DE102005039050A1 - Kondensatkühler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensatkühler zur Abkühlung von in Dampf-Rohrleitungsnetzen, insbesondere ohnen Kondensatrückförderanlagen, anfallenden Kondensats oder Absalz- und Abschlämmwasser aus Dampferzeugungsanlagen auf eine für eine Versickerung in das Erdreich oder eine Einleitung in einen Abwasserkanal zulässige Temperatur. Der erfindungsgemäße Kondensatkühler benötigt weder Hilfsenergie, noch zusätzliche Medien, wie Frischwasser, ist in seinem Aufbau unkompliziert, störunanfällig und damit ausgesprochen kostengünstig. DOLLAR A Der Kondensatkühler besteht aus einem stehenden Behälter mit einer Füllkörperschüttung, einer Luftzuführung und einem Kondensat-/Wasserablauf im unteren Teil sowie einer Kondensat-/Wasserzuführung über einen horizontalen, strahlenförmigen Verteiler mit einer Treibdampfdüse sowie einem Wrasenabzug im oberen Teil. Kondensat/Wasser rieselt über Füllkörper nach unten, in Gegenrichtung strömt Umgebungsluft von unten nach oben durch die Füllkörperschüttung. Durch Verdunstung wird dem Kondensat/Wasser Wärme entzogen und es erfolgt eine Abkühlung. Die natürliche Luftströmung durch den Kühler wird durch die Nutzung des Dampfes, der sich bei der Entspannung von Kondensat oder Kesselinhaltswasser bildet, als Treibdampf im injektorförmig ausgebildeten Kopf des Kühlers verstärkt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen hilfsenergiefreien Kondensatkühler zur Abkühlung von in Dampfrohrleitungsnetzen, insbesondere ohne Kondensatrückförderanlagen, anfallenden Kondensats oder Absalz- und Abschlämmwasser aus Dampferzeugeranlagen auf eine für eine Versickerung in das Erdreich oder eine Einleitung in einen Abwasserkanal zulässige Temperatur.
• Besonders in Industriegebieten werden umfangreiche Dampf-Rohrleitungsnetze betrieben, in denen infolge unvermeidlicher Wärmeverluste ein Teil des Dampfes kondensiert. Das Kondensat muss dann über Kondensatableiter aus den Dampfleitungen abgeführt werden.
• Wird dabei aus standort-, betreibennternen oder sonstigen Gründen das anfallende Netzkondensat nicht über so genannte Kondensatrückförderanlagen in den Kreislauf zurückgeführt, muss dieses in Abwasserkanäle oder durch Vor-Ort-Versickerung in das Erdreich abgeführt werden. Zur Einhaltung anerkannter technischer Regeln und umweltrechtlicher Vorschriften, aber auch zum Schutz möglicherweise im Untergrund befindlicher technischer Systeme, muss hierzu das mit einer Temperatur von etwa 100°C anfallende Kondensat abgekühlt werden.
• Das gleiche technische Problem tritt übrigens bei der Ableitung von heißem Absalz- und Abschlämmwasser aus Dampferzeugeranlagen auf.
• Die Abkühlung des Kondensats auf eine erforderliche Temperatur von etwa 35°C erfolgt nach dem bekannten Stand der Technik bisher direkt durch Mischung mit Kaltwasser, oder indirekt mittels Luft in Kleinkühltürmen, Abkühlbecken, -schächten oder -gruben. Aus dem Stand der Technik ist des weiteren bereits bekannt, Absalz- und Abschlämmwasser aus Dampferzeugeranlagen durch wassergekühlte Entspanner zu führen oder in Abkühlgruben zu leiten und durch Zusatz von Frischwasser so weit abzukühlen, bis die geforderte Kanaleinleittemperatur erreicht ist.
• Obwohl die direkte Kühlung von Kondensat oder von Absalz- und Abschlämmwasser mittels Kaltwasser und dessen anschließende Einleitung in einen Abwasserkanal oder in das Erdreich eine einfache und durchaus effektive Methode darstellt, ist sie nicht immer anwendbar, da insbesondere bei ausgedehnten Dampf-Rohrleitungsnetzen Frischwasser, und bei gesteuerter Mischung Frischwasser und Elektrizität, sowie Abwasserkanäle nicht immer zur Verfügung stehen. Darüber hinaus kann der Frischwassereinsatz respektive der -verbrauch auch betriebswirtschaftliche Nachteile aufweisen.
• Bei der indirekten Kühlung wird dem Kondensat während dessen längeren Verweilens in Abkühleinrichtungen oder -strecken durch Wärmeabgabe an die Umgebung, wie Luft, Betonwände, Erdreich, aber auch durch Verdampfung Wärme bis zum Erreichen der zulässigen Einleittemperatur entzogen. Es ist bekannt, die Oberfläche der Abkühleinrichtungen oder von -strecken durch geeignete Schikanen, Schottersteine oder ähnlichem so zu vergrößern, dass eine raschere Wärmeabfuhr möglich wird. Bereits bekannt sind in diesem Zusammenhang berippte Oberflächenkühler. Bei diesen wird die Wärme des Kondensats durch eine Rohrwand übertragen und durch Konvektion an die Umgebungsluft abgegeben.
• Trotz eines erheblichen baulichen und technischen Aufwandes ist mit diesen Vor- und Einrichtungen zur indirekten Kondensatkühlung die Kühlung nur bis oberhalb der Umgebungstemperatur möglich. An Tagen mit hohen Außentemperaturen ist die angestrebte Einleittemperatur des Kondensats von etwa 35°C meist nicht zu erreichen. Damit die vorgeschriebene Einleittemperatur nicht überschritten wird, ist daher wiederum eine Temperaturmessung sowie für den Fall einer festgestellten Temperaturüberschreitung ein entsprechendes Auffangbecken für das noch zu warme Kondensat notwendig.
• Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, insbesondere bei ausgedehnten Dampf-Rohrleitungen ohne Kondensatrückförderanlagen, das sich in den Leitungen durch Wärmeverlust gebildete Kondensat oder auch Wasser, z.B. Absalz- und Abschlämmwasser aus Dampferzeugeranlagen, an ausgewählten Punkten über eine unkomplizierte, störunanfällige, technisch wenig aufwendige und damit auch kostengünstige Einrichtung aus der Rohrleitung abzuleiten und ohne Einsatz von Hilfsenergie oder zusätzlichen Medien, wie Frischwasser, so rasch auf eine zulässige Temperatur abzukühlen, dass eine unmittelbare Einleitung in das Erdreich möglich ist.
• Das Problem wird mittels eines hilfsenergiefreien Kondensatkühlers dadurch gelöst, dass dieser als ein auf Stützfüßen stehender Behälter ausgebildet ist, auf dem ein kegelstumpfförmiger Kopf mit seitlichem Kondensat-/Wasserzulauf angeordnet ist. Auf dem Kopf ist ein Wrasenaustrittsrohr aufgesetzt. Über der Bodenfläche des Behälters, die mittig ein Zuluftrohr mit darüber befindlicher Haube zur Verteilung der Zuluft aufweist, ist ein Tragrost angeordnet, auf dem bis unterhalb des Kopfaufsatzes des Behälters eine Schüttung von temperaturbeständigen Füllkörpern ruht Unmittelbar über dem Boden wird die Wandung des Behälters seitlich von einem Kondensat-/Wasserablaufrohr durchdrungen. Erfindungsgemäß ist im Kopf des Behälters konzentrisch ein strahlenförmiger Kondensat-/Wasserverteiler mit einer nach oben zum Wrasenrohr gerichteten Treibdampfdüse horizontal angeordnet, in den das Kondensat-/Wasserzulaufrohr mündet.
• Die Wirkungsweise des Kühlers beruht auf dem Prinzip der Verdunstungskühlung. Wasserdampfkondensat oder Wasser mit hoher Temperatur wird mittels eines Verteilers über eine in dem stehenden Behälter befindliche temperaturbeständige Füllkörper-schüttung geleitet. Das Kondensat/Wasser rieselt von oben nach unten, während im unteren Teil des Behälters Umgebungsluft zutritt, im Gegenstrom die Füllkörperschüttung passiert und den Kühler im oberen Teil durch das aufgesetzte Wrasenrohr verlässt. Durch die Verdunstung eines Teils des Kondensats/Wassers wird dem Kondensat/Wasser Wärme entzogen und es erfolgt eine Abkühlung.
• Die für eine gute Kühlung ausreichend große Kondensat-/Wasseroberfläche (Phasengrenzfläche Flüssigkeit/Luft) wird durch eine Füllkörperschüttung erzeugt; der erforderliche Luftdurchsatz durch die Kaminwirkung, die infolge der gegenüber der Umgebungsluft hohen Temperaturen im oberen Teil des Mantelbehälters und im Wrasenrohr entsteht. Eine Verstärkung des Luftdurchsatzes ergibt sich durch die Gestaltung der Kondensat-/Wasserzuführung. Der sich bei der Entspannung von Kondensat/Wasser hoher Temperatur bildende Dampf tritt durch eine auf den Kondensat-/Wasserverteiler aufgesetzte nach oben in das Wrasenrohr gerichtete Düse. Dadurch wird zusätzlich Luft durch den Kühler gesaugt.
• Über einen breiten Leistungsbereich verfügt der Kühler über einen Selbstregeleffekt. Proportional zu Temperatur und Menge des zu kühlenden Kondensats/Wassers ändert sich die Temperatur in der Füllkörperschüttung im oberen Teil des Behälters und im Wrasenrohr. Die dadurch beeinflusste Kaminwirkung führt zu einem mehr oder weniger starken Luftdurchsatz, verbunden mit einer Anpassung der Verdunstungsmenge und damit der Kühlleistung.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
• Die Zeichnung zeigt den erfindungsgemäßen Kondensatkühler in einer schematischen Vorderansicht.
• Der erfindungsgemäße Kondensatkühler besteht aus einem zylindrischen Behälter 1, vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Material, der auf Stützfüßen 2 ruht und in seinem ansonsten geschlossenen Boden ein Zuluftrohr 3 aufweist. Auf den Behälter ist ein kegelstumpfartiger Kopf 4 aufgesetzt, der in einem Wrasenaustrittsrohr 5 mündet. Durch die Wandung des Kopfes ist ein Kondensat-/Wassereintrittsrohr 6 und durch die Wandung des Behälters unmittelbar über dessen Boden ein Kondensat-/Wasseraustrittsrohr 7 geführt. Im Behälter ruht auf einem Tragrost 8 bis unterhalb des Kopfaufsatzes eine Schüttung von temperaturbeständigen Füllkörpern 9. Der Tragrost ist dabei über einer kegelförmigen Haube 10 angeordnet, die so über dem Zuluftrohr positioniert ist, dass Zuluft die kegelförmige Haube umströmen und die Füllkörperschüttung gleichmäßig durchströmen kann.
• Zur optimalen Verteilung des durch das Kondensat-/Wassereintrittsrohr in den Kopf des Mantelbehälters einströmenden Kondensats oder auch heißen Wassers mündet das Eintrittsrohr in einem horizontalen, strahlenförmigen Kondensat-/Wasserverteiler 11, der seinerseits eine nach oben gerichtete Treibdampfdüse 12 aufweist.
• Das durch das Eintrittsrohr in den Behälter einströmende Kondensat oder Heißwasser wird durch den Verteiler in die Füllkörperschüttung geleitet und rieselt von oben nach unten. Zugleich tritt über das Zuluftrohr von unten Umgebungsluft in die Füllkörperschüttung ein, passiert diese im Gegenstrom zum Kondensat bzw. Heißwasser und verlässt durch das Wrasenrohr wieder den Behälter. Die Füllkörperschüttung erzeugt die für eine effektive Kühlung erforderliche große Kondensat-/Wasseroberfläche (Phasengrenze Flüssigkeit/Luft). Der notwendige Luftdurchsatz durch die Schüttung entsteht durch die Kaminwirkung, die sich infolge der gegenüber der Umgebungsluft hohen Temperaturen im oberen Behälterbereich und im Wrasenrohr einstellt. Der sich bei der Entspannung von Kondensat bzw. Wasser hoher Temperatur bildende Dampf tritt durch eine auf den Kondensat-/Wasserverteiler aufgesetzte nach oben zum Wrasenrohr gerichtete Treibdampfdüse. Hierdurch wird eine Injektorwirkung erzielt, die eine Verstärkung der natürlichen Durchlüftung des Kondensatkühlers zur Folge hat.

1

zylindrischer Behälter

2

Stützfüße

3

Zuluftrohr

4

kegelstumpfartiger Kopf

5

Wrasenaustrittsrohr

6

Kondensat-/Wassereintrittsrohr

7

Kondensat-/Wasseraustrittsrohr

8

Tragrost

9

Füllkörperschüttung

10

kegelförmige Haube

11

Kondensat-/Wasserverteiler

12

Treibdampfdüse

Claims (1)

1. Kondensatkühler zur Abkühlung von in Dampf-Rohrleitungsnetzen, insbesondere ohne Kondensatrückförderanlagen, anfallenden Kondensats oder Absalz- und Abschlämmwasser aus Dampferzeugeranlagen auf eine für eine Versickerung in das Erdreich oder eine Einleitung in einen Abwasserkanal zulässige Temperatur, bestehend aus einem auf Stützfüßen stehendem Behälter, in den von oben das heiße Kondensat ein- und aus dem unten das abgekühlte Kondensat abgeführt wird und in den von unten Zuluft eingeleitet und aus dem oben Wrasen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter (1) über der Zuluftrohröffnung (3) eine kegelförmige Haube (10) angeordnet und über dieser ein Tragrost (8) positioniert ist, auf dem eine Schüttung temperaturbeständiger Füllkörper (9) ruht und dass auf den Behälter ein in einem Wrasenaustrittsrohr (5) mündender kegelstumpfförmiger Kopf (4) aufgesetzt ist, in den das Kondensateintrittsrohr (6) hineinführt und in einem horizontalen, strahlenförmigen Kondensatverteiler (11) endet, der seinerseits eine nach oben zum Wrasenaustrittsrohr gerichtete Treibdampfdüse (12) aufweist.