DE1601101A1 - Verfahren und Anlage zum Kondensieren von Wasserdampf - Google Patents

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Verfahren und Anlage zum Kondensieren von Wasserdampf

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kondensieren von Wasserdampf, der einen geringen Anteil Luft enthKlt* in einer Kondensations-, anlage mit von einem Kühlmittel durchströmten Rohren, und eine Anlage zur Durchführung fes Verfahrens«

Es sei hier vermerkt, dass der Einfachheit halber nur von Wasserdampf und Luft gesprochen wird. Darunter sind 4©äo°ⁿ alle köndensierbaren ^ Dämpfe bzw. nicht-kondensierbaren Gase zu verstehen· Ferner soll der Partialdruok der Luft beim Eintritt in den Kondensator weniger als 0,0001 des Gesamtdruckes betragen.

Beim Bau von Kondensationsanlagen ist es üblich, den Kondensationsvorgang funktionsmäßsig In zwei Teilvorgänge au unterteilen, näralioh die eigentliche Kondensation und die Kühlung, ach Luftkühlung genannt. Für diese beiden TeilvorgSnge sind im Kondensator zwei konstruktivverschieden ausgeführte und räumlich voneinander

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getrennte Bauelemente vorgesehen, und zwar der eigentliche Kondensator und der Luftkühler. Charakteristisch für den eigentlichen Kondensator 1st, dass darin im wesentlichen kondensiert wird und der Partialdruck der Luft verschwindend klein ist. Für den Luftkühler 1st charakteristisch« dass das mit Luft angereicherte Dampf-Lufi-Gemisch im wesentlichen gekühlt wird, wobei auch noch Dampf, wenn auch nur wenig, kondensiert. Der Partialdruck der Luft 1st im Luftkühler merklich grosser als im eigentlichen Kondensator.

Der Sinn der Trennung der beiden Vorgänge liegt darin, diese in zweckmässig angepassten Bauelementen ablaufen zu lassen, auf diese Welse dem hemmenden Einfluss der Luft auf den Wärmeübergang im Luftkühler zu begegnen und gleichzeitig das Entfernen der Luft aus dem Wärmekreislauf zu ermöglichen.

Die Wirkung dieser Msssnahme ist aber noch nicht befriedigend,, weil in der Grenzzone zwischen den beiden Bauelementen der durch den zunehmenden Luftpartialdruck sich ändernde Wärmeübergang zu ψ wenig berücksichtigt 1st. Ausgedehnte theoretische Untersuchungen zeigten, dass die letzten Rohrreihen des eigentlichen Kondensators nur noch vermindert am Kondensationsvorgang teilnehmen, was einerseits auf ein Anwachsen des Luffrgehaltes, andererseits auf eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit des Dampf-Luft-Gemisches - besonders dadurch bedingt, dass der grosser© Teil des Dampfanteils schon kondensiert ist - zurückzuführen ist, wodurch die Wärmeübergangezahl stark abnimmt. Ausserdem ergab sich, dass mindestens der vordere Teil des Luftkühlers ein zu dampfreiches Geraisch erhält und deshalb noch als Kondensator wirkt, wenn auch mit schlechtem

Wärmeübergang. ORlGlNM- itfSPECTEO

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« diese Machteile zu vermeiden oder -wenigstens zu verkleinern. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass der Kondensationsvorgang in Abhängigkeit vom zunehmenden Luftpartialdruck derart in drei Teilvorgänge unterteilt wird, dass der erste Teilvorgang bei einem Luftpartialdruck von annähernd 0,001 und der zweite Teilvorgang bei einem Luftpartialdruck von annähernd 0,01 des Gesamtdruckes endet, im zweiten Teilvorgang zur Erzielung eines guten Wärmeüberganges vom Dampf-Luft-Gemisch an das Kühlmittel eine annShernd gleiche Ströraungsge- _ schwindigkeit wie zu Ende des ersten Teilvorganges aufrechterhalten wird und Mittel vorgesehen sind, um zwischen den TeilvorgÜngen eine Ve rgleichmäss igung des Druckes des Dampf »Luft »Gemisches herbeizuführen.

Eine erfindungsgemässe Kondensationsanlage ist gekennzeichnet durch eine Gruppierung der vom Dampf-Luft-Gemisoh quer angeströmten Kühlrohre zu mindestens einem eigentlichen Kondensator, mindestens einem Naohkondensator und mindestens einem Luftkühler, durch in Strömungsrichtung des Dampf-Luft-Gemisches immer enger werdende Strömungsquerschnitte im Naohkondensator und durch von Ktthlrohren freie Bäume zwischen Kondensator und Nachkondensator und zwischen Naohkondensator und Luftkühler.

Entsprechend der funktionsmassigen Unterteilung des Kondensations-Vorganges in drei Teilvorgänge und zu deren bestimmungsmUssigen Ablauf sind die Kühlrohre des Kondensators zu drei Bauelementen gruppiert, nämlich den eigentlichen Kondensator, den Nachkondensator und den Luftkühler. Im eigentlichen Kondensator ist die Vfärmeüberl» die von der Strömungsgeschwindigkeit des Dampf-Luft-

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Gemisches praktisch "unabhängig ist, sehr hoch. Es ist sogar zweckmässig, die Reynoldszahl klein zu halten, um Strömungsverluste zu vermeiden. Mit der Zunahme des Luftpartialdruckes sinkt die Wärmeübergangszahl ständig ab. Sie läest sich noch weiterhin auf einem verhältnismässig hohen Wert halten, wenn eine annähernd gleich grosse Strömungsgeschwindigkeit wie zu Ende des ersten Teilvorganges aufrechterhalten wird. Diese Aufgabe erfüllt der Nachkondensator, der so ausgebildet ist, dass durch seine Formgebung oder durch eingebaute Leitbleche die Strömungsquerschnitte in Strömungßrichtung des Dampf-Luft-Gemisches immer enger werden. Der zweite Teilvorgang wird beendet, sobald trotz dieser Hilfsmittel eine Verschlechterung des Wärmeüberganges vom Dampf-Luft-Gemisch auf das Kühlmittel nicht mehr zu vermeiden ist. Im nachgeschalteten Luftkühler, in welchem der dritte Teilvorgang abläuft, lässt sich wegen des hohen Luftgehaltes des Dampf-Luft-Gemisches selbst bei erhöhter Reynoldszahl kein guter Wärmeübergang mehr erreichen; er kann daher in bekannter Welse, aber mit viel kleineren Abmessungen, ausgelegt werden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den eigentlichen Kondensator und den Nachkondensator so zu bemessen, dass sich nach dem ersten Teilvorgang ein Luftpartialdruck von 0,001 und nach dem zweiten Teilvorgang ein Luftpartialdruck von 0,01 des Oesamtdruckes einstellt. Damit die drei Bauelemente des Kondensators Über den ganzen Umfang voll ausgenutzt werden, let «is notwendig, zwischen den Teilvorgängen anfällige Druckunterschied© im Dampf-Luft-Gemisoh auszugleichen, bevor dieses in das nächste Bauelement eintritt.

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Bel Kondensatoren mit Kühlrohren, die vom Dampf-Luft-Gemisch quer angeströmt werden, erfolgt dies am einfachsten in von Kühlrohren freien Räumen, welche dadurch die Funktion vnn Sammelräumen erhalten. Ferner wäre es möglich, eigentlichen Kondensator, Nachkondensator und Luftkühler räumlich zu trennen und z.B. durch Rohrleitungen miteinander zu verbinden.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, alle senkrecht zur Achse der Kühlrohre geschnitten, schematisch dargestellt.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Einzelkondensatoren, die Figuren j5 und 4 Ausschnitte aus Kondensatoren, die aus mehreren Teilbündeln bestehen, von denen je eines veranschaulicht ist, und Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer allgemeinen Ausführungsmöglichkeit.

In Figur 1 1st ein Kondensator mit einer kompakten Gruppierung der Kühlrohre dargestellt. Eigentlicher Kondensator 11, Nachkondensator 12 und Luftkühler 13 sind konzentrisch angeordnet. Zwischen diesen drei Bauelementen sind freie Räume 14 und 15 für den Druckausgleich vorgesehen. Die Strömungswege des Dampf-Luft-Gemisches sind, ebenso wie" in den Übrigen Figuren mit 6 bezeichnet. Durch die Formgebung des Nachkondensators wird erreicht, dass die Strömungsquerschnitte für das Dampf-Luft-Gemisch immer enger werden und so trotz abnehmendem Gemischvolumen eine annähernd gleiche Strömungageschwindikeit wie zu Ende des eigentlichen Kondensators aufrechterhalten wird, wodurch ein zu starkes Absinken der Wärmeübergangezahl verhindert wird.

Nach Figur 2 sind der eigentliche Kondensator 21, der Nachkondensator 22 und der Luftkühler 23, die durch Druckausgleichsräume 24 und 25

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voneinander getrennt sind, geteilt und in zwei Viertelkreisen angeordnet. Die erzielte Wirkung ist ungeführ die gleiche wie l)elm Kondensator nach Figur 1.

Von einem ana mehreren Teilbündeln bestehenden Kondensator ist in Figur J ein einzelnes Teilbündel dargestellt* Eigentlicher Kondensator 31$ Nachkondensator 32 und Luftktöiler ?3 mit dazwischenliegenden Ausgleiohsrliumen 34 und 35 sind Ineinander angeordnet ähnlich wie in Figur 1. Trotz anderer Formgebung der drei Bauelemente werden auch bei dieser Ausführung die Strömungsquer·. schnitte für das Dampf-Luft-Gemiech nach Innen, also in Strömungsrichtung verengt. .

Figur 4 zeigt ebenfalls das Teilbünde! eines Kondensators, doch ist der eigentliche Kondensator 4l durch den zweiteiligen Nachkondensator 42 und den ebenso zweiteiligen Luftkühler 43 unterteilt» Der Ausgleichsraum 44 liegt in der Mitte des TeilbündeIsj der Ausgleiohsraum 45 zwischen Nachkondensator und Luftkühler ist, wie nioht anders möglich, gleichfalls zweiteilig. Um das Dampf-Luft-Qemisch zu zwingen, die mit 6 bezeichneten Strömungswege einzuhalten! sind zwischen dem eigentlichen Kondensator und dem Naohkondensator bzw. dem Luftkühler dit Leitbleche 4? eingebaut» Sie dienen einerseits zur Führung, andererseits zur Verengung der Strömungsquerschnitte des Dampf-Luft-Gemisches.

In Figur 5 ist ganz allgemein veranschaulicht, wie duroh LeItbltohe 57 in einem Teil des eigentlichen Kondensators 51 die Strömungequerschnitte verkleinert werden können, wodurch dieser

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zwischen den Leitblechen liegende Teil zum Nachkondensator 52 wird. Eigentlicher Kondensator und Naehkondeneator schliessen dabei unmittelbar aneinander an, ohne einenAusgleiehsraum zwischen sich zu lassenj um zu einer erfindungsgemässen Form zu gelangen, müsste durch Aussparung von Rohren ein freier Raum zwischen eigentlichem Kondensator und Naehkondensator geschaffen werden. Der (nicht dargestellte) Luftkühler kHme in der Zeichnung rechts von den LeItblechen zu liegen.

Wie diese wenigen Ausf Uhrungsbeispiele schon zeigen, wird der Naehkondensator meistens auf Kosten der letzten Rohrreihen des eigentlichen Kondensators und der ersten Rohrreihen des Lüftkühlers gebaut. Da es aber durch die Dreiteilung des Kondensationsvorganges möglich ist, jedes Bauelement des Kondensators besser an die Jeweils sich einstellenden ZustandsgrÖssen, besonders an den stark .zunehmenden Anteil der Luft am Dampf-Luft-Gemisch anzupassen, als es bisher bei der Zweiteilung erreichbar war, lässt sich der Wärmeübergang im Kondensator verbessern, wodurch Kühlfläche eingespart wird.

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Claims (1)

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   Ρ·έι t^e-n t a η s ρ r^:ü g h \e ^V

   1, Verfahren zum Kondensieren von Wasserdampf, dereinen geringen Anteil Luft enthält» in einer.Kondensationsanlage mit von einem Kühlmittel durchströmten Röhren, dadurch gekennzeichnet, dass der KonäensatiönsVorgang in Abhängigkeit, vom zunehmenden Luftpartial*- driiek dferart in drei Teilvorgänge unterteilt wird, dass der erste Teilvorgang bei einem Luftpartialdruök von annähernd*0*001 und der zweite Tellvorgang bei eineiflι LuftpartiaTdrtiöle^ von annähernd 0,01 des öesamtäruc?kf$,indet> im zweiten Teil Vorgang zur Erzielung eines guten Üiirßieliberganges vom i?amjpf«Luft-Gemisoh an das Kühlmittel eine aniiähernd gieich%^siStrömiMgsgiichwinäigkeit ml® zu Ende defe ersten Tel.lvcrgaiiges/amiTößhterlialtiieii: Stfird und Mittel« vorgesehen sind, um zwischeri den Teilvörgängeh eine VerglelchmäsBigiAng des Druckes des Dampf-Luft^öömi'sehes herbeizuführen* _:

   2, Kondensationsanlage nach Anspruch 1 zur Durehführung des Verfahrens, gekennzeichxiet duröh eine Gruppierung; der vom^^ Dampf-LUft-Gemisch quer angeströmten-Kühlrohre zu löiiidestens einem eigentlichen Kondensator* mindestens einem Maehlcohäehsat or und mindestens einem Luftkühler >_: durch in Strömüngsriohtung des Dampf^Luft-Gemisches immer enger werdende^^ Ströinungsauerschnitte im Nachkondensätor und durch von Kühlfohren fiele Räume zwischen Kondensator und Naehkondensator und zwischen Nachkondensator und Luftkühler.

   3. Kondensationsanlage nach Anspruch 2/ gekennzeichnet durch eine Form-

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   ORIGINAL INSPECTED

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   gebung des Nachkondensators, welohe in Strömungsrichtung des. Dampf -Luft-Gemisches eine Verengung d^r St^oBiUiigeq^r^chnitte

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   4. Kondensationsanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Leitbleche im Nachkondensator zur Verengung der Strömungsquerschnitte für das Dampf-Luft-Gemisch. ' - ' ' ' :, ,

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