DE2251709A1

DE2251709A1 - Kondensationseinrichtung fuer dampfturbinenkraftwerke

Info

Publication number: DE2251709A1
Application number: DE2251709A
Authority: DE
Inventors: G Sz Dipl Ing Agejev; I A Dipl Ing Alekszejev; Laszlo Dipl Ing Dr Forgo; Laszlo Dipl Ing Dr Heller
Original assignee: TYEPLOELEKTROPROJEKT MOSKAU; Energiagazdalkodasi Intezet
Current assignee: TYEPLOELEKTROPROJEKT MOSKAU; Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1971-10-25
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1973-05-10
Also published as: CA957222A; AU465309B2; AU4809272A; IT972215B; FR2157930A1; BE790513A; SE396995B; PL82450B1; AT317945B; HU166390B; FR2157930B1; YU263472A; GB1406823A; DD100995A1; IT972214B; YU35194B; US3935902A; CH544919A

Description

Dipl.-rng. R. lemcke 2251703

Pafentonwolf
Karlsruhe 1, Ainaiienst.28 ^^#n25^{tober 1972}

Postfadi4024 ^{10 956}

TYEPLOELEKTROPROJEKT, Moskau, UdSSR

ElTERGIaGAZDALKODASI INTEZET, Budapest, Ungarn

KONDENSATIONSEIRRIGHTUNG FÜR DAMPFTURBINENKRAFTWERKE

Die Erfindung betrifft eine Kondensationseinrichtung für Dampfturbinenkraftwerke.

Wie bekannt, werden in Wärme- und Atomkraftwerken den Dampfturbinen meistens Oberflächenkondensatoren zugeordnet, welchen Kühlwasser aus.natürlichen Quellen oder nach Rückkühlung in Verdampfungskühlern wie Kühltürme, Kühlteiche oder Rieselungsbecken zugeführt wird.

In den Verdampfungskühlern wird ein Teil des abzu-

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kühlenden Wassers verdampft, während ein anderer Teil in Form von Tropfen durch die Luftströmung mitgerissen wird_o Hierzu kommt, daß ein Teil des Wassers zwecks Vorbeugung einer zu hohen Anreicherung an im umgewältzten Wasser gelösten Salzen in der Regel abgelassen wird (Abschlämmen).

Die erwähnten Verluste an Wasser werden durch Zuführung von Quellwasser ausgeglichen. Dies stößt aber wegen Mangel an Wasser an zahlreichen Stellen der Welt immer mehr auf Schwierigkeiten.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, werden in zunehmendem Maße sogenannte Luftkondensationsanlagen verwendet, in welchen die Rückkühlung des Kondensats mittels Luft erfolgt. Dabei wird der Dampfturbine der Kraftanlage ein Mischkondensator zugeordnet, in welchen das Kondensat eingespritzt wird, das vorher in Oberflächenwärmetauschern von Kühltürmen mit natürlichem Zug oder Lüfterbetrieb mittels Luft abgekühlt worden ist.

In den Luftkondensationsanlagen erfolgt keine W^meübergabe mittels Verdampfung. Es erfolgt lediglich eine Lufterwärmung und eben deshalb werden viel höhere Luftmengen verlangt als in Verdampfungskühltürmen. In Luftkondensationsanlagen tritt, auch kein Wasserverlust auf. Während des Sommers jedoch, wo die Lufttemperatur der Umgebung zunimmt, können geeignet niedrige Kondensationstemperaturen durch Luftkondensationskühltürme nicht mehr gesichert werden, obwohl ihre Abmessungen und Stehungskosten Jene der sogenannten nassen Kühltürme wesentlich übersteigen.

Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Schwierigkeit und die Schaffung einer Kondensationseinrichtung für Dampfturbinenkraftwerke, in welcher zum Kondensieren des Dampes Luft zur Anwendung gelangt, solange die Außenlufttemperatur genügend niedrig ist. Wenn aber eine geeignete Dampfkondensationstemperatur lediglich durch,Luft nicht mehr erreicht werden kann, wird zugleich mit der Kühlung durch Luft auch Wasser wirtschaftlich verwendet. Auf die-

se Weise wird selbst in warmen Jahreszeiten eine wesentlich niedrigere Dampfkondensationstemperatur und somit ein höherer Airbinenwirkungsgrad erreicht, ohne daß die Abmessungen und die Kosten jene der.bekannten Kondensationskühltürme übersteigen wurden.

Die Erfindung geht aus einer Kondensationseinrichtung aus, die in an sich bekannter Weise aus einem Mischkondensator und aus in einem Kühlturm angeordneten luftgekühlten Wärmetauschern für das Kondensat aufgebaut ist. Die Wärmetauscher werden nun gemäß der Erfindung mit senkrechten Rippen ausgeführt, welche radial zum Kühlturm angeordnet sind, oder mit der radialen Sichtung einen bestimmten Winkel einschließen.. Dadurch wird ermöglicht, daß sich an der Oberfläche der Kippen ein abwärts laufender zusammenhMigender Wasserfilm bildet, der aus von oben auf den Wärmetauscher gespritztem Wasser entsteht. Durch den ablaufenden Wasserfilm wird die Wärme von den Rippen des Wärmetauschers entzogen und außer Konvektion auch durch Verdampfung der entlang der Rippen waagerecht strömenden Luft übergeben, wodurch die Wärmeübergäbe weitgehend intensiver wird.

Der Wasserfilm soll die ganze Oberfläche der Rippen bedecken und soll möglichst dünn sein, damit kein bedeutender thermischer Widerstand bei der Wärmeübergabe von den Rippen in die Luft entsteht. Die fenge des abfließenden Wassers soll dabei den Verdampfungsverlust wesentlich überragen, damit eine übermäßige Anreicherung von Salzen und eine dadurch bedingte Ablagerung von Wasserstein vermieden werden. Diesen Forderungen wird eine Wassermenge von 150 bis JOO kg/h gerechnet auf das laufende Meter der waagerechten Rippenprojektion von einer Seite gerecht.

Die Abmessungen der Kühlanlage für das Kondensat bzw. der Wärmetauscher und der Luftzufuhrmittel werden zweckmäßig derart gewählt, daß eine geeignet niedrige Dampfkondensationstemperatur im Winter selbst bei Höchstbelastung des Kraftwerkes ohne Begießung der Wärmetauscher gewährleistet

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wird.

Da bei Temperaturen der Luft unterhalb des Gefrierpunktes Temperaturunterschiede im Bereich von 35 bis 45 C zwischen Kondensat und Luft ohne Verschlechterung des Tur- <7 binenwirkungsgrades zugelassen werden können, fallen die wirtschaftlichen Abmessungen der Wärmetauscher und der Luftzufuhrmittel wesentlich geringer aus als bei den bekannten Luftkondensationsanlagen, welche in der ^Kegel auf die jährliche Mitteltemperatur der Außenluft bemessen werden.

Bei Außenlufttemperaturen oberhalb des Gefrierpunktes werden die Wärmetauscher noch immer nicht bespritzt, wenn das Kraftwerk nicht bei Höchstlast arbeitet, wie z.B. bei Nacht oder ah arbeitsfreien Tagen. Die W^armetauscher werden erst in Anbetracht der Zunahme der Lufttemperatur und der Belastung des Kraftwerkes teilweise bespritzt, wobei die Anzahl der bespritzten Wärmetauscher nach Bedarf bestimmt wird. Bei Höchstbelastung bzw. hoher Außenlufttemperatur können alle Wärmetauscher begossen werden.

Die Begießung wird selbsttätig geregelt· An den Anschlußstellen der Wasserzuführleitungen an die Begießungsvorrichtungen für die einzelnen Wärmetauscher bzw. Wärme-

tauschergruppen sind Regelorgane vorgehen, welche in Abhängigkeit von der Temperatur des Kondensats oder von im Kondensator der Turbine herrschenden Druck die Wasserzuführung zu den einzelnen Teilen der Kühlanlage ein- bzw. ausehalten.

Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsmäßige Kondensationseinrichtung ständig einen hohen Turbinenwirkungsgrad beim Verbrauch von Mindestwassermengen zur Verdampfung aufrechtzuerhalten, wobei die Wassermenge in Abhängigkeit von den Wetterverhältnissen und der Belastung des Kraftwerkes verringert oder vergrößert wird/ Dabei wird die Luftströmung im Kühlturm mit natürlichem Zug völlig ausgenützt, wogegen bei den nassen Kühltürmen und be-

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kannten Luftkondensationsanlagen die Iaiftströmung im Kühlturm bei Lufttemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes absichtlich verringert wird.

Kondensationseinrichtungen dieser Art sind. z.B. besonders geeignet, an Stellen höherer Breitegraden und bei stark kontinentalem Klima verwendet zu werden, da dort die Wasserverluste im jährlichen Durchschnitt auf ein Drittel bis ein Viertel der Verluste verringert werden könnnen, die in nassen Kühltürmen auftreten, wobei der Turbinenwirkungsgrad mindestens um 0,5 % erhöht wird, ohne daß die Stehungskosten der Kondens.ationseinrichtung. zunehmen würden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung im Verhältnis zu den Kondensationseinrichtungen mit nassen Kühltürmen besteht darin, daß in den Wintermonaten mit Lufttemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes trockene Luft und nicht feuchte Luft durchströmt, wodurch eine Vereisung innerhalb des Kühlturmes und in seiner Umgebung vermieden wird. Deshalb können auch diese Türme leichter gebaut werden.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung verspricht besondere Vorteile, wenn das Kraftwerk in der Nähe der !Fundstelle des Kraftstoffes und der Verbraucher der elektrischen Energie angelegt wird und zur Wasserversorgung Quellen geringerer Kapazität ausgenützt werden können, als dies bei den bekannten Kondensationseinrichtungen mit Verdampfungskühlern der Fall wäre.

Die Wärmetauscher für das Kondensat werden an der Wassers.eite zweckmäßig mehrgängig ausgebildet, indem das Kondensat in Richtung der Luftströmung der letzten vertikalen Rohrreihe

JO zugeführt und das abgekühlte Kondensat aus der ersten Rohrreihe abgeführt wird. Dann werden die Rippen: in waagerechter Richtung verschiedene Temperaturen aufweisen, die in Richtung der Luftströmung zunehmen.

Bei Begießung der- Wärmetauscher wird die Temperatur des abrieselnden Wasserfilmes etwas geringer sein als die

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Temperatur der Rippe an einer bestimmten Stelle. Dabei nimmt die Temperatur des Wasserfilmes in Richtung der Luftströmung ebenfalls zu. Auf diese Weise wird einem an der Seite des Lufteintrittes angebrachten becken das kälteste Wasser zufließen, das in den Öl- und Gaskühlern des Kraftwerkes verwendet werden kann. Deshalb wird Jener Teil des Wassersammelbeckens, dem das kälteste Wasser zufließt, gemäß der Erfindung durch eine Trennwand zwischen den Begrenzungswänden abgesondert und an die Saugleitung einer Speisepumpe, die das Wasser den öl- und Gaskühlern zuführt, angeschlossen. Diesbezüglich kann erwähnt werden, daß bei Anwendung der bekannten Luftkondensationsanlagen zur Wasserversorgung der öl- und Gaskühler eine besondere Kühlwasserquelle ver^erdet oder eine Rückkühlanlage mit einem Verdampfungswasserkühler gebaut werden muß.

Es ist auch bekannt, daß bei starkem Wind die Kühlung in den Wärmetauschern mit Kühl türmen mit natürlichem Zug stark abnimmt, was der Abnahme des Zuges zuzuschreiben ist. Dies kann dadurch vermieden werden, daß im Kühlturm eine Schraubenlinien- oder spiralförmige Luftströmung herbeigeführt wird. Zu diesem Zweck werden die sonst senkrechten Rippen der Wärmetauscher gemäß der Erfindung mit dem Radius des Kühlturmes mit natürlichem Zug einen Winkel einschließen. Es ist aber auch möglich, nach den Wärmetauschern, d.h. stromabwärts von denselben Luftströmungslenker einzubauen, weiche die Luft in eine spiralenartige Bewegung versetzen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, welche verschiedene Ausführungsbeispie-Ie der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung darstellen.

Fig. 1 zeigt dabei die prinzipielle Schaltung der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung.

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit in perspektivischer Darstellung.

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3 η <\ a 1 η / η ? u 3

Pig. 3 stellt versch.ied.ene Schnitte einer Einzelheit dar.

E¹Ig. 4 ist der Querschnitt einer Einzelheit eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Gleiche Bezugszeichen weisen in den Zeichnungen auf ähnliche Einzelheiten hin.

Wie aus E¹Xg. 1 hervorgeht, ist einer Dampfturbine 1 ein Mischkondensator 2 zugeordnet, der über eine Umwälzpumpe 3 in einer leitung 9 mit luftbetriebenen Oberflächen-wärmetauschern 4 verbunden ist. Die Wärmetauscher 4 sind in der LuftzuführÖffnung eines Kühlturmes 8 angebracht. Unt rhalb der Wärmetauscher 4 sind Wassersammelbecken 6.angeordnet, die über.eine ^eitung 10 mit einem öl- und Gaskühler 12 verbunden sind.

In der leitung 10 ist eine Umwälzpumpe 7 vorgesehen, de dazu dient, oberhalb der Wärmetauscher 4 vorgesehene Wasserverteiler 5 mit Wasser zu versorgen. Eine weitere Förderpumpe 11 dient zur Wasserversorgung des Öl- und Gaskühlers 12.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kondensafcionseinrichtung arbeitet wie folgt:

Der Abdampf der Turbine 1 strömt dem Mischkondensator 2 zu. Hier wird der Abdampf durch über die leitung 9 'und. das nichtbezeichnete Regelorgan zufließendes eingespritztes Kondensat kondensiert und durch die Umwälzpumpe 3 üher den unteren Strang der leitung 9 zu den luftgekühlten Oberflächenwärmetauschern 4 befördert« Das warme Kondensat fließt durch die Rohre der Wärmetauscher 4 und kehrt dann über den oberen Strang der ^eitung 9 und das nichtbezeichnete Regelorgan in den Mischkondensator 2 zurück, wo das abgekühlte Kondensat in den zuströmenden Abdampf gespritzt wird, aus welchem dann ein warmes Kondensat entsteht, das wieder den Wärmetauschern 4 zugeführt wird«, Ist nun die Außentemperatur so hoch, daß die Luft— strömung über den Kühlturm 8 mit natürlichem Zug oder Lüfter-

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betrieb nicht mehr genügt, das in den Wärmetauscher 4 umlaufende Kondensat entsprechend abzukühlen, wird die Umwälzpumpe 7 angelassen, so daß Wasser aus dem Wassersammelbecken 6 über die leitung 10 den Wasserverteilern 5 zügeführt wird, welche die Oberflächenwärmetauscher . 4 begießen. Das an den in Fig. 1 nicht dargestellten Rippen herabfließende Wasser sammelt sich in den Wassersammelbecken 6 an, wobei die Oberflächenwärmetauscher 4 durch das abfließende Wasser zusätzlich gekühlt werden.

Die Förderpumpe 11 liefert Wasser aus den Wassersammelbecken 6 in den Öl- und Gaskühler 12, von wo das Wasser ebenfalls den Wasserverteilern 5 zufließt, wie dies durch die in Fig. 1 eingezeichneten Pfeile angedeutet ist.

In Fig. 2 ist ein Teil eines Oberflächenwärmetauschers 4 perspektivisch dargestellt. Wie ersichtlich, tragen die Rohre des Wärmetauschers 4 Rippen, die senkrecht angeordnet sind. Die Wasserverteiler 5 sind mit Berieselungsköpfen 13 ausgestattet. Schutzplatten 14 verhindern, daß Wassertropfen oberhalb des eigentlichen Wärmetauschers 4 durch den Luftstrom mitgerissen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Schutzplatten 14 den Strömungsweg der Kühlluft an der gewünschten Stelle unterbrechen. Ähnliche Schutzplatten 15 sind unten unterhalb der Wärmetauscher 4 im Wassersammelbecken 6 vorgesehen, ^as kälteste Wasser sammelt sich in einem Raum 16 zwischen Beckenwand und einer Trennwand 15 an.

Die Stromiingsluft wird durch Schutzplatten 17 an einer Durchströmung unterhalb des Wärmetauschers 4 verhindert .

Die Wirkungsweise des dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kondensationt'einrichtung geht aus Fig. 2 einfach hervor:

Das Kondensat fließt über die waagerechten Rohre des Wärmetauschers 4, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Dabei tritt aus dem Wasserverteiler 5 üher die Berieselungs-

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kopie 13 Wasser aus, dap die vertikalen Rippen an den waagerechten Rohren benetzt. Das abriegelnde Waο3er erreicht in J¹U-ITH eines dünnen Wascerfilms den Waßsersamraelbecken 6, wobei das kälteste Wasser sich, im Raum 16 ansammelt, da die Rohre an dieser Seibe des Wärme tauo ehe rs bereits abgekühltes Kondensat leiten, so daß die in Richtung des Pfeiles eintretende kalte Luft nur gering erwärmt wird und das abfließende' Wasser die geringste Menge an Wärme z\i entführen hat,

In Fig. 3 sind viaagerechte Schnitte des Wärmetauschers 4- in verschiedenen Höhen desselben dargestellt. Mit 18 ist ein Behälter bezeichnet, der mit dem Wassersammelbecken 6 verbunden ist. Die Leimung 10 führt aus dem Behälter 18 zu einer kreisförmigen Verteilerleitung 2O₁ die ihrerseits über

^tj Regelorgane 21 mit den Wasserverteilern 5 verbunden ist.

Eine Leitung 22 dient zum Verteilen des Kondensats, das über Verteilerrohre 25 den einzelnen Wärmetauschern 4- zufließt» ■ und über Abführrohre ?Λ und Abführleitung 25 entweicht.

Das dargestellte Au3führungsbei8piel der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung arbeitet wie folgt:

Das Kondensat fließt über die Leitung 9 zu, wie dies auch in Fig. 1 dargestellt ist. Aus der Leitung 9 fließt das Kondensat der Verteilleitung 22 zu, aus der es über die Verteilerrohre 23 in die einseinen Wärmetauscher 4- gelangt, Ia den Rohren der Wärmet a\is eher 4 wird das warme Kondensat durch den durch Pfeile angedeuteten Luftstrom abg ekühlt und über die Abführrohre ?A und die Abführleitung 25 entladen. Aus der Abfuhrleitung 25 fließt das abgekühlte Kondensat über die Leitung 9 wieder den in Pig. 3 nicht dargestellten Mischkondensator 2 zu.

Anderseits befördert die Umwälzpumpe 7 Wasser axis dem Behälter 18 über die Leitung 10 und die Regelorgane 21 in die Wasserverteiler 5$ aus denen das Wasser über die in Fig. 3 nicht dargestellten Berieselung3köpfe 13 auf die Rippen der Wärmetauscher 4 gelangt. Das herabfließende

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Wasser sammelt sich in Wassersammelbecken 6 an, dessen Gestalt beim dargestellten Ausführungsbeispiel dem Profil der Wärmetauscher 4 folgt, wie dies aus dem rechten oberen Viertel der Fig. 3 hervorgeht. Aus dem Wassersammelbecken 6 gelangt das abriselnde Wasser wieder in den Behälter 18.

Die an den Anschlußstellen von Verteilerleitung 20 und Verteiler 5 vorgesehenen Regelorgane 21 können voneinander unabhängig eingestellt und geregelt werden, so daß die Heranziehung der Kühlung durch Wasser den jeweiligen Forderungen entsprechend eingestellt werden kann.

Mit 19 sind Luftlenkplatten bezeichnet, durch welche die in der Pfeilrichtung eintretende Luft in spiral- bzw, schraubenliriienförmige Bewegung versetzt werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die senkrechten Rippen der Wärmetauscher 4- unter einem Winkel zur radialen Richtung des nicht dargestellten Kühlturmes angeordnet. Dies bedeutet, daß die spiral- bzw. schraubenlinienförmige Strömung der Luft ohne Lenkplatten 19 des früheren Ausführungsbeispiels bewirkb werden kann. Mit 26 sind Wände bezeichnet, welche eine Luftströmung zwischen benachbarten Wärmetauschern 4- verhindern.

Im obigen ist die Erfindung anhand von Kondensationseinrichtungen beschrieben worden, welche wasserdampfbetriebenen Turbinen zugeordnet waren. Es ist aber auch möglich, anstatt Wasserdampf den Dampf eines anderen Stoffes zu wählen, dessen Gefrierpunkt und Verdampfungstemperatur mit den üblichen Wetterverhältnissen in Einklang gebracht werden können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(\J Kondensationseinrichtung für Dampfturbinenkraftwerke, in welcher ein Mischkondensator, Oberflächenwärmetauscher und Luftzuführmittel zum Kühlen des Kondensats mittels Luft, Pumpe zum Befördern des Kondensats und eine Kondensatleitung zum Verbinden des Mischkondensators mit den Oberflächenwärmetauschern vorgesehen sind", dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächenwärmetauscher (4) mit senkrechten Kippen ausgestattet sind, über welchen eine ^egießungsanlage, zweckmäßig ein Verteiler

(5) mit Berieselungsköpfen (13) angeordnet ist, wobei unterhalb der Wärmetauscher ein Wassersammelbecken (6) liegt, der mit der Saugleitung einer Umwälzpumpe (7) verbunden ist, deren Druckleitung sich an die Begießungsanlage (5* 13) anschließt.
2. Kondensationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Begießungsanlage (5j 13) unterteilt ist, wobei an den Anschlußstellen der zu den Teilen führenden Zuleitungen (20) Regelorgane (21) vorgesehen sind_r welche in Abhängigkeit von der Temperatur des Kondensates oder dem im Kondensator (2) der Turbine (1) herrschenden Druck den Wasserzufluß einschalten oder unterbrechen,
3. Kondensationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Wassersammelbecken (6) entlang der Begrenzungswände eine Trennwand (15) zum Absondern eines Raumes (15) des Wassersammelbeckens an der Lufteintrittsseite des Wärmetauschers (4) vorgesehen ist, wobei der abgesonderte Raum (15) über mit der Saugleitung einer Umwälzpumpe v) verbunden ist, deren Druckleitung an Hilfseinrichtungen des Kraftwerkes, wie öl- oder Gaskühler (12) angeschlossen ist.
4. Kondensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3i für Kühltürme mit natürlichem Zug, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen der Wärme-

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tauscher (4) unter einem Winkel zum Turmhalbmesser angeordnet bzw. Luftlenkplatten (19) stromabwärts von den Wärmetauschern (4) hinter diesen angeordnet sind.

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