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Kondensationseinrichtung für Dampfkraftanlagen Die Erfindung betrifft
eine Kondensationseinrichtung für Dampfkraftanlagen, in welcher der in der Dampfkraftmaschine
expandierte Arbeitsdampf in zwei parallel geschalteten Kondensatoren nieder-Qeschlagen
wird, von denen der eine als Oberflächenkondensator mit einer Entgasungseinrichtung
und der andere als Mischkondensator ausgeführt ist und bei der das Kühlwasser für
den Mischkondensator durch eine Umwälzpumpe in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt
wird und dieses Kühlwasser die im Mischkondensator aufgenommene Kondensationswärme
in einem Luftkühler an die Außenluft abgibt.
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Häufig müssen Dampfkraftwerke an Stellen errichtet werden, an denen
keine ausreichende Menge an Kühlwasser zur Abführung der Kondensationswärme in einen
offenen Kühlwasserkreislauf zur Verfügung steht. In solchen Fällen muß ein Teil
oder die gesamte in der Dampfkraftanlage frei werdende Kondensationswärme an die
Außenluft abgeführt werden. Dabei wird den Kondensatoren im allgemeinen nicht unmittelbar
die Luft als Kühlmittel zugeführt, sondern es wird eine in einem geschlossenen Kreislauf
strömende Kühlwassermenge zur Abführung der Wärme aus den Kondensatoren verwendet.
Dieses Kühlwasser gibt die Wärme in einem oder in mehreren mit Mischkühlung arbeitenden
Kühltürmen oder in Oberflächen-Luftkühlern an die Außenluft ab und strömt im abgekühlten
Zustand zu den Kondensatoren zurück. Wird dieses Kühlwasser in gleicher Weise wie
das Speisewasser für den Dampferzeuger aufbereitet, so ist es möglich, den Arbeitsdampf
in einem Mischkondensator niederzuschlagen, in dem die Kühlwirkung durch Vermischen
dieser beiden Wassermengen erzielt wird.
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Die Erfindung geht aus von einer Kondensationseinrichtung, bei der
die in der Dampfkraftanlage anfallende Kondensationswärme zum Teil an einen offenen
Kühlwasserkreislauf und zum Teil über einen geschlossenen Kühlwasserkreislauf an
die Außenluft *abgeführt wird. Hierzu sind zwei Kondensatoren in Parallelschaltung,
nämlich ein Oberflächenkondensator für den offenen Kühlwasserkreislauf und ein Mischkondensator
für den geschlossenen Kühlwasserkreislauf, vorgesehen.
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Zum Fördern des Kühlwassers durch den geschlossenen Kreislauf dient
eine dem Mischkondensator nachgeschaltete Umwälzpumpe, welche die Gesamtwassermenge
aus dem Wassersammelraum dieses Kondensators ansaugt und den Anteil des Kühlwassers
des Kondensators mit einem leichten überdruck gegenüber dem Außenluftdruck durch
den Luftkühler fördert. Von dort strömt das abgekühlte Kühlwasser in den Mischkondensator
zurück.
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Um Beschädigungen in den von dem Speisewasser für den Dampferzeuger
bzw. vom Dampf und dem Kühlwasser durchflossenen Strömungskanälen der gesamten Dampfkraftanlage
durch innere Oxydation möglichst weitgehend einzuschränken, werden Entgasungseinrichtungen
verwendet, welche die in diese Räume eingedrungene Luft oder andere schädliche Gase
kontinuierlich absaugen. Solche Entgasungseinrichtungen sind im allgemeinen in Verbindung
mit den Kondensatoren der Dampfkraftanlage angebracht.
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Durch die Erfindung soll das Entfernen der schädlichen Gase aus dem
Betriebswasser und die Weiterförderung des Speisewassers zum Speisewasserbehälter
auf möglichst einfache und wirtschaftliche Weise erreicht werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß der durch den Mischkondensator strömende
Speisewasseranteil für den Dampferzeuger aus der Druckleitung der Umwälzpumpe abgezweigt,
über eine Verbindungsleitung in der Nähe der Entgasungseinrichtung dem Oberflächenkondensator
zugeführt und von dort zusammen mit dem Speisewasseranteil des Oberflächenkondensators
mit Hilfe einer Kondensatpumpe zum Speisewasserbehälter für den Dampferzeuger gefördert
wird.
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Die durch den Mischkondensator strömende Kühlwassermenge nimmt beim
Durchlaufen ihres geschlossenen Kreislaufs weitaus weniger schädliche Gase auf als
das Speisewasser, da dieses Kühlwasser durch die Umwälzpumpe auf einen leichten
überdruck gegenüber der Außenluft gebracht wird. Dadurch wird das Eindringen von
Luft in den nachgeschalteten
Luftkühler weitgehend verhindert.
Das Kühlwasser durchströmt außerdem keine hocherhitzten und gegen innere Oxydation
besonders stark gefährdeten Heizkanäle wie das Speisewasser. Es ist daher bei weitem
nicht so dringend notwendig, dieses Kühlwasser bei jedem Umlauf von den eingedrungenen
Gasen vollkommen zu befreien.
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Demgegenüber muß aber die gesamte Speisewassermenge, also auch deren
durch den Mischkondensator strömender Anteil, andauernd und möglichst vollkommen
entgast werden. Das Entfernen der eingedrungenen Gase aus diesem Speisewasseranteil
im Mischkondensator selbst würde aber eine unnötig hohe Saugleistung erforderlich
machen, da dabei zugleich die sehr große Kühlwassermenge in unnötig starkem Maße
mitentgast werden würde. Durch die Trennung dieses Speisewasseranteils von der Kühlwassermenge
vor der Entgasung entfällt dieser Nachteil. Wird das Speisewasser über eine Verbindungsleitung
der Entgasungseinrichtung des Oberflächenkondensators zugeführt, so erübrigt es
sich, für den Speisewasseranteil eine zusätzliche Entgasungseinrichtung vorzusehen.
Außerdem wird es dadurch möglich, die Speisewasseranteile beider Kondensatoren,
also die gesamte umlaufende Speisewassermenge, mit nur einer an den Kondensatsammelraum
des Oberflächenkondensators angeschlossenen Kondensatpumpenanlage zum Speisewasserbehälter
weiterzufördern. Beides führt zu einer wesentlichen Vereinfachung einer derartigen
Kondensationsanlage.
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Die Menge des in die Verbindungsleitung zum Oberflächenkondensator
abgezweigten Wassers muß jederzeit so groß sein wie die zuvor in den Mischkondensator
eingetretene Abdampfmenge, da sich andernfalls das Verhältnis zwischen der Gesamtspeisewassermenge
und der Kühlwassermenge des Mischkondensators ändert. Bei gleichbleibender Füllung
des Kühlwasserkreislaufs und bei stationärem Betrieb der Dampfkraftanlage ist der
Wasserstand im nachgeschalteten Speisewasserbehälter ein Maß für dieses Mengenverhältnis.
Dementsprechend wird vorgeschlagen, die durch die Verbindungsleitung strömende Speisewassermenge
als Stehgröße zur Regelung der im Speisewasserbehälter gespeicherten Wassermenge
anzuwenden. Zum Aufbau eines entsprechenden Regelkreises sind drei Einrichtungen
erforderlich, nämlich ein Gerät zum Messen des Wasserstandes im Speisewasserbehälter,
ein in die Verbindungsleitung eingebautes Regelventil und eine Impulsleitung zur
Übertragung der von dem Meßgerät ausgehenden Meßimpulse zu dem Regelventil.
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Eine weitere Einrichtung der Kondensationsanlage gemäß der Erfindung
ist dazu vorgesehen, um ein überfluten des Oberflächenkondensators bei einer Störung
oder beim Ausfall der Kondensatpumpe zu verhüten. Sie besteht aus einem Gerät zum
überwachen des Wasserstandes in dem Wassersammelraum des Oberflächenkondensators,
aus einer an das Regelventil der Verbindungsleitung angeschlossenen Schnellschließeinrichtung
und aus einer diese beiden Teile verbindenden Impulsleitung. Beim überschreiten
des höchstzulässigen Wasserstandes im Oberflächenkondensator löst dieses Überwachungsgerät
einen Gefahrenimpuls aus, der über die Impulsleitung zu der Schnellschließeinrichtung
übertragen wird. Durch die Auslösung dieser Schnellschließeinrichtung wird die Zufuhr
von Speisewasser aus dem Mischkondensator unterbunden und damit ein weiteres Ansteigen
des Wasserstandes im Oberflächenkondensator verzögert oder gar verhindert.
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Das durch Undichtigkeiten in den Strömungskanälen der Dampfkraftanlage
entweichende Speise-und Kühlwasser muß durch aufbereitetes Zusatzwasser dauernd
ersetzt werden. Unter normalen Umständen bleibt das Verhältnis der auf die beiden
Kondensatoren entfallenden Kondensatmengen annähernd gleich. Daher ist die Höhe
des Wasserstandes in dem Wassersammelraum des Mischkondensators bei stationärem
Betrieb ein gutes Maß für die gesamte in der Dampfkraftanlage enthaltene Speise-und
Kühlwassermenge. Dieser Wasserstand eignet sich daher als Regelgröße zur Aufrechterhaltung
der Gesamtwassermenge. Die zum Aufbau des entsprechenden Regelkreises erforderlichen
Teile bestehen wiederum aus einem Meßgerät zum Messen des Wasserstandes in diesem
Wassersammelraum, aus einem in die Zusatzwasserleitung eingebauten Regelventil und
aus einer Impulsleitung zum Übertragen der Meßgrößen zu dem Regelventil. Um Fehlregelungen
auszuschließen, muß dieser Regelkreis allerdings so abgestimmt sein, daß die bei
Leistungsänderungen auftretenden kleinen Schwankungen des Wasserstandes in dem Wassersammelraum
keinen Einfluß auf die Regelung der Gesamtwassermenge ausüben. Es ist möglich, diese
Regeleinrichtung entweder für kontinuierliche oder für unterbrochene Zufuhr des
Zusatzwassers auszuführen.
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Das Zusatzwasser wird beim Betrieb des Mischkondensators allein oder
beider Kondensatoren dem Wassersammelraum des Mischkondensators zugeführt. Bei seiner
Aufbereitung wird es zwar voll entsalzt, jedoch nicht von den gelösten Gasen befreit.
Seine Temperatur liegt im allgemeinen zunächst weseitlich unterhalb derjenigenTemperatur,
bei der eine ausreichende Entgasung möglich ist. Bei bekannten Ausführungen von
Kondensationseinrichtungen muß daher das Zusatzwasser vor seinem Eintritt in die
Entgasungseinrichtung in einem eigens hierzu vorgesehenen Vorwärmer auf die nötige
Temperatur gebracht werden. Dieser Vorwärmer erübrigt sich bei der Kondensationseinrichtung
gemäß der Erfindung, da das Zusatzwasser durch das Vermischen mit der wärmeren und
weitaus größeren Menge an Speise-bzw. Kühlwasser im Wassersammelraum des Mischkondensators
vor Eintritt in die Entgasungseinrichtung auf die notwendige Temperatur gebracht
wird.
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Um eine ungestörte Zuleitung des Zusatzwassers auch bei Ausfall eines
der beiden Kondensatoren zu sichern, ist es unumgänglich, die Zusatzwasserleitung
mit absperrbaren Abzweigleitungen zu beiden Kondensatoren zu versehen. Bei einem
Ausfall des Mischkondensators fällt der Wasserstand in dessen Wassersammelraum als
Regelgröße zum Regeln der Gesamtwassermenge aus. In diesem Fall kann die Gesamtwassermenge
über den Wasserstand des Speisewasserbehälters geregelt werden.
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In der Zeichnung ist die Kondensationseinrichtung gemäß der Erfindung
in einem Schaubild schematisch dargestellt.
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Der in der Dampfkraftmaschine expandierte Arbeitsdampf strömt in die
beiden in Parallelschaltung angeordneten Kondensatoren 1 und 2, von denen
der eine als Oberflächenkondensator 1 und der andere als Mischkondensator 2 ausgebildet
ist. Das in diesem Mischkondensator niedergeschlagene Kondensat und das Kühlwasser
sammeln sich in dem
Wassersammelraum 21 und werden von dort durch
die Umwälzpumpe 22 abgesaugt. Der Kondensat-bzw. Speisewasseranteil wird gemäß der
Erfindung über die Verbindungsleitung 3 der an den Oberflächenkondensator 1 angeschlossenen
Entgasungscinrichtung 4 zugeführt. Die gesamte Speisewassermenge wird nach
Durchfließen des Wassersammelraumes 11 des Oberflächenkondensators 1 mit Hilfe der
Kondensatpumpe 12 über den Speisewasservorwärmer 13 zum Speisewasserbehälter 5 weitergefördert.
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Um die Gesamtmenge des in der Dampfkraftanlage umfließenden Speisewassers
aufrechtzuerhalten, d. h. die vom Mischkondensator 2 abgezweigte Wassermenge jeweils
so groß zu bemessen wie die Abdampfmenge, die in diesem Mischkondensator zuvor niedergeschlagen
wurde, ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die aus dem Meßgerät 61 zur Feststellung
des Wasserstandes im Speisewasserbehälter 5, aus einem in die Verbindungsleitung
3 eingebauten Regelventil 62 und aus der diese beiden Geräte verbindenden Impulsleitung
63 besteht.
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Die aus der am Wassersammelraum 11 des Oberflächenkondensators 1 angeordneten
Meßeinrichtung 71, aus der Impulsleitung 73 und aus der Schnellschließeinrichtung
72 des Regelventils 62 bestehende Sicherheitseinrichtung ist dazu vorgesehen, um
bei Ausfall oder Störung der Kondensatpumpe 12 ein Überfluten des Oberflächenkondensators
zu verhindern oder zumindest zu verzögern. Sie bewirkt, daß beim Überschreiten eines
höchstzulässigen Wasserstandes der Zustrom von Wasser aus dem Mischkondensator 2
durch Schließen des Regelventils 62 sofort unterbunden wird.
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Eine weitere Regeleinrichtung dient zum richtigen Bemessen der zuzuführenden
Menge an aufbereitetem Zusatzwasser. Als Regelgröße wird hierzu beim Betrieb des
Mischkondensators 1 allein oder beider Kondensatoren 1 und 2 der Wasserstand
im Wassersammelraum 21 des Mischkondensators 2 benutzt. Das Meßgerät 91 mißt diesen
Wasserstand und steht über die Meßleitung 93 mit dem in die Zusatzwasserleitung
9 eingebauten Regelventil 92 in Verbindung. Bei einem Ausfall des Mischkondensators
wird das Zusatzwasser über die Abzweigleitung 94 direkt dem Oberflächenkondensator
1 zugeleitet. In diesem Fall muß auch die Zusatzwassermenge über den Wasserstand
im Speisewasserbehälter 5 über die Impulsleitung 63, 96 mit Hilfe des Regelventils
95 geregelt werden.
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Das aus dem Mischkondensator 2 ausströmende Kühlwasser wird durch
die Umwälzpumpe 22 in einem geschlossenen Kreislauf über den Luftkühler 23 und die
Wasserturbine 24 wieder zum Mischkondensator zurückgefördert. Die Wasserturbine
dient dazu, das verbleibende Druckgefälle zwischen dem Austritt des Luftkühlers
23 und dem Eintritt in den Mischkondensator in mechanische Leistung umzusetzen.
Diese wiedergewonnene Leistung wird neben der Antriebsleistung des Pumpenmotors
25 zum Antrieb der Umwälzpumpe 22 ausgenutzt.
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Die mit dem Regelventil 81 versehene Rückführleitung 8 ist
dazu vorgesehen, um auch bei sehr geringem Zustrom von Speisewasser zum Speisewasserbehälter
5 eine volle Beaufschlagung der Kondensatpumpe 12 zu ermöglichen. Auf diese
Weise sollen Kauitationsschäden in der Kondensatpumpe verhindert werden. Das zuviel
geförderte Wasser wird über diese Rückführleitung dem Oberflächenkondensator wieder
zugeleitet.
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Die eingezeichneten Pfeile zeigen die Strömungsrichtungen und die
Übertragungsrichtungen der Regelimpulse in den verschiedenen Strömungs- und Impulsleitungen
an.