DE2132442A1

DE2132442A1 - Verfahren zum Kondensieren des Abdampfes einer Turbine im Dampfkraftwerk

Info

Publication number: DE2132442A1
Application number: DE19712132442
Authority: DE
Inventors: Seishi Moriya; Tetsugoro Sasakura
Original assignee: SAKAKURA ENGINEERING CO Ltd
Current assignee: SAKAKURA ENGINEERING CO Ltd
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1972-02-03
Also published as: DE2132442B2; US3731488A; DE2132442C3; FR2100060A5; GB1361825A

Description

DIP L.-ING. HARRO GRALFS

33 BRAUNSCHWEIG

AM BORGERPARK β TELEFON (0531)74798

29. Juni 1971 S 1011 - G/Lie

Sasakura Engineering Co., Limited

No. 102, KlBhI 4-chome, Mitejima, Nishiyodogawa-ku,

OSAKA / JAPAN

Verfahren zum Kondensieren des Abdampfes einer !Turbine im Dampfkraftwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kondensieren des Abdampfes einer Dampfturbine im Kraftwerk.

Mit dem in den vergangenen Jahren stark angestiegenen Verbrauch elektrischer Energie ist es notwendig geworden, immer mehr Kraftwerke zu errichten. Andererseits treten durch die Industrialisierung ernsthafte Probleme der Umweltverschmutzung auf, durch die der Bau von Kraftwerken eingeschränkt wird. Es ist schwierig, einen geeigneten Ort zur Errichtung eines neuen Kraftwerkes zu finden.

Kraftwerke werden vorteilhafterweise in Küstennähe errichtet. Der Abdampf wird in solchen Kraftwerken unter Vakuum in see-

109886/1193

■ANKi DIUTICHI IANK AO., tRAUNICHWIIO. KONTO-NR. 03/017 β» ■ POSTSCHICK ι HANNOVER 36 16 61

wasserbetriebenen Oberflächenkondensatoren kondensiert. Das aufgeheizte Kühlwasser wind in die See zurückgeleitet. Dieses Verfahren jedoch stört und beeinträchtigt die Entwicklung der in der See befindlichen Lebewesen, wodurch die Fischerei in der benachbarten Umgebung bedroht wird.

Diesem Problem begegnete man bereits dadurch, daß man anstelle des Seewassers Luft zur Kühlung des Kondensators verwendete. Bei diesem Verfahren ο «doch wird der zu kondensierende Dampf durch Rohre eines luftgekühlten Kondensators geleitet. Dies bringt jedoch einen größeren Druckabfall im Dampfstrom mit sich, der einem hohen Vakuum entgegensteht. Daher kann dieses Verfahren nicht bei Kraftwerken großer Kapazität oder hohen Wirkungsgraden angewendet werden, wo ein hohes Vakuum erforderlich ist; es ist nur anwendbar bei Kraftwerken kleiner Kapazität bei niedrigem Wirkungsgrad. Darüber hinaus müssen bei Verwendung von Seewasser als Kühlwasser der Kondensator und Teile des Kondensators aus teurem, korrosionsbeständigem Material bestehen.

Als Brennstoff wird in Kraftwerken vielfach Schweröl oder Roh-" öl verwendet. Es ist jedoch eine bekannte Tatsache, daß diese Brennstoffe im allgemeinen einige Prozent Schwefel enthalten, die im Rauchgas verbleiben und die Atmosphäre verunreinigen. Um diese Luftverschmutzung zu verhindern, sind verschiedene Versuche unternommen worden, um den Brennstoff oder das Rauchgas zu entschwefeln. Die Entschwefelung bringt jedoch noch technische Schwierigkeiten mit sich und ist sehr kostspielig. Bei einem der neuesten Verfahren wird nur verflüssigtes Gas verbrannt, beispielsweise flüssiges Erdgas, oder es wird verflüssigtes Gas zusammen mit Schweröl verbrannt. Flüssiges Gas

109886/1193

kostet jedoch im allgemeinen mehr als Schweröl, so daß diesem Verfahren vom Kostenstandpunkt her Grenzen gesetzt sind.

In Anbetracht der oben beschriebenen Situation ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Kondensieren von Turbinenabgasen zu schaffen, bei dem gleichzeitig Umweltverschmutzungsprobleme gelöst werden, die durch heiße Abwasser und Verschmutzung der Luft durch schwefelhaltige Rauchgase auftreten.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Turbinenabdampf in einen Mischkondensator geleitet wird, der unter Vakuum arbeitet, und daß der Dampf durch Vermischung mit dem Kühlwasser kondensiert, daß das Gemisch aus Kühlwasser und Kondensat dem Kondensator entzogen wird, daß ein Seil des Gemisches durch einen luftgekühlten Wärmetauscher und weiterhin durch Wärmeaustausch mit verflüssigtem Brenngas auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unterhalb der Temperatur liegt, die dem Grad des Vakuums innerhalb des Kondensators entspricht, und daß dieser Teil des Wassergemisches als Kühlwasser für den Kondensator dient, daß das restliche Wassergerisch in das Speisewassersystem zurückgeführt und daß das durch den Wärmetauschvorgang verdampfte Gas zur Heizung des Kessels verwendet wird.

Der Ablauf des Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und im einzelnen anhand der Zeichnung im Nachstehenden beschrieben.

Über eine Bohrleitung 2 wird einen Kesesl 1 Schweröl oder Eohöl zugeführt. Gleichzeitig wird dem Keesel 1 über eine

109886/1193

Rohrleitung 3 dampfförmiges Gas zugeleitet. Der im Kessel erzeugte Dampf von hoher Temperatur und hohem Druck wird über eine Rohrleitung 4 einer Turbine 5 zugeführt, die einen (nicht dargestellten) Generator antreibt. Der aus der Turbine 5 austretende Abdampf von niedriger Temperatur und niedrigem Druck strömt über eine Bohrleitung 6 zu einem Mischkondensator 7, wo er direkt mit dem aus einer durch eine Rohrleitung 8 gespeiste Düse sprühenden Kühlwasser in Berührung kommt, wobei er kondensiert. In dem Mischkondensator 7 wird ein hohes Vakuum (üblicherweise ca. 40 mm Hg absolut) über einen Dampfejektor 10 aufrechterhalten, um den Wirkungsgrad der Turbine 5 zu erhöhen.

Das durch die Rohrleitung 8 strömende Kühlwasser wird durch die im Nachstehenden zu beschreibende Methode auf Sättigungstemperatur (etwa 34° G) bei einem Vakuum von 40 mm Hg, die dem Vakuum im Kondensator entspricht, abgekühlt und in den Mischkondensator 7 geleitet. Ein Gemisch aus Kühlwasser und Kondensat wird durch eine Pumpe 11 abgesaugt. Ein Teil des Gemisches wird über eine Rohrleitung 12 abgezweigt und dient als Kühlwasser für einen Ejektorkondensator 14, der über eine Leitung 13 mit dem Ejektor 10 verbunden ist. Das Kühlwasser des Ejektorkondensators wird über eine Speisewasserpumpe 15 und einen Speisewasservorwärmer 16 in den Kessel 1 eingespeist. Der Rückfluß erfolgt, wie bei den konventionellen Speisewassersystemen, über Speisewasseraufbereitungsgeräte, beispielsweise Speisewasserergänzer oder Speisewasserentlüfter usw.

Das restliche Wassergemisch, das durch die Pumpe 11 abgesaugt wird, strömt durch eine Rohrleitung 17 und wird zur Kühlung des Mischkondensators 7 aufbereitet. Die Temperatur des Kühl-

10 9 8 8 6/1193

wassers muß dabei auf die dem Vakuum des Mischkondensators 7 entsprechende Temperatur herabgesetzt werden. Die Kühlung erfolgt mit Luft und mittels der Verdampfungswärme des flüssigen Brennstoffes. Verflüssigtes Brenngas, beispielsweise Erdgas in flüssiger Form, muß vor Eintritt in den Kessel verdampft werden. Hierfür ist eine sehr große Verdampf ungswärmemenge erforderlich.

Das in die Rohrleitung 17 abgezweigte Wasser wird zunächst in einem luftgekühlten Wärmetauscher 18 abgekühlt. Der Kühlluftstrom wird durch ein Gebläse 19 erzeugt. Der luftgekühlte Wärmetauscher in diesem Verfahren ist so aufgebaut, daß die zu kühlende Flüssigkeit durch viele wärmeleitfähige Rohrleitungen, die an ihrer äußeren Oberfläche mit Rippen besetzt sind, geleitet wird, wobei die Kühlung dadurch erreicht wird, daß "die Kühlluft über die Rippen geführt wird. Es können jedoch auch Wärmetauscher anderer Bauart verwendet werden.

Das Wassergemisch, welches durch die Luft auf eine Temperatur abgekühlt wurde, die etwas über der Umgebungstemperatur liegt, wird über eine Rohrleitung 20, eine Rohrleitung 21 und eine Rohrleitung 22 einem Brennstoffverdampfer 23 zugeführt, wo ein Wärmeaustausch mit dem verflüssigten Gas stattfindet, das über eine Rohrleitung 24 dem Brennstoff verdampf er zugeführt wird. Hierbei wird die in dem Wasser befindliche Wärme dem flüssigen Brennstoff zugeführt, wobei das Wasser abkühlt. Der Verdampfungspunkt des verflüssigten Gases ist niedrig und die erforderliche Verdampfungswärmemenge ist hoch. Bei Metan, welches der Hauptbestandteil von Erdgas ist, liegt der Verdampfungspunkt bei - 161° C und die Verdampfungswärmemenge beträgt 1955 kcal/mol. Aus diesem Grunde kann das Was sergemisch, welches auf eine Tem-

109886/1193

peratur abgekühlt wurde, die etwas oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, dadurch weiter abgekühlt werden, daß ihm die für die Verdampfung des verflüssigten Gases erforderliche Verdampfungswärme entzogen wird. Das Wassergemisch, dessen Temperatur nun unterhalb der in dem Mischkondensator 7 herrschenden Temperatur liegt, wird über eine Rohrleitung 25 und eine Rohrleitung 8 in den Mischkondensator als Kühlwasser zurückgeführt.

Der im Brennstoffverdampfer 23 verdampfte Brennstoff wird über die Rohrleitungen 26 und 3 dem Kessel 1 und anderen Verbrauchern zugeführt.

Die in dem Verdampfer 23 zu verdampfende Menge des verflüssigten Gases oder die zur Verdampfung erforderliche Wärmemenge sollte mit dem Mischungsverhältnis von flüssigem Gas und Schweröl oder Rohöl, welches im Kessel 1 verbrannt wird, veränderbar sein oder von anderen Faktoren abhängig sein, beispielsweise von der Belastung des Kraftwerkes. Die Menge des Turbinenabdampfes, die im Kondensator 7 zu kondensieren ist, verändert sich mit der Belastung des Kraftwerkes und hängt von weiteren Faktoren ab. Außerdem hängt die innerhalb des luftgekühlten Wärmetauschers 18 abgegebene Wärmemenge von der Umgebungstemperatur usw. ab. Die Regelung des oben erwähnten Kühlwasserkreises kann in Abhängigkeit von den oben erwähnten Faktoren über ein Ventil 28, ein Ventil 29 und ein Ventil 30 einer Bypaßleitung 27 des luftgekühlten Wärmetauschers 18 erfolgen, außerdem durch. Regelung des Luftstroms aus dem Gebläse 18 und durch Regelung eines Ventils 33» eines Ventils 34· und eines Ventils 32 einer Bypaßleitung 31 des Verdampfers 23.

109886/1 193

Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird der aus der Turbine tretende Abdampf nur durch Wasser kondensiert, das in einem vorgeschriebenen Kreislauf fließt. Bei diesem Verfahren wird kein erhitztes Kühlwasser vom System abgeführt, die hierbei verwendete Wärmemenge zur Verdampfung des verflüssigten Brennstoffes kann entsprechend den verschiedenen Umgebungsbedingungen leicht geregelt werden.

Es ist, wie bereits eingangs erwähnt, unmöglich, das von der Pumpe 11 über die Rohrleitung 17 abgezweigte Wasser nur mit dem luftgekühlten Wärmetauscher 18 unter Umgebungstemperatur abzukühlen. In kalten Gegenden Jedoch, wo die Umgebungstemperatur immer weit unter der im Kondensator 7 herrschenden Temperatur liegt, kann das Wassergemisch auf eine Temperatur abgekühlt werden, die für den Kondensator 7 erforderlich ist. In diesem i¹ 11 wird das gesamte Wassergemisch, das durch die Pumpe 11 über die Rohrleitung 17 in den Wärmetauscher 18 geleitet wurde, über die Bypaßleitung 31 und die Rohrleitung 8 in den Kondensator 7 zurückgeführt.

D s soeben beschriebene Verfahren läßt sich dort anwenden, wo Kraftwerke ausschließlich mit Schweröl oder Rohöl betrieben werden. Im Vergleich mit dem Verfahren, bei dem der Abdampf der Turbine direkt durch die Luft gekühlt wird, durchfließt nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gekühltes Wasser den luftgekühlten Wärmetauscher und der Dampf kondensiert in einem Mischkondensator. Das Vakuum kann aufrechterhalten werden, da es nicht durch Dampfrückstände abgebaut wird. Es ist daher möglich, dieses Verfahren gemäß der Erfindung bei Kraftwerken hohen Wirkungsgrades einzusetzen, bei denen ein hohes Vakuum erforderlich ist. Außerdem hat dieses Verfahren den wichtigen Vorteil, daß es frei von heißen Abwässern ist. Ist die Menge des verflüssigten Brenngases groß und entspricht die Verdampfungswärmemenge der Kondensationswärmemenge, so kann

10 9 8 8 6/1193

auf den luftgekühlten Wärmetauscher verzichtet werden. In diesem Falle fließt das von der Pumpe 11 über die Rohrleitung 17 abgezweigte Vassergemisch über die Rohrleitungen 27, 21 und 22 in den Brennstoff verdampf er 23» wo es zur Verdampfung des verflüssigten Brenngases Wärme abgibt. Danach wird das abgekühlte Wassergemisch dem Kondensator 7 über die Rohrleitungen 25 und 8 als Kühlwasser zugeführt. Hierdurch ist der Kreislauf geschlossen. Wenn jedoch die Wärmemenge zur Verdampfung des verflüssigten Brenngases außerordentlich hoch ist, ist es nötig, die Leitung, die das verflüssigte Brenngas führt, mit einem (nicht dargestellten) Verdampfer zusätzlich zum Verdampfer 23 zu versehen, der mit einem geeigneten Wärmetaus ehe rmedium arbeitet. Dieses Verfahren hat ebenfalls den Vorteil, daß kein erhitztes Kühlwasser aus dem System abgeführt wird.

Da nach dem Verfahren der Erfindung die Kühlung nur durch einen geschlossenen Kühlwasserkreislauf erfolgt, tritt keine Gefährdung der im Wasser befindlichen Lebewesen durch heißes Abwasser auf, so daß die Fischerei in der benachbarten Gegend nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin wird bei diesem Verfahren die Verdampfungswärme von verflüssigtem Erdgas verwendet, eine Möglichkeit, die lange Zeit verworfen wurde. Durch die Verwendung von verflüssigtem Gas, beispielsweise Erdgas, das zwar relativ teuer ist, wird zur Reinhaltung der Luft beigetragen. Bei einem Kraftwerk, bei dem im offenen Kreislauf Seewasser zur Kühlung verwendet wird, müssen der Kondensator und andere Teile aus korrosionsbeständigem Material bestehen, was bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht erforderlich ist. Daher ist dieses Verfahren bezüglich der Wirtschaftlichkeit und der Haltbarkeit der Apparate sehr vorteilhaft.

109886/1193

Selbst dann, wenn kein verflüssigtes Gas verwendet wird, eignet sich dieses Verfahren zum Kondensieren von Turbinenabdampf bei Kraftwerksanlagen hohen Wirkungsgrades in kalten Gegenden, wobei kein erhitztes Kühlwasser vom System abgeführt wird. Die Verwendung eines Mischkondensators bewirkt eine Kühlung so gar dann, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem Abdampf und
dem Kühlwasser gering ist. Aus diesem Grunde treten bei diesem Verfahren geringe Druckverluste auf, es ist fähig, ein Vakuum
aufrechtzuerhalten und weist einen hohen Wirkungsgrad der Kondensation auf.

109(86/1193

Claims

-10- 2132^42

Ansprüche

Verfahren zur Kondensation von Turbinenabdampf "bei einem Kraftwerk, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenabdampf in einen Mischkondensator geleitet wird, der unter Vakuum arbeitet, und daß der Dampf durch Vermischung mit dem Kühlwasser kondensiert, daß das Gemisch aus Kühlwasser und Kondensat dem Kondensator entzogen wird, daß ein Teil des Gemisches durch einen luftgekühlten Wärmetauscher und weiterhin durch Wärmeaustausch mit verflüssigtem Brenngas auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unterhalb der Temperatur liegt,, die dem Grad des Vakuums innerhalb des Kondensators entspricht, und daß dieser Teil des Wassergemisches als Kühlwasser für den Kondensator dient, daß das restliche Wassergemisch in das Speisewassersystem zurückgeführt und daß das durch den Wärmetauschvorgang verdampfte Gas zur Heizung des Kessels verwendet wird.

Verfahren zur Kondensation des Turbinenabdampfes bei einem Kraftwerk, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenabdampf in einen Mischkondensator geleitet wird, der unter Vakuum arbeitet und daß der Dampf durch Vermischung mit dem Kühlwasser kondensiert, wobei ein Teil des Wassergemisches aus Kühlwasser und Kondensat, das dem Kondensator entzogen wurde, auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unterhalb der Temperatur liegt, die dem Grad des im Kondensator befindlichen Vakuums entspricht, wobei die Kühlung durch Wärmeaustausch mit dem verflüssigten Brenngas erfokgt, daß das gekühlte Wassergemisch zur Kühlung des Kondensators dient und daß der Best des Wassergemisches in das Speisewassersystem des Kessels fließt, und daß weiterhin das durch den Wärmetausch verdampfte Brenngas zur feuerung des Kessels verwendet wird.

103886/1183