DE1451142B1 - Kondensationseinrichtung für Dampfkraftanlagen im Sinne eines Stufenkondensators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensationseinrichtung für Dampfkraftanlagen zum Niederschlagen des Abdampfes von Arbeitsmaschinen unter Abführung der Kondensationswärme mit Hilfe eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels, insbesondere Luft, bei der mindestens zwei Einzelkondensatoren in Strömungsrichtung des Kühlmittels und im Sinne einer Ausbildung des Kondensators als Stufenkondensator hintereinandergeschaltet sind.

Bei derartigen Kondensationsanlagen ist man bestrebt, die Kondensation bei möglichst niedrigem Druck durchzuführen, um das in der Kraftmaschine zu verarbeitende Gefalle und damit die spezifische Leistung möglichst groß halten zu können. Diesen Bestrebungen sind jedoch Grenzen gesetzt.

Dem Wunsche, eine möglichst niedrige Temperatur zu erzielen, um damit die Kondensationsbedingungen so günstig wie nur irgend möglich zu gestalten, stehen vielfach Schwierigkeiten entgegen, die erforderlichen Mengen von Kühlmittel niedriger Temperatur zuzuführen. Bauaufwand und Betriebskosten können demgemäß mitunter sehr hoch ansteigen, wenn man einen hohen Durchsatz von wünschenswert kaltem Kühlmittel fordert.

Eine gewisse Verbesserung hinsichtlich der Verringerung des Bauaufwandes und der Betriebskosten stellt die Möglichkeit einer Reihenschaltung von Kondensatoren dar. Es sind bereits Kondensationsanlagen bekanntgeworden, bei denen zwei oder mehr Einzelkondensatoren im Zuge des Kühlmittelflusses hintereinandergeschaltet sind. Bei einer solchen im Sinne eines Stufenkondensators ausgebildeten Kondensationsanlage arbeitet der vom Kühlmittel zuerst beaufschlagte Kondensator mit einem niedrigeren und damit günstigeren Wert gegenüber einer vergleichbaren Kondensationsanlage, bei der zwei Kondensatoren parallel vom flüssigen Kühlmittel beaufschlagt werden. Der nachgeschaltete Kondensator ist naturgemäß durch die erhöhte Eintrittstemperatur des flüssigen Kühlmittels benachteiligt und arbeitet dementsprechend mit einem höheren Kondensationsdruck als bei der vergleichbaren Parallelschaltung der Kondensatoren.

Trotzdem ergibt sich im ganzen gesehen eine geringe Verbesserung des Wirkungsgrades der Anlage von etwa 0,3 bis 0,6%. Dafür ist jedoch ein Mehraufwand, sei es durch Herstellung von zwei Teilkondensatoren an Stelle eines gemeinsamen, sei es durch vergrößerte Pumpenarbeit zur Überwindung des größeren Strömungswiderstandes des Kühlwasserstromes, erforderlich geworden. Aus diesen Gründen schien das Verfahren der Hintereinanderschaltung von Teilkondensatoren keine wesentlichen Vorteile zu bieten, so daß es sich nicht durchgesetzt hat. Überdies mußte man annehmen, daß die Kühlmittelmenge so ausgelegt werden müsse, das sie bei der Hintereinanderschaltung im wesentlichen derjenigen bei Verwendung nur eines Kondensators entspricht.

Bei einer bekannten Stufenkondensationsanlage mit Luftkühlung ist die Gesamtleistung der Ventilatoren bei der Serienschaltung ebenso groß bemessen, wie dies bei herkömmlichen Parallelschaltungen der Fall ist. Die Fachwelt war also der Ansicht, daß die Leistung der Lüfter bei Übergang von der herkömmlichen Schaltung auf die Serienschaltung beibehalten werden müsse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kondensationseinrichtung für Dampfkraftanlagen unter bewußter Inkaufnahme geringer Wirkungsgradverluste des Turbinenprozesses die Wirtschaftlichkeit der Anlage durch Verringerung des Bauaufwandes, der Anlage- und Betriebskosten zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kondensationsstufen von einem im Vergleich mit herkömmlichen Kondensationsanlagen erheblich verringerten, insbesondere dem halben

ίο Kühlmittelstrom durchsetzt sind.

Die Erfindung hat besondere Bedeutung für gasgekühlte, insbesondere mit atmosphärischer Luft gekühlte Kondensationsanlagen. Hierbei ist infolge der niedrigen spezifischen Wärme eine sehr große Menge des Kühlmittels erforderlich, die entsprechenden Aufwand an Anlagen und Energie für die Förderung bedingt. Weiterhin führen die niedrigen Wärmeübergangszahlen zu sehr großen Wärmetauschern, die zusammen mit dem großen Kühlmittelstrom bei größeren Kraftwerken außerordentlich viel Raum beanspruchen.

Wenn gemäß der Erfindung der Kühlmittelstrom gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich verringert wird, ist dies ganz besonders bei gasförmigen Kühlmitteln möglich, da bei diesen keine Beschränkung in der Aufwärmung gegeben ist, wie dies bei Kühlwasser häufig aus biologischen oder anderen Gründen der Fall ist. Weiterhin ist die Anordnung der Kühlflächen für die verschiedenen Kondensationsstufen in Hintereinanderschaltung im Kühlmittelstrom in einer Art und Weise möglich, daß erhebliche Platzeinsparungen gegenüber bekannten Anlagen erzielt werden. Dieses Platzeinsparungen wirken sich auf den Bauaufwand günstig aus und sind darüber hinaus für die Gesamtplanung der Kraftwerksanlage von wesentlicher Bedeutung.

Durch die Verringerung der Kühlmittelmenge gegenüber den herkömmlichen Verfahren werden ebenfalls bedeutende Anlagekosten durch Verringerung der Fördereinrichtungen und durch kleinere Strömungskanäle für das Kühlmittel gespart. Schließlich ist die wesentliche Verringerung der Antriebsleistung für die Fördereinrichtungen des Kühlmittels zu berücksichtigen, da die Verringerung der Menge viel stärker ins Gewicht fällt als der durch die Hintereinanderschaltung der Kühlflächen vergrößerte Strömungswiderstand. Es muß hierzu erwähnt werden, daß nur ein kleinerer Teil der Energie für die Kühlmittelförderung für die Überwindung des Druck-Verlustes in den Kühlflächen selbst benötigt und die übrige Energie für Ansaug-, Lüfter-, Strömungs- und Austrittsverluste verbraucht wird. Bei der Luftkühlung führt die Verringerung des Kühlmittelstromes überdies noch dazu, daß die Lüfter mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben werden.

Eine zusätzliche Möglichkeit, das Verfahren zu verbessern, ist gemäß weiterer Erfindung die Vergrößerung der Kühlflächen der Teilkondensatoren im Vergleich zur Kühlfläche des herkömmlichen Einzelkondensators. Diese Maßnahme wirkt sich an den Teilkondensatoren wärmetechnisch günstiger als am Einzelkondensator aus, so daß ein wirtschaftliches Interesse besteht, durch Vergrößerung der Gesamtkühlfläche aller Teilkondensatoren eine größere mittlere Vakuumverbesserung zu erzielen, als dies bei gleichem Aufwand am Einzelkondensator möglich wäre.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher

;rläutert werden. Die Figuren zeigen an Hand von durch den erhöhten baulichen Aufwand wirtschaft-(Värmeschaltbildern und Diagrammen die Wirkungs- lieh vertreten ließe. Demgegenüber ist es bei mehrveise der Erfindung. Weiterhin ist ein Ausführungs- stufiger Kondensation, wie Fig. 3 erkennen läßt, Beispiel der Erfindung veranschaulicht. Gleiche oder durchaus sinnvoll, die Kondensationsfläche zu veriinander entsprechende Bezeichnungen sind in den 5 größern, um auf diese Weise einen höheren Leidnzelnen Figuren mit gleichen Bezugszeichen ver- stungsgewinn als bei einstufiger Kondensation zu erlehen. In F i g. 1 ist zunächst ein Temperaturschau- zielen.

)ild für einen Kondensationsprozeß veranschaulicht, Bei der Verwendung von mit Luft oder mit ähn-

vie er bei einer herkömmlichen Kondensationsanlage liehen Gasen gekühlten Kondensationsanlagen bietet nit einstufigem Kondensator gemäß Fig. 2 verläuft. io die Stufenkondensation besondere Vorteile. Diese }as in F i g. 1 dargestellte Schaubild zeigt die Tem- beruhen nicht nur auf einer Verringerung, der Kühl-)eratur in Abhängigkeit der Fläche eines Ober- mittelmenge bei vergrößerten Kondensations- oder lächenkondensators. Kühlflächen, wie bereits vorstehend erläutert, son-

Wie F i g. 2 zeigt, strömt der Dampf, der durch die dem auch bezüglich des Platzaufwandes und der Anleitung 1 der Kondensationsturbine 2 zugeführt 15 lagekosten. Dies ist in den F i g. 5 bis 7 näher ervird, durch die Abdampfleitungen 3 dem Konden- läutert. In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel in seiiator 4 zu. Im Kondensator 4 wird der Dampf bei nen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark :inem Druck p_s kondensiert, wobei sich das bei 5 vereinfachter Darstellung veranschaulicht.
:uströmende und bei 10 abströmende Kühlmittel F i g. 6 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel für die zu-

ron seiner Eingangstemperatur t_E auf die Ausgangs- 20 gehörige Kraftmaschine, die z. B. als Dampfturbine emperatur t_A aufwärmt. In Fi g. 1 ist die Kühlfläche mit drei Dampfauslässen ausgebildet ist. Dementnit F₁ bezeichnet. Die Temperatur des Konden- sprechend besteht die Kondensationsanlage aus iators i_s liegt oberhalb der Temperatur des Kühlmit- einem luftgekühlten dreistufigen Kondensator,
eis, welches vom Eingangswert t_E zum Ausgangs- Im Innern des Kühlkanals 14 sind drei Konden-

vert t_A steigt. 25 satorstufen 15,16 und 17 angeordnet, deren Dampfin Gegenüberstellung zu diesem bekannten Kon- sammler mit 18, 19 und 20 bezeichnet sind. Die lensationssystem zeigen die F i g. 3 und 4 ein ent- Kondensatorstufen 15, 16, 17 sind im wesentlichen brechendes Schaubild und die entsprechende Schal- durch Rippenrohrelemente od. dgl. gebildet, innerung für eine zweistufige Kondensationsanlage nach halb derer der Abdampf der Arbeitsmaschine konler Erfindung. 30 densiert. Das anfallende Kondensat reichert sich in Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, strömt jetzt ein Teil den zugehörigen Sammlern 21, 22 und 23 an. Der les Abdampfes durch die Leitung8 der Konden- Abdampf der in Fig. 6 veranschaulichten Kondeniatorstufe 9 zu, während der Rest über die Leitung 6 sationsturbine 2 strömt den Verteilern 18, 19 und 20 η eine zweite Kondensatorstufe 7 gelangt. Die Kon- mit den unterschiedlichen Drücken p_v p₂ und p₃ zu. lensatordrücke sind jetzt p_sl und p_s2. Dementspre- 35 ^{Das in den} Sammlern 21, 22 und 23 aufgefangene ;hend sind die Kondensationstemperaturen f_sl Kondensat wird durch eine nicht näher dargestellte md t_S2. Der Druck p_sl und die Temperatur i_sl lie- Kondensatpumpe in den Speisewasserkreislauf ge- ;en niedriger als die Werte von p_s2 und i_S2. Sie leitet. Die Kühlluft strömt in Richtung der Pfeile 24 iegen auch niedriger als die Werte von p_s und t_s der durch den Kühlkanal 14, wobei ein durch den Motor ?ig. 1 und 2. Auf diese Weise wird in der Konden- 40 13 angetriebener Lüfter 12 diese in einer Menge förlationsstufe 9 eine Vergrößerung des verarbeiteten dert, die wesentlich geringer ist, als wenn die gleichen jefälles dieses Dampfanteiles und damit eine Lei- Kondensationsflächen bei bekannter Bauweise nebenitungserhöhung gegenüber der in den Fig. 1 und 2 einander angeordnet und mit Kühlluft beaufschlagt largestellten bekannten einstufigen Kondensations- wären. Der Druckverlust der Kühlluft beim Durchänrichtung erreicht. 45 strömen der Rippenrohrelemente stellt dabei übri-In beiden Fällen ist die abzuführende Konden- 8^{ens nur emen Te}ü der gesamten Strömungsverluste iationswärme nahezu gleich, so daß bei hier voraus- dar, die die Lüfterleistung bestimmen. Auf diese ;esetzter konstanter Kühlmittelmenge die Gesamt- Weise braucht die Leistung des Lüfters, der mehremfwärmung von t_A und t_E ebenfalls nahezu gleich ist. ^ren hintereinandergeschalteten Kondensatorelemen-Die schraffierten Flächen in den Fig. 1 und 3 50 ten vorgesetzt ist, nur wesentlich geringer gesteigert and den Temperaturdifferenzen und damit der über- werden, als dies dem Zuwachs an Kondensationsragenen Wärmemenge proportional. Aus dem Dia- ^{flache bzw}· niedergeschlagener Dampfmenge ent- ;ramm von F i g. 3 läßt sich erkennen, daß die Kon- spricht.

iensationsflächeF₂ größer ist als die entsprechende In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in

Fläche^ in Fig. 1. Es wird also eine größere Kon- 55 seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in verlensationsfläche erforderlich als bei einstufiger Kon- einfachter Darstellung gezeigt,
lensation. Man könnte im übrigen daran denken, Der Turbinendampf wird hierbei mit zwei ver-

mch bei einstufiger Kondensation gemäß Fig. ί schiedenen Drücken den Dampfsammlern 19 bzw. 18 ind 2 die Kondensationsfläche entsprechend zu er- der Kondensationsanlage zugeführt. Der Dampf in lohen. In Fig. 1 ist dies an der rechten Seite des 60 den Sammlern 18 hat dabei den niedrigeren Druck; Diagramms durch die gestrichelten Linien veran- er kondensiert in der Kondensatorstufe 15. Das Konichaulicht. Auf diese Weise würde aber nur eine ganz densat sammelt sich in dem Sammler 21. Entspre- »eringfügige Absenkung des Kondensationsdruckes chend kondensiert der Dampf höheren Druckes der md der Kondensationstemperatur vom Werte t_s auf Sammler 19 in der Kondensatorstufe 16. Das Konlen Wert t_s, erreicht, da die gestrichelte Kurve t_E-t_A, 65 densat fällt dabei in den Sammlern 22 an.
lach t_A, immer flacher verläuft. Eine Vergrößerung Die von den Lüftern 12, die von den Motoren 13

ier Kondensationsfläche würde also bei einstufiger angetrieben werden, geförderte Kühlluft strömt in Kondensation kaum einen Gewinn bringen, der sich Richtung der Pfeile 24 zuerst durch die Konden-

satorstufe 15 und dann mit entsprechend erhöhter Temperatur durch die Kondensatorstufe 16.

Kondensationsanlagen dieser Art bestehen aus einer größeren Zahl von Gruppen, von denen hier zwei gezeigt sind, wobei diese neben- und hintereinander auf einer Bühne 25 angeordnet sind. Diese Bühne wird durch Pfeiler 26 getragen, deren Höhe von der Größe der Anlage bzw. von der gesamten erforderlichen Kühlluftmenge bestimmt wird.

Nun ist es möglich, bei der in F i g. 7 gezeigten An-Ordnung bei Anwendung zweistufiger Kondensation mit etwa der halben Kühlluftmenge gegenüber der bekannten einstufigen Bauart auszukommen, so daß bei gleicher Gesamtkühlfläche nur die halbe Zahl von Lüfteraggregaten, der halbe Platzbedarf in der Grundfläche und auch nur die halbe Pfeilerhöhe gegenüber der einstufigen Anlage erforderlich sind.

Allerdings tritt bei dieser Auslegung eine Verschlechterung des Vakuums ein, so daß eine Kühlluftmenge zwischen der vollen, ursprünglichen und ao der halben und eine entsprechende Vergrößerung der Kühlflächen und der Lüfteranzahl das wirtschaftliche Optimum darstellen kann. So kann die optimale Kühlluftmenge z. B. bei 60% liegen.

Es sei im übrigen noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch für Kondensationsanlagen mit Einspritzkondensatoren, z. B. bei Anwendung des bekannten Heller-Kondensationssystems, Bedeutung hat. Dabei ist es möglich, das Kondensat als Einspritzkondensat niedrigen Druckes in einen zweiten Kondensator höherens Druckes ein zuspritzen, wodurch nur noch die halbe Kondensatmenge umzuwälzen und rückzukühlen ist. Entsprechende Einsparungen im Eigenbedarf der Dampfkraftanlage und im Bauaufwand derselben einschließlich des Kühlturmes ergeben sich im Zusammenhang mit dieser Maßnahme.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kondensationseinrichtung für Dampfkraftanlagen zum Niederschlagen des Abdampfes von Arbeitsmaschinen unter Abführung der Kondensationswärme mit Hilfe eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels, insbesondere Luft, bei der mindestens zwei Einzelkondensatoren in Strömungsrichtung des Kühlmittels und im Sinne einer Ausbildung des Kondensators als Stufenkondensator hintereinandergeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsstufen von einem im Vergleich mit herkömmlichen Kondensationsanlagen erheblich verringerten, insbesondere dem halben Kühlmittelstrom durchsetzt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von gasförmigem Kühlmittel durchströmten Kühlkanal von im Verhältnis zu seinem Querschnitt geringer Länge zur Aufnahme eines Gebläses und zwei oder mehr Kondensationsstufen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsstufen obenliegende Verteilerrohre, unten befindliche Sammler und zwischen diesen befindliche Rippenrohrelemente od. dgl. aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal und/ oder die Verteiler und Sammler mit zunehmendem Abdampfdruck in Richtung des fließenden Kühlmittelstromes verringerte Abmessungen aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen