorgesehen. Diese ist nach oben zur Kondensationszone 5 hin mit einer Abdeckung 6 in Form einer Abschlussschikane versehen. Das Innere der Enthitzungszone 4 ist schikaniert mittels Dampfleitblechen 7, T und 7", welche gleichzeitig die Funktion als Rohrstützplatten ausüben. intended. This is provided up to the condensation zone 5 with a cover 6 in the form of an end baffle. The interior of the desuperheating zone 4 is harassed by means of steam baffles 7, T and 7 ", which at the same time perform the function as pipe support plates.
Das obere Ende der Enthitzungszone 4 mündet in einen Dampfverteilungsschacht 8, welcher durch Abschlusswände 17 begrenzt ist. Dieser Schacht verläuft zentral zwischen einem U-förmigen Rohrbündel, dessen beide Schenkel einen rechten kalten Rohrbündelteil 9 und einen linken warmen Rohrbündelteil 10 bilden. Der Schacht ist so angeordnet, dass seine einander gegenüberliegenden Längsöffnungen als Dampfaustritt wirken. Diese Längsöffnungen sind mit gelochten Abdeckblechen The upper end of the desuperheating zone 4 opens into a steam distribution shaft 8 which is delimited by end walls 17. This shaft runs centrally between a U-shaped tube bundle, the two legs of which form a right cold tube bundle part 9 and a left warm tube bundle part 10. The shaft is arranged in such a way that its opposite longitudinal openings act as a steam outlet. These longitudinal openings are with perforated cover plates
12 versehen, welche einerseits in der Schachtebene Dampfaustrittsöffnungen 11 und andererseits in der Ebene der berührten Zone Bedampfungslöcher 12 provided, on the one hand in the shaft plane steam outlet openings 11 and on the other hand in the plane of the zone touched steaming holes
13 aufweisen. Im zentralen Raum in den Rohrbündelteilen 9 und 10 ist je ein Entlüftungskanal 15 ausgespart, in welchem ein Entlüftungsrohr 14 geführt ist. In der Kondensationszone 5 sind Rohrabstützungen 16 so angeordnet, dass das anfallende Kondensat nach unten rieseln kann. 13 have. In the central space in the tube bundle parts 9 and 10, a ventilation duct 15 is recessed, in which a ventilation tube 14 is guided. Pipe supports 16 are arranged in the condensation zone 5 in such a way that the condensate can trickle downwards.
Im rechten Teil des Apparates ist eine schikanierte Unterkühlungszone 18 vorgesehen. Die als Rohrstützplatten wirkenden Schikanen 19 unterteilen die Unterkühlungszone in mehrere Kammern und zwingen das Kondensat zu einer Kreuz-Gegenströmung zum Speisewasser, welches in den Rohren des Rohrbündels strömt. Diese Unterkühlungszone ist nach oben zur Kondensationszone 5 hin ebenfalls mit einer Abdeckung 20 in Form einer Abschlussschikane versehen. In der nicht dargestellten Kondensatabflussleitung ist ein Regelorgan 21 angeordnet, mit dem der Abflussstrom reguliert wird. Oberhalb der Abschlussschikane 20 ist das Überflutungsniveau des Kondensates mit 22 angegeben. 29 bezeichnet den Niveau-Regelbereich. A harassed hypothermia zone 18 is provided in the right part of the apparatus. The baffles 19 acting as tube support plates divide the supercooling zone into several chambers and force the condensate to cross-flow to the feed water which flows in the tubes of the tube bundle. This supercooling zone is likewise provided with a cover 20 in the form of an end baffle towards the condensation zone 5. A control element 21 is arranged in the condensate drain line, not shown, with which the drain flow is regulated. Above the end baffle 20, the level of flooding of the condensate is indicated at 22. 29 denotes the level control range.
Das kalte Rohrbündelteil 9 mündet an der Unterseite des Vorwärmers über einen Rohrboden 26 in eine Sammelkammer 27, durch welche das Speisewasser von unten nach oben in die Rohre hineinströmt. Nach der Aufheizung wird das Speisewasser über die Sammelkammer 28, in welche der warme Schenkel 10 des Rorbündels mündet, aus dem Apparat abgeführt. The cold tube bundle part 9 opens out at the bottom of the preheater via a tube plate 26 into a collecting chamber 27, through which the feed water flows into the tubes from the bottom up. After heating, the feed water is discharged from the apparatus via the collecting chamber 28, into which the warm leg 10 of the Rorbund bundle opens.
Soweit sind Drei-Zonen-Speisewasservorwärmer bekannt. Es kann nunmehr vorkommen, dass gemäss Spezifikationen des Betreibers die Kondensataustrittstemperatur auf ein besonders tiefes Niveau gesenkt werden muss, damit unter anderem die angesaugte Dampfmenge reduziert werden kann. Eine Senkung der Kondensataustrittstemperatur führt zu einer Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche in der Unterkühlungszone. Bei gegebenem Aussen-durchmesser des Apparates bedeutet dies eine Vergrösserung der Unterkühlungszone in Längsrichtung des Apparates, also in der Höhe. Um nun die Bedingung zu erfüllen, dass das höchstmögliche Überflutungsniveau auf jeden Fall unterhalb der Abschlussschikane im Enthitzer liegen muss, führt dies zwangsläufig auch zu einer Anhebung dieser Abschlussschikane und damit zu einer unerwünschten Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche in der Enthitzungszone, sofern nicht Gegenmassnah-men getroffen werden. So far, three-zone feed water preheaters are known. It can now happen that, according to the operator's specifications, the condensate outlet temperature has to be reduced to a particularly low level so that the amount of steam sucked in can be reduced, among other things. Lowering the condensate outlet temperature leads to an increase in the heat exchange area in the supercooling zone. Given the outside diameter of the apparatus, this means an enlargement of the supercooling zone in the longitudinal direction of the apparatus, that is, in height. In order to meet the condition that the highest possible level of flooding must be below the final chicane in the desuperheater, this inevitably leads to an increase in this final chicane and thus to an undesirable increase in the heat exchange area in the desuperheating zone, unless countermeasures are taken .
Hier setzt nun die Erfindung ein: Um die Wärmeaustauschfläche in der Enthitzungszone trotz erhöhtem Gesamtvolumen auf ein erträgliches Mass zu reduzieren, wird darin eine wärmetechnisch inaktive Zone geschaffen. Am einfachsten geschieht dies dadurch, dass innerhalb der Enthitzungszone eine vom Dampf nichtdurchströmte Kammer 23 um das warme Rohrbündelteil 10 vorgesehen wird. Gemäss dargestelltem Ausführungsbeispiel können hierzu die Dampfleitbleche 7' und 7" benutzt werden. Diese an einer Seite ohnehin mit der Trennwand 30 zwischen Enthitzungszone und Unterkühlungszone verschweissten Platten bilden dabei den Deckel und den Boden der Kammer 23. Sie werden mit einem einfachen Blech 24 ummantelt, wodurch ein geschlossener, nicht vom Dampf beaufschlagter Raum entsteht. Entsprechend der Aussenkontur der Platten 7' und 7" kann dieses Blech 24 von nahezu halbzylindrischer oder aber von mehreckiger Form sein. This is where the invention comes in: In order to reduce the heat exchange area in the desuperheating zone to a tolerable level despite the increased total volume, a thermally inactive zone is created therein. The easiest way to do this is to provide a steam-free chamber 23 around the warm tube bundle part 10 within the desuperheating zone. According to the exemplary embodiment shown, the steam baffles 7 'and 7 "can be used for this. These plates, which are anyway welded to the partition 30 between the heating zone and the supercooling zone on one side, form the cover and the bottom of the chamber 23. They are covered with a simple plate 24, which creates a closed space that is not exposed to the steam. According to the outer contour of the plates 7 'and 7 ", this sheet 24 can be of almost semi-cylindrical or of polygonal shape.
Es versteht sich, dass beispielsweise bei mehrfach schikanierter Enthitzungszone die Stützplatten 7' und 7" genau so gut am Aussenmantel 25 des Enthitzers anschlagen könnten mit entsprechender Anpassung des Bleches 24 im halbzylindrischen Innenraum der Enthitzungszone. It goes without saying that, for example, in the case of a multi-harassed heat treatment zone, the support plates 7 'and 7 "could strike the outer jacket 25 of the heat sink just as well with a corresponding adaptation of the plate 24 in the semi-cylindrical interior of the heat treatment zone.
Die Betriebsweise des 3-Zonen-Apparates wird nachstehend erläutert: Durch die Dampfeinlassöffnung 2 tritt überhitzter Dampf in die Enthitzungszone 4 ein, umströmt das darin angeordnete Dampfleitblech 7 sowie die Kammer 23 und gelangt unmittelbar in den Dampfverteilungsschacht 8, welcher von unten nach oben durchströmt wird. Aus den einander gegenüberliegenden Dampfaustrittsöffnungen 11 in den Abdeckblechen 12 tritt der Dampf unmittelbar in den Ringraum der Kondensationszone 5 ein und verteilt sich darin. Mit vergleichsweiser geringer Geschwindigkeit trifft er gemäss Pfeilrichtung in Fig. 2 auf die Kondensationsfläche der Rohrbündel 9, 10 und durchströmt die Bündel radial von aussen nach innen. Nach Wärmeabgabe und Kondensation des Heizdampfes fliesst das Kondensat abwärts und sammelt sich oberhalb der Unterkühlungszone, wobei das Niveau des den Unterkühler überfutenden Kondensates auf das jeweils gewünschte Mass eingeregelt ist. Durch die Entlüf-tungsrohre 14 innerhalb der Rohrbündel 9 und 10 werden Luft und nichtkondensierbare Gase nach abgeschlossenener Kondensation abgezogen. The mode of operation of the 3-zone apparatus is explained below: Superheated steam enters the desuperheating zone 4 through the steam inlet opening 2, flows around the steam baffle 7 arranged therein and the chamber 23 and arrives directly into the steam distribution shaft 8, which is flowed through from bottom to top . The steam enters the annular space of the condensation zone 5 directly from the mutually opposite steam outlet openings 11 in the cover plates 12 and is distributed therein. At a comparatively low speed, it meets the condensation surface of the tube bundles 9, 10 in the direction of the arrow in FIG. 2 and flows radially through the bundle from the outside inwards. After the heat has been given off and the heating steam has condensed, the condensate flows downward and collects above the supercooling zone, the level of the condensate covering the subcooler being adjusted to the desired level. Air and non-condensable gases are drawn off through the vent pipes 14 within the tube bundles 9 and 10 after the condensation has been completed.
Das Speisewasser in den Rohren wird in einem dreistufigen Vorgang zunächst in der Unterkühlungszone 18, danach in der Kondensationszone 5 und schliesslich in der Enthitzungszone 4 vorgewärmt. The feed water in the tubes is preheated in a three-stage process, first in the supercooling zone 18, then in the condensation zone 5 and finally in the desuperheating zone 4.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased | ||
| PL | Patent ceased |