DE2222991A1

DE2222991A1 - Vorrichtung zur kondensation des abdampfes einer dampfturbinenanlage

Info

Publication number: DE2222991A1
Application number: DE19722222991
Authority: DE
Inventors: Michael William Larinoff
Original assignee: Hudson Products Corp
Current assignee: Hudson Products Corp
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1972-05-10
Publication date: 1973-04-19
Also published as: IT957708B; ES403622A1; BE786609A; FR2156549A1; NL7208094A; US3760871A; JPS4845702A; CA953933A

Description

"Vorrichtung zur Kondensation des Abdampfes einer Dampfturbinenanlage"¹

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kondensation des Abdampfes einer Dampfturbinenanlage und bezieht sich insbesondere auf Verbesserungen an einer solchen Vorrichtung, in der der Dampf in einem Direktkontaktkondensator durch Abkühlung mit einem unterkühlten Teil des Kondensats kondensiert -wird, das zu dem Kondensator durch eine Leitung zurückgeführt wird, die mit ihm ein geschlossenes System bildet.

Bei einer solchen Vorrichtung wird ein Teil des Kondensats von dem Kondensatoraustritt abgezogen und von einer in der Leitung eingebau-

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht Dipl.-Wirtsdi.-Ing. Äxsl Hansmenn, DipL-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÜNCHEN 2, TH ERESI EKSTEASSD 33 · Telefon: 261202 · Toleorar.im-Adros:e: Upotli/ÜOndian Bayer. Vereinsbonk MOndien, Zweigst. Ostar-voii-Miüer-Rina, Kic-Nr. 8=2 49S · PcsiE-a'jeA-Konio: ΙΛϋηώβη Nr. 163397

Opponower Bora: PATENTANV/ALT DR. EEINHOLD SCKMIBT

ten Pumpe durch eine atmosphärische Wärmesenke umgewälzt, beispielsweise einen luftgekühlten Wärmeaustauscher, der in dem Leitungssystem auf der Abstromseite der Pumpe angeordnet ist. In dem Leitungssystem ist zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Kondensator ferner eine Vorrichtung angeordnet, durch die der Durchfluss verengt wird, so dass in dem System zustromseitig dieser Vorrichtung ein gewünschter positiver Druck aufrechterhalten werden kann, im Gegensatz zu dem unteratmosphärischen Druck im Kondensator, auf der Abstromseite dieser Vorrichtung. Es ist bekannt, dass Vorrichtungen dieser Art insbesondere dort nützlich sind, wo für den Verbrauch bei der Entfernung der Turbinenabdampfhitze nur eine beschränkte Wassermenge zur Verfügung steht.

Die Turbinenleistung und der thermische Wirkungsgrad der gesamten Dampfturbinenanlage hängen von dem Kondensatordruck ab, der niedrig gehalten wird, d.h. je tiefer der Kondensatordruck ist, desto höher sind Leistung und Wirkungsgrad der Anlage. Der Kondensatordruck wiederum ist eine Funktion der Dampfbeladung, der Umgebungslufttemperatur und der Menge des umgewälzten Strömungsmittels. Die beiden ersten Faktoren sind offensichtlich in nur sehr geringem Maße beeinflussbar, so dass während des Sommers, wenn die Umgebungstemperaturen normalerweise ihren höchsten Wert erreichen, der Kondensatordruck gewöhnlich ansteigt, wodurch die Kraftwerksleistung und der Wirkungsgrad abfallen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der nichts desto trotz der Kondensatordruck mit einem System gesenkt werden kann, das mit Wasserumwälzpumpen arbeitet, die mit fester Drehzahl laufen. Des weiteren soll die zu schaffende Vorrichtung nur verhältnismässig

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geringfügige Änderungen an den üblichen Elementen und Bauteilen bekannter Vorrichtungen dieser Art erfordern, sich darüber hinaus mit verhältnismässig geringem Kostenaufwand herstellen lassen und in der Betriebsweise narrensicher sein.

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäss durch eine verbesserte Vorrichtung gelöst, die mit bekannten Hydraulikpumpen-Charakteristiken arbeitet, um die Durchflussgeschwindigkeit bzw. -menge im System zu steigern, wodurch wiederum der Druck im Kondensator unter denjenigen Wert sinkt, der ohne Einsatz der verbesserten Vorrichtung möglich ist. Im einzelnen wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich beim Verkleinern der gesamten dynamischen Druckhöhe des Systems, in dem die Pumpe arbeitet, die Förderleistung einer Pumpe in vorhersehbarer Weise vergrössert. Somit wird eine Vorrichtung geschaffen, die den hydraulischen Fluss so steuert und aufrechterhält, dass der Betrieb bei den minimalen erforderlichen gesamten dynamischen Druckhöhen des Systems durch automatisches Verkleinern und Vergrössern der Förderhöhe der Pumpe um einen Betrag, der dem Ansteigen oder Abfallen des Kondensatordruckes entspricht, sichergestellt ist. Wenn somit die Umgebungstemperaturen hoch sind, besteht die Möglichkeit, den Kondensatordruck dadurch zu reduzieren, dass die Förderleistungs- oder Förderhöhenwerte der Pumpe auf einem gewünschten Minimum gehalten werden.

Zu diesem Zweck ist die verbesserte Vorrichtung der hier beschriebenen Art mit Fühlern versehen, die einen Druckabfall oder Druckanstieg im Kondensator feststellen, sowie mit Mitteln, die auf einen solchen festgestellten Druck ansprechen, um die durch das Leitungssystem umgewälzte Strömungsmenge automatisch in dem Ausmass zu vergrössern oder zu verkleinern, das erforderlich ist, um die

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gesamten dynamischen Druckanforderungen um einen entsprechenden Wert zu erhöhen oder zu senken. Die Mittel zum Vergrössern oder Verkleinern des gesamten dynamischen Druckbedarfs schliessen auch die Elemente in den Leitungen des geschlossenen Systems ein, die zur Regelung der vorhandenen Strömungseinschnüreinrichtung dienen, da dadurch die Notwendigkeit beseitigt wird, in den Leitungen zusätzliche Strömungseinschnürungen oder -Verengungen zu schaffen. Die vorhandene Strömungseinschnüreinrichtung liegt nahe an dem Kondensator, von dem ihr Betriebssignal abgeleitet wird, so dass die Konstruktion vereinfacht und die Kosten des Systems gesenkt werden und darüber hinaus das mögliche Auftreten von Betriebsfehlern reduziert wird, die erwartet werden können, falls die Strömungseinschnüreinrichtung und ihr Betriebssignalursprung weit voneinander getrennt sind.

Bei der hier beschriebenen und dargestellten Vorrichtung ist ein Fühler vorgesehen, mit dem die Stellung des Strömungseinschnürelementes der Strömungseinschnürvorrichtung festgestellt werden kann. Ferner wird ein diese Stellung verkörperndes Signal mit einem Signal kombiniert, das den abgetasteten Kondensatordruck darstellt, um ein solches Strömungseinschnürelement zu veranlassen, eine bestimmte Strömungseinschnürlage oder -stellung einzunehmen. Somit kann eine geeignete Steuervorrichtung zur Kombination dieser Signale geschaffen werden, mit der die Kombination so erfolgt, dass eine Bewegung des Strömungseinschnürelementes erzeugt wird, die die gewünschte Veränderung des gesamten dynamischen Druckbedarfs im Gleichlauf mit den ungesteuerten Veränderungen bewirkt, die in dem Kondensatordruck auftreten.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung,

Fig. 2 ein Schaubüd der hydraulischen Kennlinien der in dem System befindlichen Pumpe, und

Fig. 3 ein anderes Schaubild, aus dem die Veränderung der Stellung des Strömungseinschnürelementes in Abhängigkeit von den Änderungen des Kondensatordrucks dargestellt ist.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit gezeigt. Sie weist einen Direktkontaktkondensator 10 auf, der an seinem oberen Ende mit einem Einlass 11 versehen ist, welcher mit dem Dampfabzug von der Turbine eines nicht dargestellten Dampfkraftwerks verbunden ist, um von dort Abdampf aufzunehmen. An seinem unteren Ende weist der Kondensator einen Auslass 12 auf, durch den das Kondensat ausgetragen wird. Die Leitung 13 ist an den Auslass angeschlossen, um einen Teil des Kondensats in den Kraftwerkszyklus zurückzuführen, und die Leitung 14 steht ebenfalls mit dem Auslass in Verbindung, so dass mit dem Kondensator ein geschlossenes System gebildet wird, das dazu dient, den übrigen Teil des Kondensats zwischen dem Einlass und dem Auslass zum Kondensator zurückzuführen. Die diesbezüglichen Kondensatanteile, die zu dem Kraftwerkszyklus bzw. dem Kondensator zurückgeleitet werden, sind Werte, die vom Fachmann bestimmt werden. Natürlich können auch zwei oder mehr

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solcher Kondensatoren vorhanden sein, die dann alle parallel mit der Leitung 14 verbunden sind oder mit zusätzlichen Leitungen versehen sind, die sie in Reihe schalten, so dass das Kondensat des einen Kondensators das Kühlkondensat für den anderen bildet.

Der Kondensator 10 ist herkömmlich aufgebaut und weist einen grossen Körper 15 zur Dampfaufnahme aus dem in seinem oberen Ende befindlichen Einlass 11 auf und enthält Kondensat bis zu einer Höhe 16 in einem heissen Loch in seinem unteren Ende über dem Auslass 12. Bei einer typischen Konstruktion erstrecken sich über das obere Ende des Kondensatorkörpers 15 Sammel rohre 17, die mit nach unten ragenden Rohren 18 verbunden sind, welche Sprühdüsen 19 tragen. Wie im folgenden genauer erläutert wird, ist die Leitung 14 mit Abzweigen 14A und 14B versehen, von denen jeder mit einer der Sammelleitungen in Verbindung steht, um unterkühltes Kondensat den Sprühdüsen 19 zuzuführen. Wie in diesem Zweig der Technik bekannt ist, kühlt das unterkühlte Kondensat, das von den Düsen 19 ausgesprüht wird, den in den Kondensatorkörper einströmenden Dampf ab und bewirkt somit, dass sich das ganze Kondensat in dem heissen Loch im unteren Ende des Körpers sammelt. Natürlich sind auch andere Sprühdüsenanordnungen sowie auch Überlauf echalen und dergleichen in dem Kondensatorkörper möglich, um die gewünschte Dampfabkühlwirkung zu erreichen.

In der Leitung 14 ist relativ nahe an dem Kondensatorauslass 12 eine einzelne Pumpe 20 angeordnet, obgleich selbstverständlich auch zwei oder mehr derartiger Pumpen parallel geschaltet werden können. Diese Pumpe arbeitet mit unveränderlicher Drehzahl und besitzt die hydraulischen Kennzeichen, die notwendig sind, um die gewünschte Kondensatmenge durch das luftgekühlte System des Kon-

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densators umzuwälzen. So ist es, wie ebenfalls bekannt, ein hydraulisches Merkmal aller Pumpen, die für spezielle Aufgaben ausgewählt werden, dass sie eine gesamte dynamische Druckhöhe erzeugen, die gleich dem gesamten Systemwiderstand bei der gewünschten Systemströmungsmenge ist. Bekannter massen hängt der Systemwiderstand von einer Anzahl festliegender Grossen in dem System ab, zu denen die statische Druckhöhe, der Druckbedarf in den Komponenten des Systems und die Reibungsverluste gehören. Insofern diese Faktoren, die den erforderlichen gesamten dynamischen Druck ergeben, vorhergesagt werden können, besteht die Möglichkeit, eine Pumpe 20 auszuwählen, die die gewünschten "TDH"-Eigenschaften aufweist, wie dies durch die im Schaubild der Fig. 2 gezeigte Kurve angedeutet wird. Wie bereits beschrieben wurde und aus der Kurve hervorgeht, steigt die Fördermenge der Pumpe mit abnehmendem Systemgesamüwiderstand an.

Ein luftgekühlter Wärmeaustauscher 21 ist in der Leitung 14 auf der Druckseite der Pumpe 20 angeordnet und weist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, geneigte, nach oben zu konvergierende Rippenrohrreihen auf, wobei sich die Einlassöffnung des Wärmeaustauschers am unteren Ende der einen Reihe befindet und die Auslassöffnung an dem unteren Ende der anderen Reihe. Dies ist natürlich nur beispielhaft, und der Wärmeaustauscher kann selbstverständlich auch anders angeordnet werden und irgendeiner bekannten Konstruktion entsprechen. Er kann natürlich auch ein Gebläse aufweisen oder einen Kühlturm, die so angeordnet sind, dass sie den Luftstrom über die Rippenrohre bewirken. Des weiteren kann der Wärmeaustauscher aus zwei oder mehr getrennten Teilen bestehen, die sich durch Ventile voneinander isolieren lassen, um sie wahlweise in dem System in Benutzung zu nehmen. In jedem Falle bedeckt der

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Luftkühler eine grosse Grundfläche und ist häufig in erheblicher Entfernung von der Kraftwerksanlage und dem Kondensator 10 angeordnet, um Turbinenabdampf von ihnen aufzunehmen.

In jedem Abzweig 14A und 14B der Leitung befindet sich auf der Abstromseite des Luftkühlers und auf der Zustromseite der Zweigleitungsanschlüsse zum Inneren des Kondensators, jedoch verhältnismässig nahe an diesen Anschlüssen eine Strömungseinschnürvorrichtung oder Drossel einrichtung 22. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht jede Strömungsdrossel einrichtung aus einem Ventil, das mit einem Strömungsverengungselement versehen ist, welches einen Schieber aufweiseirkann, der zwischen verschiedenen Strömungsverengungspositionen beweglich ist, und zwar in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung eines auf dem Schieber befindlichen Stössels 23. Der Stössel und damit der Schieber werden veranlasst, sich in Abhängigkeit von einem Steuergerät 23A zu bewegen, das auf den im Kondensator herrschenden Druck anspricht, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Die Einzelheiten der Ventilkonstruktion sind hier nicht von Bedeutung. Beispielsweise kann die Drosselvorrichtung 22 statt dessen ein Flügelventil sein, das eine auf einem rotierenden Stössel gelagerte Scheibe besitzt. Tatsächlich kann die Strömungsdrossel vorrichtung 22 statt dessen auch eine hydraulische Energierückgewinnung stur bine umfassen, die mit einem Strömungseinschnürelement versehen ist. Wie in diesem Zweig der Technik bekannt ist, wird durch eine solche Anordnung einer Turbine eine Quelle für mechanische oder elektrische Antriebsenergie geschaffen, die zur Unterstützung des Betriebs anderer Elemente des Systems, beispielsweise der Pumpe 20, herangezogen werden kann.

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Wie bereits beschrieben, erzeugt das Ventil 22 in der Leitung auf seiner Zustromseite einen Druck, der zur Schaffung eines gewünschten Flüssigkeitsdruckes in dem System zwischen dem Ventil und der Pumpe 20 dient sowie zum Abbau überschüssiger Druckenergie im Kondensatstrom, bevor das Kondensat in den Kondensator 10 eintritt, wo der Dampfdruck unter dem atmosphärischen Druck liegt.

Eine Druckerhöhung im Kondensator 10 aufgrund beispielsweise eines Anstiegs der Umgebungstemperatur bewirkt einen Abfall des gesamten Widerstandes oder des dynamischen Druckbedarfs des Systems. Wenn also beispielsweise die obere Kurve von Fig. 2 so gelegt wird, dass sie den gesamten Systembedarf während der Wintermonate darstellt, dann würde die untere Kurve den Systembedarf während der Sommermonate zeigen. Aufgrund dieses Abfalls des gesamten dynamischen Pumpendruckbedarfes während des Sommers besteht die Möglichkeit, die Pumpenfördermenge oder -geschwindigkeit zu erhöhen, wie dies durch den Schnitt der unteren "Systemgesamtwiderstands"-Kurve mit der "Pumpen-TDH"-Kurve angezeigt wird. Zu diesem Zweck wird das Ventil 22 veranlasst, sich um einen Betrag zu öffnen, der ausreicht, um die durch das System umgewälzte Strömungsmenge in dem Maße zu erhöhen, das sich die erforderliche Druckhöhe der Pumpe um einen Betrag sehkt, der dem Anstieg des Kondensatordruckes entspricht. Gerade diese Vergrösserung der Pumpenfördermenge ist es aber, die die Leistungsabgabe und den thermischen Wirkungsgrad der Kraftwerksanlage erhöht. Ohne Benutzung des obigen Vorschlags würde die Pumpe sowohl im Sommer als auch im Winter so arbeiten, dass sie den durch die obere Kurve dargestellten TDH-Erfordernissen entspricht. Bei Anwendung des obigen Vorschlags wird die Pumpen-

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druckhöhe TDH zwischen den Grenzen der oberen Kurve und der unteren Kurve gemäss den im Kondensator erfolgenden Druckänderungen variiert.

Die Information, die erforderlich ist, um beide Ventile 22 zu veranlassen, sich im gewünschten Ausmaß zu bewegen, wird einer Steuervorrichtung zugeleitet, die einen Regler 24 aufweist, der in Abhängigkeit von dem zugeführten Signal ein Signal erzeugt, das auf die Ventil Steuergeräte 23A übertragen wird. Aufgrund dieses Signals werden die Ventilstössel 23 veranlasst, eine für gegebene Kondensatordrücke vorbestimmte Stellung einzunehmen, wie dies durch die Kurve des Schaubildes von Fig. 3 dargestellt ist.

Der in dem Kondensator 10 herrschende Druck wird von einer Sonde 25 oder dergleichen ermittelt, die sich in seinen Einlass 11 hineinerstreckt und ein Signal, das den ermittelten Druck darstellt, wird durch die Leitung 26 dem Regler 24 zugeführt. Die Stellung jedes Ventilstössels 23 wird durch einen Wandler 27, der neben dem Stössel angeordnet ist, abgetastet. Ein Signal, das diese Stellung darstellt, wird dann über eine Leitung 28 dem Regler 24 aufgegeben. Die beiden Signale werden dann im Regler 24 miteinander kombiniert, um das oben erwähnte Signal zu erzeugen, das über Leitungen 29 auf die Ventil Steuergeräte 23A übertragen wird, die ihrerseits veranlassen, dass der Ventilstössel 23 und damit das Strömungsverengungselement des Ventils ihre vorgegebene Position einnehmen.

Die beiden Ventile 22 brauchen nicht gleichzeitig zu arbeiten, sondern können auch abwechselnd in Tätigkeit treten, und zwar in Abhängigkeit von einer zweiten Reihe Signale, die über die Leitun-

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gen 31 und 31A an ihre Steuergeräte und/oder den Regler 24 von zusätzlichen Steuerelementen übertragen werden, zu denen ein Regler 30 gehört. Diese von dem Regler 30 in Abhängigkeit von den gegebenen Bedingungen, beispielsweise extrem kalten Wetterbedingungen und/oder geringer Turbinenbelastung, kommenden Signale überlagern die von dem Hauptregler 24 auf die Ventilsteuergeräte übertragenen Signale und schliessen dann wahlweise die Ventile 22 und öffnen sie wieder, so wfe das die herrschenden Bedingungen gestatten.

Die Regler 24 und 30 können in Abhängigkeit verschiedenartiger Signale, beispielsweise elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Signale, arbeiten und solche Signale übertragen. Der Aufbau der Regler 24 und 30 selbst kann herkömmlicher Art entsprechen, und viele Instrumente für das Kombinieren und Übertragen von Signalen nach vorbestimmten Bedingungen sind in diesem Zweig der Technik bekannt. Auch das Steuergerät 23A kann natürlich herkömmlicher Konstruktion entsprechen.

So erfordert das System beispielsweise im Falle von extrem kaltem Wetter oder geringer Turbinenbelastung oder beiden Zuständen nur einen Bruchteil der ausgelegten Wasserströmungsmenge, um den von der Kraftwerksanlage kommenden Abdampf zu kondensieren. Demzufolge besteht die Möglichkeit, eine oder eine grössere Anzahl mehrerer Umwälzpumpen und/oder einen oder mehrere Abschnitte des Luftkühlers 21 in dem System abzuschalten. Wenn dies geschieht, können ein oder mehrere Ventile 22 durch den Regler 30 geschlossen werden. Die Stössel der arbeitenden Ventile können dann von dem Regler 24 gemäss der von dem Regler 30 ausgehenden Übersteuerung verstellt werden. Die Ragler 24 und 30 bilden also in Wirklichkeit

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zwei Teile der Steuervorrichtung, obgleich sie getrennt dargestellt sind.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

ί 1 .) Vorrichtung zur Kondensation des Abdampfes einer Dampfturbinenkraftwerksanlage, mit einem Direktkontaktkondensator zur Aufnahme des Dampfes, einer Leitung, die mit dem Kondensator ein geschlossenes System bildet und einen Teil des Kondensats zum Kondensator zurückführt, einer in der Leitung vorhandenen Pumpe, einem in der Leitung zwischen Pumpe und Kondensator eingebauten luftgekühlten Wärmeaustauscher und mit einer in der Leitung befindlichen Einrichtung zur Drosselung des Durchflusses zwischen Wärmeaustauscher und Kondensator, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25) zur Abtastung des in dem Kondensator (10) herrschenden Dampfdruckes und einer Vorrichtung (24, 30), die auf das Ansteigen oder Abfallen des so ermittelten Dampfdruckes anspricht, um die Durchflussgeschwindigkeit in der Leitung (14) in dem Maße automatisch zu erhöhen oder zu senken, das erforderlich ist, um eine entsprechende Senkung oder Vergrösserung des dynamischen Gesamtdruckbedarfs des Systems zu erreichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Vergrösserung oder Verkleinerung der Durchflussgeschwindigkeit bzw. -menge mit Mitteln (23A} zur Steuerung der Strömungsdrosselvorrichtung (22) versehen ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel vor richtung (22) ein Strömungseinschnürelement aufweist, dass Elemente zur Abtastung der Einstellung der Strömungsdrosselvorrichtung vorgesehen sind, und dass eine Einrichtung vorhanden ist, die auf den im Kondensator (10) festgestellten Druck und die ermittelte Einstellung der Strömungsdrosselvorrichtung (22) anspricht, um das Einschnürelement in eine festgelegte Strömungsdrosselstellung zu bringen.

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