DE1501337C - Oberflachenkondensator fur Dampftur binen Abdampf - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oberflächenkondensator für Dampfturbinen-Abdampf mit kühlwasserdurchflossenen, in Reihen angeordneten Rohren, bei dem die Kondensatorrohre in untereinander gleichen Teilbündeln, mit zwischen ihnen sich in Strömungsrichtung verengenden Strömungskanälen nebeneinander angeordnet sind und ■mantelartig je einen Hohlraum umschließen, wobei die solcherart aus Rohren gebildete Wand jedes Teilbündels überall annähernd die gleiche Dicke aufweist.

Die Erfindung trägt dem Umstand Rechnung, daß immer größere Dampfturbineneinheiten gebaut werden und die Kondensation von Dampf mit den bisherigen Konstruktionen sich nicht mehr wirtschaftlich tragbar durchführen läßt. Daher kommt den folgenden Punkten im Kondensatorenbau größte Wichtigkeit zu:

Das Temperaturgefälle zwischen Dampf- und Kühlwasser ist bestens auszunutzen, indem der Temperaturabfall des Dampfes im Kondensator möglichst klein gehalten wird.

Die Temperatur des Kondensates ist hoch zu halten.

Das Kondensat ist wirkungsvoll zu entgasen.

Die nichtkondensierbaren Gase (im folgenden kurz Luft genannt) sind kontinuierlich derart aus dem Kondensator abzuführen, daß keine Rückstauung erfolgt.

Der Anteil des Dampfes, welcher mit der Luft abgesaugt wird, ist tief zu halten.

Die Kondensationsanlage muß billig erstellbar sein.

Die bekannten Kondensationsanlagen tragen wohl einzelnen dieser Punkte Rechnung, zeigen jedoch keine generell optimale Gestaltung, bei welcher alle angeführten Punkte berücksichtigt sind.

So ist es z. B. bekannt, den Druckabfall des Dampfes in Kondensatoren durch Anordnung der Rohre in Rohrbündelgruppen gering zu halten. Diese Konstruktionen weisen jedoch den Nachteil auf, daß der Kondensatorraum bei schlechter Ausnutzung sehr groß wird und daher derartige Kondensationsanlagen teuer sind. Ferner fehlt diesen die Luftabsaugung, wodurch Stauungen entstehen können.

Es sind auch Anlagen bekannt, bei welchen insbesondere die Erhaltung einer hohen Kondensationstemperatur angestrebt wird und bei welchen man deshalb den Dampf von unten in die Rohrbündel leitet. Diese Ausführungen nehmen jedoch auf die übrigen vorstehend angeführten Punkte keine Rücksicht.

Man kennt ferner Kondensationsanlagen, bei welchen das Kondensat auf der Temperatur des einströmenden Dampfes gehalten wird. Diese Lösungen bedürfen jedoch immer separater Apparaturen oder sonstiger maschineller Einrichtungen, weshalb sie teuer und umständlich sind.

Ferner ist ein Kondensator bekannt (deutsches Patent 461 943), dessen Kühlrohre in zwei Teilbündeln unterteilt und als in Falten liegende Bänder angeordnet sind. Bei einer derartigen Anordnung der Rohre ist keine gleichmäßige Zuslrömgeschwindigkeit des Dampfes zu den Aiißenrohren eines Bündels zu erreichen, nicht /tilet/t deshalb, weil der Strömungskanal /wischen den beiden Teilbündeln einen Querschnitt aufweist, der nur einen Bruchteil jenes der Teilbündel beträgt. Der Druckabfall ties Dampfes beim Durchströmen der Rohrbündel ist daher unterschiedlich, die Rohre sind nicht optimal ausgenutzt, und eine gleichmäßige Luftabsaugung aus allen Teilen des von den Kühlrohren umschlossenen Hohlraums ist nicht gesichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oberflächenkondensator, vorzugsweise für Großanlagen, derart auszubilden, daß durch möglichst kleinen Druckabfall des Dampfes beim Durchströmen

ίο des Rohrbündels und guter Entlüftung derselben eine gleichmäßig hohe Wärmeübertragung an allen Rohren gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teilbündel ringartig ausgebildet sind, deren Umfang nur konvexe Krümmungen aufweist oder gerade verläuft, und daß in an sich bekannter Weise in dem Hohlraum jedes Teilbündels ein Luftkühler eingebaut ist und daß die Teilbündel derart angeordnet sind, daß der zwischen je zwei benachharten Teilbündeln bzw. zwischen jedem äußeren Teilbündel und dem Kondensatormantel gebildete Strömungskanal im Schnittbild die gleiche Größenordnung aufweist wie ein Teilbündel.

Die Grundgedanken der neuen Konzeption sind: Aufteilung des Gesamtbündels der Kondensatorrohre in Teilbündel.

Freie Zuströmung des Dampfes zu den außenliegenden Rohren dieser Teilbündel, wobei durch eine geringe Anzahl hintereinanderliegender Rohrreihen ein kleiner Strömungswiderstand erreicht wird, wodurch sich das Temperaturgefälle zwischen Dampf und Kühlwasser gut ausnutzen läßt.

Bei jedem Teilbündel steht der abrieselnde Kondensatregen bis ganz hinunter mit nahezu ungekühltem Dampf in Berührung. Ein Teil des Dampfes strömt von unten in das Bündel ein. Durch diese Maßnahme kühlt sich das Kondensat praktisch nicht unter die Temperatur des einströmenden Dampfes ab, was einerseits einen thermodynamischen Vorteil bringt, andererseits verhindert, daß das Kondensat aus der Umgebung Luft aufnimmt.

Im Inneren jedes Teilbündels wird ein Hohlraum gebildet, in dem sich die Luft ansammelt. In diesem Raum strömt die Luft samt noch nicht kondensiertem Dampf in Längsrichtung der Rohre zum Eintritt des Luftkühlers ab. Die Ausbildung des Hohlraumes ist derart, daß der -Strömungswiderstand in der Längsrichtung der Rohre relativ klein ist verglichen mit dem Widerstand, den der Dampfstrom beim Durchströmen des Rohrbündels in Querrichtung erleidet.
In jedes Teilbündel ist ein Luftkühler eingebaut, durch welchen das sich im Hohlraum des Tcübündels ansammelnde Gemisch von Luft und Wasserdampf im Gegenstrom zum Kühlwasser durchgesaugt wird, wobei an der kältesten Stelle

abgesaugt wird.
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Ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. I einen Teil eines Schnittes senkrecht zu den Rohren eines Oberllächeiikondensators einer Dampflurbinenanlage,

F i g. 2 und 3 je einen Entgaser.

Im Kondensatorgehäuse 1 sind die Kondensatorrolire 5 in mehreren Teilbüiuldn 2, 2', 2" usw. ange-

ordnet. Der Dampf strömt durch den Abdampfstutzen 3 in das Kondensatorgehäuse und verteilt sich im Raum durch die Strömungskanäle 4, 4', 4" usw., die in der allgemeinen Richtung der Strömung sich derart verengen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes in diesen Kanälen zumindest annähernd konstant bleibt. Die freie Zuströmung des Dampfes zu den außenliegenden Rohren der Teilbündel 2, 2', 2" ist gewahrt, durch die er anschließend mit durch die geringe Rohrreihentiefe bedingtem kleinen Widerstand hindurchströmt. Die Rohre 5 sind in hintereinanderfolgenden Rohrreihen6, vorzugsweise versetzt, angeordnet, wobei sie eine in sich geschlossene ringartige Wand von durchweg größenordnungsmäßig gleicher Dicke bilden, deren Umfang nur konvexe Krümmungen aufweist oder gerade verläuft und die von außen allseitig gleichmäßig mit überall ungefähr gleicher Geschwindigkeit von Dampf angeströmt wird. Sie ist nirgends durch Einbauten oder sonstige konstruktive Maßnahmen, z. B. Ankerschrauben strömungstechnisch gestört.

Der Dampf kondensiert an den Rohren 5, und das Kondensat tropft gegen den Kondensatorboden 7 ab. Dieses Abtropfen erfolgt innerhalb der Teilbündel, wobei das Kondensat mit dem Dampf ständig in Berührung bleibt. Nachdem der Dampf infolge der geringen Rohrreihenzahl der Bündel bei deren Durchdringen nur einen kleinen Druckabfall erleidet, bleibt die Temperatur des Dampfes und somit auch die des Kondensates im ganzen Raum nahezu auf dem ursprünglichen Wert, den der Dampf beim Einströmen in den Kondensator aufweist, erhalten.

Gemäß dieser Voraussetzung kann das Kondensat aus der Umgebung keine Luft lösen. Die aus Kondensatorrohren 5 bestehende Wand jedes Teilbündels 2, 2', 2" umschließt mantelartig einen Hohlräume, in dem sich die Luft ansammelt. In jedem Hohlraum ist ein Luftkühler 9 untergebracht, durch welchen mit Dampf vermischte Luft mittels eines Saugers durchgesaugt wird, wobei noch ein bedeutender Teil des Dampfes auskondensiert.

Die Rohre 5 der Teilbündel 2, 2', 2" sind in Rohrstützplatten 11 gehalten, weichen ihrerseits mittels je zweier oder mehrerer, zu den Rohren parallelen

ίο Ankerschrauben 10 verbunden sind. Die Teilbündel sind derart gestaltet, daß die Ankerschrauben die Dampfströmung nicht stören; sie sind im Hohlraum untergebracht. Eine weitere Besonderheit der Konstruktion besteht darin, daß die Rohrstützplatten 11 nur wenig größer als der Querschnitt des Teilbündels ausgeführt werden und nicht — wie üblich — den ganzen Kondensatorquerschnitt ausfüllen. Dadurch wird für die Dampfströmung auch in axialer Richtung, d. h. parallel zu den Rohren 5, freier Durch-Strömquerschnitt geschaffen. Es wird damit ferner erreicht, daß die Teilbündel in sich geschlossene Konstruktionseinheiten bilden.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind die Teilbündel 2, 2', 2" derart nebeneinander angeordnet, daß die zwischen ihnen gebildeten Strömungskanäle 4, 4', 4" im Schnittbild in der gleichen Größenordnung erscheinen wie die Teilbün'del. Diese Flächen können sich z.B. auch wie 1:2 verhalten, was immer noch in der gleichen Größenordnung liegt.

Berechnungen zur Festlegung, der vorteilhaftesten Anzahl der hintereinanderliegeriden, die Dicke der Teilbündelwand bildenden Rohrreihen haben gezeigt, daß sie, neben anderen Einflußgrößen, hauptsächlich von der Temperatur des eintretenden Kühlwassers abhängt. Es ergeben sich folgende Abhängigkeiten:

Jahresmittelwert der Kühlwassertemperatur,
Optimale Anzahl Rohrreihen ,

0 bis 10
13 bis 21

10 bis 20
19 bis 28

20 bis 30
25 bis 36

30 bis 40

31 bis 44

Um das Dampf-Luft-Gemisch aus dem Luftkühler 9 zum Sauger zu leiten, sind eine entsprechende Anzahl von Rohren im Teilbündel ausgespart. Der entstehende Durchgang wird mit einer Verschalung 12 abgeschirmt, um das direkte Eindringen des Dampfes in den Hohlraum 8 zu verhindern.

Es besteht indessen auch die Möglichkeit, das Gemisch über einen auf dem Ende des Luftkühlers 9 aufgesetzten Kasten durch den Rohrboden und die Wasserkammer mittels einer Rohrleitung herauszuführen.

Im Luftkühler wird das Kondensat infolge der gestellten Forderungen in bezug auf den im Luftkühler herrschenden Gesamtdruck unterkühlt. Da außerdem im Luftkühler das Dampf-Luft-Gemisch sich an Luft angereichert hat, sind die Voraussetzungen für das Lösen von Sauerstoff in Wasser begünstigt. Um aus diesem Anteil des Kondensates den gelösten Sauerstoff herauszutreiben, sind die anschließend beschriebenen Vorrichtungen vorgesehen.

Die in den F i g. 2 und 3 schematisch dargestellten Einrichtungen dienen der Entgasung des im Luftkühler anfallenden Kondensates.

Das Kondensat fließt aus dem Lnftkiihler 9 (F i g. 2) über die Lochplatte 13 in einen kammerförmig ausgebildeten Entgaser 14 und rieselt an dessen Seitenwänden 15 herab. Die Seitenwände werden von außen durch Dampf, dessen Temperatur nahezu dem Druck des Dampfes im Abdampfgehäuse entspricht, gewärmt. Der Entgaser 14 steht unmittelbar mit einem Sauger (nicht dargestellt) in Verbindung, welcher im Entgaser einen entsprechend tiefen Druck erzeugt.

Dadurch wird das aus dem Luftkühler kommende Kondensat entgast und das hier entstehende Dampf-Luft-Gemisch abgesaugt. Das Kondensat selbst wird durch ein Siphonrohr 16 vom Entgaser 14 in den Kondensatorraum geführt.

Eine andere Art der Entgasung des Kondensates kann dadurch stattfinden, daß man das Kondensat durch ein Siphonrohr 18 in den Dampfraum des Kondensators führt und dort z. B. mittels einer Lochplatte 19 in Strähne zerfallen läßt, welche in weitere Kaskaden aufgeteilt und mit dem Dampfstrom in Berührung gebracht werden. In F i g. 3 ist ein derartiger Kaskadenentgaser dargestellt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Oberflächenkondensator für Dampfturbinen-Abdampf mit kühlwasserdurchllossenen, in Reihen angeordneten Rohren, bei dem die Kondensatorrohre in untereinander gleichen Teilbüiuleln, mit zwischen ihnen sich in Strönuingsrichtung verengenden Strömungskunä'len nebeneinander um:e-

ordnet sind und mantelartig je einen Hohlraum umschließen, wobei die solcherart aus Rohren gebildete Wand jedes Teilbündels überall annähernd die gleiche Dicke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbündel (2, 2', 2") ringartig ausgebildet sind, deren Umfang nur konvexe Krümmungen aufweist oder gerade verläuft, und daß in an sich bekannter Weise in dem Hohlraum (8) jedes Teilbündels ein Luftkühler (9) eingebaut ist und daß die Teilbündel (2, 2', 2") derart angeordnet sind, daß der zwischen je zwei benachbarten Teilbündeln bzw. zwischen jedem äußeren Teilbündel und dem Kondensatormantel gebildete Strömungskanal (4, 4', 4") im Schnittbild die gleiche Größenordnung aufweist wie ein Teilbündel (2, 2', 2").

2. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der die Dicke der Teilbündelwand bildenden Rohrreihen (6) dem Jahresmittelwert der Temperatur des einströmenden Kühlwassers angepaßt ist.

3. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strömungskanäle (4, 4', 4") in der allgemeinen Richtung der Strömung derart verengen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes in diesen Kanälen zumindest annähernd konstant bleibt.

4.'Oberflächenkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Luftkühler (9) strömende Kondensat vor der Wieder- vereinigung mit dem Hauptkondensatorstrom einem Entgaser zugeführt wird.

5. Oberflächenkondensator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen kammerförmig ausgebildeten, oben mit einer Lochplatte (13) abgedeckten und mit einem Siphonrohr (16) versehenen Entgaser (14), der an eine Absaugvorrichtung angeschlossen ist (F i g. 2).

6. Oberflächenkondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kaskadenentgaser vorgesehen ist (F i g. 3).

7. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampf-Luft-Gemisch aus dem Luftkühler (9) mittels eines Kanals in an sich bekannter Weise durch den Rohrboden und durch die an der Stirnfläche des Kondensators angeordnete Wasserkammer herausgeführt wird.

8. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aussparung von Rohren (5) in der Wand jedes Teilbündels (2, 2', 2"), bedingt durch die Herausführung der Luft, durch eine Verschalung (12) abgedeckt ist.

9. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ankerschrauben (10), die außerhalb der Rohrreihen, vorzugsweise im Hohlraum (8) angeordnet sind.

10. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Rohrstützplatten (11), die entsprechend der Größe der Teilbündel (2, 2', 2") ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen