DE19642100A1

DE19642100A1 - Dampfkondensator

Info

Publication number: DE19642100A1
Application number: DE19642100A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Baumann
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1996-10-12
Filing date: 1996-10-12
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2016-10-13
Also published as: HU221112B1; AU722526B2; AU3992197A; HU9701632D0; DE19642100B4; JPH10170168A; EP0841527A3; HUP9701632A2; EP0841527A2; US5941301A; JP3974237B2; HUP9701632A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Dampfkondensator zur ebenerdigen Anordnung mit einer Dampfturbine,

- in welchem der Dampf an kühlwasserdurchflossenen, in separaten Teilbündeln zusammengefaßten Rohren niedergeschla gen wird, wozu die Teilbündel in ihrer Längserstreckung horizontal gerichtet sind und mehrere derartige Teilbündel in der vertikalen übereinander angeordnet sind,
- wobei die in Reihen angeordneten Rohre eines Bündels einen Hohlraum umschließen, in dem ein Kühler für die nicht kondensierbaren Gase angeordnet ist, und wobei durch den Küh ler das sich im Hohlraum des Teilbündels ansammelnde Gemisch von nichtkondensierbaren Gasen und Wasserdampf abgesaugt wird,
- und wobei der Hohlraum mit einer bündelinternen Aus gleichgasse verbunden ist, die dafür sorgt, daß der mit Inertgas angereicherte Dampf aus dem Kern der vorderen und der hinteren Hälfte des Bündels dem Luftkühler zugeführt wird.

Stand der Technik

Ein derartiger Dampfkondensator ist aus der EP-A 0 384 200 bekannt. In einem Kondensatorgehäuse sind die Kondensator rohre in mehreren Teilbündeln angeordnet. Der Dampf strömt durch einen Abdampfstutzen in das Kondensatorgehäuse ein und verteilt sich im Raum durch Strömungskanäle. Diese verengen sich in der allgemeinen Richtung der Strömung derart, daß ein sich optimales Druckgefälle einstellt. Die freie Zuströ mung des Dampfes zu den außenliegenden Rohren der Teilbündel ist gewahrt. Durch die Bündel strömt der Dampf anschließend mit durch die geringe Rohrreihentiefe bedingtem kleinen Widerstand hindurch. Um die Bedingung der in den Zuströmkanä len konstant zu haltenden Dampfgeschwindigkeit erfüllen zu können, sind die Teilbündel im Kondensator so übereinander angeordnet, daß zwischen ihnen angemessene Strömungskanäle entstehen. Des weiteren bilden die Rohre in den hintereinanderfolgenden Reihen eine in sich geschlossene Wand, die vorzugsweise durchwegs von gleicher Dicke ist.

Infolge der bewußt realisierten Druckabsenkung in den durch strömten Gassen auf der Höhe des Luftkühlers zu beiden Seiten des jeweiligen Bündels ist der dampfseitige Druckabfall über das Bündel etwa konstant. Damit ergibt sich ein homogener Druckgradient in Richtung Kühler. Mit dieser Maßnahme wird eine gute Dampfdurchspülung durch das Bündel erreicht. Nach Durchlauf der maximalen Geschwindigkeit erfährt der Dampf in den Gassen eine Abbremsung bis auf Null mit Druckrückgewinn auf dem Niveau des Kondensatsammelbehälters. Dies bewirkt eine Erhöhung der Sättigungstemperatur des Dampfes und damit eine Rückbildung der stattgefundenen Kondensatunterkühlung und der Sauerstoffkonzentration im Kondensat. Dadurch, daß durch die gewählte Strömungsführung der Stau erst am unteren Bündelende erfolgt, werden zudem Ansammlungen von nichtkon densierbaren Gasen in den Bündelgassen selbst vermieden.

Dieser bekannte Kondensator weist den Vorteil auf, daß durch die lockere Anordnung der Teilbündel alle peripheren Rohre eines Teilbündels ohne merklichen Druckverlust gut mit Dampf beschickt sind. Andererseits bedingt das Erfordernis nach zu mindest annähernd gleicher "Wandstärke" des berohrten Teil bündels um den Hohlraum herum eine relativ große Bauhöhe des Teilbündels in seiner Längserstreckung. Durch die horizontale Ausrichtung der Teilbündel resultiert die hervorragende Eig nung dieses Konzeptes für Dampfkondensatoren von Kraftwerks anlagen, bei denen sich der Kondensator und die Turbine unge fähr auf der gleichen Höhe des Maschinenhausfundamentes befinden. In solchen Fällen kann der Kondensator koaxial mit der Turbinenwelle oder seitlich entlang der Turbine angeord net sein. Weitere vorteile sind in der einfachen und schnel len Fertigung des Fundamentes sowie in kurzen Inbetriebsset zungszeiten zu sehen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, auf die bisherigen Dehnungsorgane zu verzichten und den Kon densator direkt an das Abdampfgehäuse der Turbine anzu schließen, und durch einfache Gleitschuhe abzustützen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kon densator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die mit dem Hohlraum kommunizierende bündelinterne Aus gleichgasse so angeordnet ist, daß der mit Inertgas angerei cherte Dampf aus dem Kern der vorderen und der hinteren Hälfte des Bündels einen reibungsfreien Weg zum Luftkühler findet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Längs mittellinie der Ausgleichgasse wegen der asymmetrischen Kondensatbelastung im horizontal ausgerichteten Teilbündel und der asymmetrischen Lokalisierung des Druckminimums im Rohrverband unterhalb der Längsmittellinie der Teilbündel verläuft.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sicherge stellt ist, daß der Restdampf und die verbleibenden Inert gase auch tatsächlich in der bündelinternen Ausgleichgasse reibungsfrei zum Luftkühler strömen können und es zu keinen Inertgasansammlungen im Bündelinnern kommt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Kraftwerkkondensators schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine skizzenhafte Vorderansicht und Drauf sicht einer Niederdruckturbine mitsamt Kondensator;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kondensator;

Fig. 4 einen Querschnitt durch zwei Teilbündel.

Beim dargestellten Wärmeaustauscher handelt es sich um einen Oberflächenkondensator in rechteckiger Bauform, wie er geeignet ist für die sogenannte "on floor"-Anordnung.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Über einen Abdampfstutzen 10, mit dem der Kondensator an der Turbine angeschlossen ist, strömt der Dampf in den Kondensa torhals 1 ein. Darin wird ein möglichst gutes homogenes Strö mungsfeld erzeugt, um eine saubere Dampfbespülung der strom abwärts angeordneten Bündel 2 über deren ganze Länge vorzu nehmen.

Der Kondensationsraum im Innern des Kondensatormantels bein haltet vier getrennte Bündel 2. Dies hat unter anderem zum Ziel, daß auch während des Anlagenbetriebes eine kühlwasser seitige Teilabschaltung vorgenommen werden kann, beispiels weise zum Zwecke einer kühlwasserseitigen Inspektion eines abgeschalteten Bündels. Die unabhängige Kühlwasserbeaufschla gung kommt dadurch zum Ausdruck, daß die Wasserkammern 7 (Fig. 2) durch nicht gezeigte horizontale Trennwände in Kom partimente unterteilt sind.

Die Bündel bestehen aus einer Anzahl Rohre 5, die an ihren beiden Enden jeweils in Rohrböden 6 befestigt sind. Jenseits der Rohrböden sind jeweils die Wasserkammern 7 angeordnet. Das von den Bündeln 2 abfließende Kondensat wird im Konden satsammelgefäß 12 aufgefangen und gelangt von dort in den nicht dargestellten Wasser/Dampf-Kreislauf.

Gemäß Fig. 3 ist im Innern jedes Bündels 2 ein Hohlraum 13 ausgebildet, in dem sich der mit nicht kondensierbaren Gasen - nachstehend Inertgas genannt - angereicherte Dampf sammelt. In diesem Hohlraum 13 ist ein Luftkühler 14 unterge bracht. Das Dampf-Inertgasgemisch durchströmt diesen Luftküh ler, wobei der größte Teil des Dampfes kondensiert. Der Rest des Gemisches wird am kalten Ende abgesaugt. Dabei ist zu beachten, daß der sich im Innern des Rohrbündels befindliche Luftkühler die Wirkung hat, daß das Dampf-Gasgemisch inner halb des Kondensatorbündels beschleunigt wird. Dadurch ver bessern sich die Verhältnisse insofern, als keine kleinen Strömungsgeschwindigkeiten vorherrschen, die den Wärmeüber gang beeinträchtigen könnten.

Ausgehend von der vorgegebenen Außenform des Kondensators - im vorliegenden Fall eine quaderförmige Kondensatorschale -, ist die Form der vier Bündel 2 so angepaßt, daß folgende Ziele erreicht werden:

- Gute Ausnützung des Temperaturgefälles
- Kleiner Druckabfall im Rohrbündel trotz hoher Packungs dichte der Berohrung
- Keine stagnierenden Inertgasansammlungen in den Dampf gassen und den Bündeln
- Keine Unterkühlung des Kondensates
- Gute Entgasung des Kondensates.

Hierzu sind die Bündel so gestaltet, daß aller Rohre der Peripherie ohne merklichen Druckverlust gut mit Dampf ange strömt sind. Um nun eine homogene, saubere Dampfströmung zu gewährleisten und insbesondere um Stauungen innerhalb des Bündels auszuschließen, sind die vorhandenen Strömungspfade zwischen den vier Bündeln 2 einerseits sowie zwischen den äußeren Bündeln und deren benachbarter Kondensatorwand fol gendermaßen ausgebildet:
Zunächst wird vorausgesetzt, daß über dem gesamten Ausström querschnitt des Kondensatorhalses 1 ein einigermaßen homo genes Strömungsfeld vorherrscht. Der überwiegende erste Teil des Strömungspfades zwischen Bündelanfang und Bündelende ist konvergent ausgebildet. Darin erfährt der strömende Dampf eine räumliche Beschleunigung mit entsprechender Senkung des statischen Druckes. Dies verläuft ungefähr homogen an beiden Seiten der Bündel. Bei der vorzunehmenden Kanalverengung beidseits der Bündel ist dabei der Tatsache Rechnung zu tra gen, daß infolge der Kondensation der Dampfmassenstrom zunehmend geringer wird.

Nach Erreichen der maximal vorgegebenen Geschwindigkeit wird der Dampf nunmehr bis auf die Geschwindigkeit Null abgebremst mit gleichzeitigem Druckrückgewinn. Dies wird dadurch erreicht, daß der zweite Teil des Strömungspfades divergent ausgeführt wird. Auch hier gilt es zu beachten, daß die Kanalerweiterung infolge der zunehmenden Abnahme des Massen stromes optisch nicht erkennbar sein muß. Maßgebend ist, daß der zum Kondensatorboden 8 hinströmende Restdampf dort einen Staudruck erzeugt. Dadurch wird der Dampf umgelenkt und versorgt so auch die unteren Teile der Bündel. Die durch den Staudruck bedingte Temperaturerhöhung kommt dem von Rohr zu Rohr hinabfließenden Kondensat zugute, indem es sich, falls es sich unter Sättigungstemperatur abgekühlt hatte, wieder erwärmt. Dadurch sichert man sich zwei vorteile: Thermodyna mische Verluste wegen Kondensatunterkühlung sind nicht vor handen und der Sauerstoffgehalt des Kondensates ist auf ein Minimum reduziert.

Als weitere Maßnahme, die der gleichmäßigen Bündelbeauf schlagung mit Dampf dient, wird der Luftkühler 14 im Bündel innern auf jenem Niveau angeordnet, auf dem beidseitig der Bündel der Druckverlauf in der durchströmten Gasse ein rela tives Minimum durchläuft. Im gezeigten Beispiel befindet sich der Luftkühler somit in der hinteren Hälfte der Teilbündel. Das Bündel ist so gestaltet, daß die Dampfansaugung in den Hohlraum 13 - unter Berücksichtigung des wirksamen Druckes an der Rohrperipherie und auf Grund der unterschiedlichen Rohrreihendicke - in radialer Richtung homogen über alle im Hohlraum 13 angrenzenden Rohre wirkt. Daraus resultiert ein homogener Druckgradient und damit eine eindeutige Fließ richtung des Dampfes und der nicht kondensierbaren Gase in Richtung Luftkühler 14.

Im Betrieb kondensiert der Dampf an den Rohren 5 und das Kondensat tropft gegen Kondensatsammelbleche 11 ab. Dieses Abtropfen erfolgt innerhalb der Bündel, wobei das Kondensat mit Dampf steigenden Druckes in Berührung kommt.

Die gesamte Baueinheit Kondensatorschale, d. h. Gehäuse, sowie Teilbündel und Kondensatsammelbleche ist in Rohrlängsrichtung leicht um die Turbinenachse geneigt, um das rasche Abfließen des Kondensates zu fördern.

Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich, sind die Luftkühler innerhalb der Teilbündel von asymmetrischer Form und von aszentrischer Lage innerhalb des Hohlraumes 13. Die Bündel 2 sind bei der horizontalen Aufstellung nämlich stark asymme trisch belastet, da die Schwerkraft und die Trägheitskraft der Dampfgeschwindigkeit nahezu senkrecht zueinander gerich tet sind. Diese Asymmetrie bezieht sich allerdings hauptsäch lich auf die Kondensatbelastung im Bündel, was bezüglich der geometrischen Bündelkonturen zu einer ebenfalls asymmetri schen Lokalisierung des Druckminimums im Rohrverband führt.

Die Lage des minimalen Druckes diktiert die Lage des Luft kühlers, da dieser der Ort der Ansammlung der nichtkonden sierbaren Gase ist. Das von oben herabregnende Kondensat ver stärkt den dampfseitigen Druckverlust in der unteren Bündel hälfte und verursacht damit die Verlagerung des Druckminimums nach unten. Der Luftkühler ist deshalb so konfiguriert und angeordnet, daß er der genannten Asymmetrie Rechnung trägt. Das Ansaugen der Inertgas geschieht infolge der gewählten Kühlerkonfiguration unterhalb der Längsmittellinie 22 des Bündels.

Der Luftkühler 14 hat die Aufgabe, die nichtkondensierbaren Gase aus dem Kondensator zu entfernen. Bei diesem Vorgang sind die Dampfverluste so gering wie möglich zu halten. Dies wird dadurch erreicht, daß das Dampf/Inertgasgemisch in Richtung Absaugkanal 17 beschleunigt wird. Die hohe Geschwin digkeit hat einen guten Wärmeübergang zur Folge, was zu einer weitgehenden Kondensation des Restdampfes führt. Zwecks Beschleunigung des Gemisches wird der Querschnitt in Strö mungsrichtung zunehmend kleiner bemessen, wie es aus Fig. 4 hervorgeht. Das Inertgas wird über Blenden 18 in den Kanal 17 abgesaugt. Diese Blenden, welche an der jüngsten Stelle der Kühlerabdeckung angebracht sind, stellen die physikalische Trennung des Kondensationsraumes vom Absaugkanal dar. Sie sind mehrfach über die ganze Rohrlänge verteilt und bewirken durch die Erzeugung eines Druckverlustes, daß die Saugwir kung in allen Kompartimenten des Kondensators homogen ist.

Ein Teil der Wandung des Absaugkanals 17 ist gleichzeitig als Abdeckblech 19 konzipiert. Dieses Blech ist über die Rohre des Kühlers gestülpt und schützt diese vor der von oben nach unten fließenden Dampf- und Kondensatströmung. Damit ist auch die Eintrittsrichtung des abzukühlenden Gemisches vorge geben, nämlich von hinten nach vorn zu den Blenden 18 hin.

Um das Inertgas aus dem Absaugkanal 17 zum nicht dargestell ten Saugapparat zu leiten, sind eine entsprechende Anzahl Rohre 5 aus den Bündeln 2 ausgespart. Je nach Größe und Staffelung der Rohre 5 handelt es sich dabei um das Fortlas sen entweder einer oder zweier Rohrreihen. Durch diese Aus sparung werden mehrere, das Bündel nach oben durchdringende Saugleitungen 20 herausgeführt. Parallel zum Bündel werden diese Saugleitungen bis zum Kondensatorboden 8 geführt, wo sie in eine zum Saugapparat führende Sammelleitung 15 münden.

Im Bündelinnern sind stromaufwärts und stromabwärts unbe rohrte Ausgleichgassen 16 vorgesehen, die in den Hohlraum 13 münden. Diese Ausgleichgassen sorgen dafür, daß auch der mit Inertgas angereicherte Dampf aus dem Kern der vorderen und der hinteren Hälfte des Bündels einen reibungsfreien Weg zum Luftkühler findet. Infolge der asymmetrischen Lokalisierung des Druckminimums im Rohrverband ist hierzu die Längsmittel linie 21 dieser Restdampfgassen entsprechend unterhalb der Längsmittellinie 22 der Teilbündel angeordnet.

Bezugszeichenliste

1

Kondensatorhals

2

Teilbündel

3

Turbine

4

Kondensatormantel

5

Rohr

6

Rohrboden

7

Wasserkammer

8

Kondensatorboden

9

Fundament

10

Abdampfstutzen

11

Kondensatsammelblech

12

Kondensatsammelgefäß

13

Hohlraum

14

Luftkühler

15

Sammelleitung

16

Ausgleichgasse

17

Saugkanal

18

Blende

19

Abdeckblech

20

Saugleitung

21

Längsmittellinie von

16

22

Längsmittellinie von

2

Claims

Dampfkondensator zur ebenerdigen Anordnung mit einer Dampfturbine,
- - in welchem der Dampf an kühlwasserdurchflossenen, in separaten Teilbündeln (2) zusammengefaßten Rohren (5) niedergeschlagen wird, wozu die Teilbündel (2) in ihrer Längserstreckung horizontal gerichtet sind und mehrere derartige Teilbündel in der vertikalen überein ander angeordnet sind,
- - wobei die in Reihen angeordneten Rohre eines Bün dels einen Hohlraum (13) umschließen, in dem ein Kühler (14) für die nicht kondensierbaren Gase angeordnet ist, und wobei durch den Kühler (14) das sich im Hohlraum (13) des Teilbündels (2) ansammelnde Gemisch von nicht kondensierbaren Gasen und Wasserdampf abgesaugt wird,
- - und wobei der Hohlraum (13) mit einer bündelinter nen Ausgleichgasse (16) verbunden ist, die dafür sorgt, daß der mit Inertgas angereicherte Dampf aus dem Kern der vorderen und der hinteren Hälfte des Bündels dem Luftkühler zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittellinie (21) der Ausgleichgasse (16) wegen der asymmetrischen Kondensatbelastung im horizon tal ausgerichteten Teilbündel und der asymmetrischen Lokalisierung des Druckminimums im Rohrverband unterhalb der Längsmittellinie (22) der Teilbündel verläuft.