DE2613835C3 - Kühlwasser verwendender Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, der mit Kühlwasser arbeitet und als solches insbesondere Meerwasser benützt.

In herkömmlichen Dampfkraftwerken und in Kernkraftwerken werden Dampfkondensatoren oder sonstige Wärmeaustauscher oft mit Meerwasser gekühlt, da es möglich ist, dieses in reichhaltigem MaQ zu benutzen. Da jedoch im Meerwasser in der Regel Fremdbestandteile wie Holzstücke, Plastikfolien, geschäumte Plastikteile, Quallen, Muscheln und Seetang und dergleichen enthalten sind, ist es sinnvoll, vor der Zulauföffnung ein Gitter vorzusehen. Werden derartige Maßnahmen nicht angewendet, dann wachsen Muscheln und Seetang an den Innenwänden des Einlaßrohres und auch an den Innenflächen der Kühlrohre des Wärmeaustauschers oder Kondensators, wodurch die Durchflußmenge an Kühlwasser verringert und häufig auch Korrosion und Undichtwerden der Leitungen und Rohre begünstigt wird.

Wenn außerdem die Muscheln und der Seetang sich von den Rohren ablösen, können diese verstopfen.

Zur Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, fortwährend oder auch in bestimmten Zeitabsuäiden Chlor in das Meerwasser auf der Einlaßseite der Pumpe

ίο für das Seewasser einzubringen, dadurch wird jedoch das Meerwasser in der Umgebung der Anlage verunreinigt, so daß wertvolles Plankton und Fische usw. dort aussterben. Eine solche Methode verbietet sich also.

Wenn kein Chlor verwendet wird, kann der Muschelbelag auf den Wänden des Einlaßrohres eine Dicke von 10 bis 20 cm erreichen, wodurrh die Strömungsmenge beträchtlich verringert wird. Außerdem sterben die Muscheln in der Unterschicht ab, da sie nicht genügend Sauerstoff erhalten, und lösen sich dann von der Leitungswand ab, wodurch das Einlaßrohr und auch die Kühlrohre des Wärmeaustauschers zugesetzt werden können. Damit wird die Leistung des Kraftwerkes geringer. Es wird deshalb häufig nötig, den Betrieb des Wärmeaustauschers zu unterbrechen und derartiges Wachstum und sonstige Ablagerungsstoffe zu beseitigen. Auch wenn ein Drahtnetz in die Einlaßkammer des Wärmeaustauschers eingesetzt wird, um Fremdpartikeln abzuhalten, wie dies z. B. in der Form eines Siebkorbfilters durch das DE-GM 70 01 311 bekannt ist bedeutet doch die Beseitigung der Schmutz- und Störteile vom Drahtnetz einen beträchtlichen Arbeitsaufwand.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen für die

Kühlung mit Meerwasser vorgesehenen und mit einem Sieb in der Einlaßkopfkammer ausgerüsteten Wärmeaustauscher so zu gestalten, daß die am Sieb abgeschiedenen Fremdkörper ohne Unterbrechung des Betriebs des Wärmeaustauschers vom Sieb gelöst und nach außen abgegeben werden können.

Die Erfindung geht dabei aus von einem Wärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Innere des Siebes mit seinem Einlaßende mit dem Einlaßrohr verbunden ist, daß ein Beipaßrohr zwischen dem anderen Ende des zylindrischen Siebinnenraums und dem Auslaßrohr eingefügt ist, daß eine an sich bekannte Drosselklappe zur Erzeugung einer turbulenten Strömung im Sieb für das Ablösen von im

so sieb verfangenen Fremdkörpern und deren Ausspülen durch das Beipaßrohr vorhanden sind, wobei die Drosselklappe stromauf vom Sieb angeordnet und im Normalbetrieb vollständig geöffnet und zur Erzeugung der turbulenten Strömung zum Teil geschlossen ist, und daß ein zweites Beipaßrohr vorgesehen ist, das die Drosselklappe umgeh! und am Mantel des zylindrischen Siebes in dieses tangential einmündet.

Die turbulente Strömung wird dabei durch teilweises Öffnen oder Schließen der Drosselklappe im Einlaßrohr hervorgerufen. Wenn die Drosselklappe vollständig geöffnet ist, entsteht keine turbulente Strömung und dann auch kein nennenswerter Druckabfall. Trotzdem entsteht aber im Siebinnenraum eine zumindest kleinere Fremdkörper vom Sieb ablösende Drallströmung, und zwar aufgrund der vom die Drosselklappe umgehenden Beipaßrohr tangential zugeführten Wasser-Teilmenge. Wird die Drosselklappe in Schließrichtung verstellt, dann ergibt sich eine turbulente Strömung, die um so

stärker ist, je weiter die Drosselklappe aus der Offenstellung verschwenkt ist. Durch die Verstellung der Drosselklappe wird aber auch die Strömung durch das die Drosselplatte umgehende Bejpaßrohr verstärkt, Die kombinierte Wirkung von turbulenter Strömung bewirkt durch die Drossselklappe - und Drallströmung - bewirkt durch das tangential einmündende Beipaßrohr — führen dazu, daß auch schwierig zu entfernende Verunreinigungen, wie etwa Muscheln oder Seetang, vom Sieb abgelöst und abgeführt werden können. ι ο

Es waren zwar bereits Abscheider für Feststoffe aus Flüssigkeiten bekannt, etwa aus der DE-PS 12 98 506, der DE-OS 20 63 890, der DE-AS 20 63 891 und der DE-OS 20 63 892, bei denen eine tangential zugeführte Spülflüssigkeit zur Reinigung eines Siebes von Fremdstoffen herangezogen wird. Dabei ist jedoch eine gesondert? Spülflüssigkeitsquelle erforderlich und darüber hinaus gewährleisten die bekannten Vorrichtungen keine über die gesamte Siebfläche verlaufende Turbulenzströmung. Aus der DE-OS 22 02 759 war es darüber hinaus bekannt, am Einlaß des Siebes einer Vorrichtung zum Abscheiden von Feststoffen aus Flüssigkeiten eine Drosselklappe vorzusehen. Abgesehen davon, daO diese vorbekannte Vorrichtung nicht für Wärmeaustauscher der hier interessierenden Art vorgesehen ist, fehlt bei dieser Vorveröffentlichung ein die Drosselklappe umgehendes und tangential in das Innere mündendes Beipaßrohr, so daß — bei einer Übertragung auf einen Wärmeaustauscher — schwierig zu entfernende Fremdstoffe, wie sie im Meerwasser vorkommen, nicht vom M Sieb abgelöst werden könnten.

Die Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine diagrammartige Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der Erfindung während des Reinigungsbetriebs,

. F i g. 2 und 3 perspektivische Ansichten verschiedener Siebformen,

F i g. 4a eine perspektivische Ansicht der Siebvorrichtung und

Fig.4b einen Schnitt vertikaler Draufsicht auf das Sieb der Anlage nach F i g. 1 bei wirbelndem Wasserstrom.

F i g. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem der Wärmeaustauscher den Kondensator 20 einer Dampfturbine darstellt Der Kondensator 20 ist mit einander gegenüberliegenden Kopfplatten 22 versehen, von denen die eine die Einlaßkopfkammer 23 und die andere die Auslaßkammer 24 begrenzt, und besitzt eine Vielzahl von Kühlrohren 25, die sich so zwischen den Kopfplatten erstrecken. Das Meerwassereinlaßrohr 26, mit einer Drosselklappe 27, ist an das untere Ende der Einlaßkopfkammer 23 angeschlossen. Ein Auslaßrohr 28 ähnlicher form mit einer Klappe 21 ist an das untere Ende der Auslaßsammeikammer 24 angeschlossen.

Ein zylindrisches Sieb 29 aus Drahtnetz befindet sich in der Einlaßkopfkammer 23 und steht mit seinem unteren Ende mit dem Einlaßrohr 26 in Verbindung, wobei zwischen dem Sieb und der Kopfplatte 22 des Kondensators ein beträchtlicher Abstand verbleibt. Das Sieb 29 besteht aus einem Drahtgewebe aus Metall oder einem nichtmetallischen Werkstoff oder aus einer perforierten Platte, die gegenüber Meerwasser korrosionsfest ist, und die Größe der Maschen oder der Durchmesser der Perforation ist kleiner als der Innendurchmesser der Kühifohre 25. Der Siebhauptkörper ist zylindrisch, während sein oberes Ende kegelstumpfförmig verläuft und über ein Beipaßrohr 30, das dicht schlieCend in die Deckwand der Einlaßkopfkammer 23 eingelassen ist, an das Auslaßrohr 28 angeschlossen ist Ein Drosselklappenventil 31 befindet sich im Beipaßrohr 30 nahe der Kopfkammer, und außerdem ist ein weiteres Drosselklappenventil 32 am Beipaßrohrende nahe dem Auslaßrohr 28 angeordnet

Weiterhin ist ein zweites Beipaßrohr 33 vorgesehen, welches die Drosselplatte 27 umgeht und mit seinem oberen Ende etwa in der Mitte des Siebes 29 tangential in dieses mündet, wie dies insbesondere die F i g. 4a und 4b erkennen lassen.

Das Sieb 29 kann ein zylindrischer Körper ohne Kegelstumpfteil sein, wie es die F i g. 2 wiedergibt oder auch ein zylindrischer Körper, der eine tangentiale Beipaßrohrstrecke 50 aufweist welche einen wirbelnden Strom des Kühlwassers erzeugt; diese Ausführung ist in Fig.3 dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist dabei in den F i g. 2 und 3 das zweite Beipaßrohr 33 weggelassen.

Die Drosselklappe 27 ist so gebaut daß sie zum Teil oder vollständig den Kühlwasserstrom durch das Einlaßrohr 26 zu unterbrechen vermag.

Im Normalbetrieb sind die Drosselklappenventile 31 und 32 :hi Beipaßrohr 30 geschlossen, während die Drosselklappe 27 vollständig geöffnet ist Unter diesen Bedingungen strömt das Kühlwasser in gerader Linie, so daß an der Drosselklappe 27 praktisch kein Druckabfall auftritt so daß auch praktisch kein Wasser durch das zweite Beipaßrohr 33 strömt, mit der Folge, daß im Sieb auch keine Wirbelströmung entsteht und das Sieb die Fremdkörper fängt

Um die angesammelten Fremdkörper abzulösen, werden die Drosselklappenventile 31 und 32 im Beipaßrohr 30 voll geöffnei, welcher Zustand in F i g. 1 dargestellt ist, damit ein Teil des Kühlwassers (vorzugsweise etwa 10% des durch das Einlaßrohr 26 zuströmenden Kühlwassers) hindurchströmen kann. Außerdem wird die Drosselklappe 27 zum Teil geschlossen, wodurch dann eine turbulente Strömung entsieht und damit ein Druckabfall, durch den ein Teil des Kühlwassers durch das zweite Beipaßrohr 33 strömt und damit eine Wirbelströmung im Sieb hervorruft, wie in F i g. 1 angedeutet. Diese Wirbelströmung wirkt mit der turbulenten Strömung zusammen und beseitigt auf der Innenfläche des Siebes 29 die Fremdkörper. Die abgelösten Teile fließen durch das. Beipaßrohr 30 in das Auslaßrohr 28.

Durch die kegelstumpfförmige Ausbildung des Siebes wird die Wirksamkeit, beim Ablösen und während des Ausströmens in das Beipaßrohr erhöht. Insbesondere ergibt sich eine glattere Strömung des Kühlwassers in das Beipa3rohr hinein, was wegen der Verringerung des Radius der Wirbelströmung in diesem Bereich eine Geschwindigkeitserhbhung beim Ausströmen mit sich bringt

Es versteht sich, daß hierbei der Betrieb des Wärmeaustauschers und damit der gesamten Anlage fortgesetzt werden kann, da nur ein kleiner Teil des Kühlwassers durch die Beipaßleitung um den Wärmeaustauscher herumfließt, und daß die Beseitigung der Fremdkörper auf einfache Weise durch das Betätigen der Drosselklappen 27,31 und 32 vorgenommen werden kann.

Obgleich die Häufigkeit des Reinigungsvorgangs davon abhängt, wo die Anlage steht, sowie von der Jahreszeit, kann festgestellt werden, daß pro Tag ein oder zwei Reinigungsvorgänge ausreichen. Dieser

Reinigungsbetrieb kann auch automatisch durchgeführt werden, indem Fühleinvichtungen eingesetzt werden, die das Zusetzen des Siebes feststellen, beispielsweise Meßgeräte, die den Druckabfall am Sieb feststellen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung fließt während des Normalbetriebs das Kühlwasser durch das Einlaßrohr 26, die Einlaßkopfkammer 23, die Kühlrohre 25, die Auslaßsammeikammer 24 und das Auslaßrohr 28. Es ist jedoch durch geeignete, nicht zeichnerisch dargestellte Umschaltventile auch möglich, den Kühlwasserstrom in der entgegengesetzten Richtung zu leiten. Ein derartiger umgekehrter Strom kann zu dem, an Filtern allgemein bekannten, Rückspülwaschen des Siebes verwendet werden. Dieser Rückspülvorgang dient wirksam dazu, den ursprünglichen Kühlwasserdurchsatz des Siebes und des Wärmeaustauschers wieder herzustellen, und kann in Kombination mit der Erfindun^a ein¹*???*?*, werden. Eine der^riiirp Kombination ist von Vorteil, da Fremdkörper, die allein mit der turbulenten Strömung nicht beseitigt werden können, mit Hilfe des Rückspulens abgelöst werden.

Es konnte festgestellt werden, daß gute Ergebnisse erzielt werden, wenn das Verhältnis zwischen Durchmesser des EinlaBrohrs 26 und Durchmesser des zweiten Beipaßrohres 33 1 :4 beträgt und dabei das Verhältnis der Strömungsmengen im Bereich von 1 : 60 bis 1 : 100 liegt.

In gleicher Weise, wie an früherer Stelle beschrieben, ist auch hier ein Rückspülbetrieb möglich.

Die Erfindung hat die folgenden Vorteile:

1. können die im Sieb aufgefangenen Fremdkörper ohne Betriebsunterbrechung des Wärmeaustauschers durch einfaches Betätigen von Ventilen oder Drosselklappen beseitigt werden. Damit können die Wirksamkeit und die Lebensdauer des Wärmeaustauschers erhöht werden.

2. Während des Normalbetriebs ist die Drosselklappe im Einlaßrohr voll geöffnet, so daß der Druckabfall daran so klein wie nur irgend möglich ist und keine nennenswerte Turbulenz in der Strömung auftritt, was Erosionserscheinungen an der Kopfplatte und an den Einlaßöffnungen der Kühlrohre verhindert.

3. Der Wärmeaustauscher kann leicht so modifiziert werden, daü auch ein kucksptiibetrieb möglich isi.

4. Die Erfindung ist besonders für Wärmeaustauscher oder Kondensatoren geeignet, die eine große Menge Meerwasser durchsetzen.

Sollte die Erwärmung des Meerwassers durch den Wärmeaustauscher die küstennahe Fischerei beeinflussen. so könnte das Beipaßrohr 30 dazu verwendet werden, dem warmen Wasser am Ausgang des Wärme?ystauschers kaltes Meerwasser beizumischen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Wärmeaustauscher, der eine Einlaßkopfkammer besitzt sowie eine Auslaßsammelkammer, eine Vielzahl von Kühlrohren, die zwischen der Einlaßkopfkammer und der Auslaßsammelkammer verlaufen, ein Einlaßrohr, das mit der Einlaßkopfkammer verbunden ist, und ein Auslaßrohr in Verbindung mit der Auslaßsammelkammer, und in welchem Kühlwasser durch das Einlaßrohr zur Einlaßkopfkammer, durch die Kühlrohre und die Auslaßsammelkammer zum Auslaßrohr strömt, wobei in die Einlaßkopfkammer ein zylindrisches Sieb eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Siebes (29) mit seinem Einlaßende mit dem Einlaßrohr (26) verbunden ist, daß ein Beipaßrohr (30) zwischen dem anderen Ende des zylindrischen Siebinnenraums und dem Auslaßrohr (28) eingefügt ist, daß eine sn sich bekannte Drosselplatte (27) zur Erzeugung einer turbulenten Strömung im Sieb für das Ablösen von im Sieb verfangenen Fremdkörpern und deren Ausspulen durch das Beipaßrohr (30) vorhanden sind, wobei die Drosselklappe (27) stromauf vom Sieb (29) angeordnet und im Normalbetrieb vollständig geöffnet und zur Erzeugung der turbulenten Strömung zum Teil geschlossen ist, und daß ein zweites Beipaßrohr (33) vorgesehen ist, das die Drosselklappe (27) umgeht und am Mantel des zylindrischen Siebes (29) in dieses tangential einmündet

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Erzeugung der turbulenten Strömung <-sie Beipaßstrecke (50) vorgesehen ist, die an das andere Ende des zylindrischen Siebes in tangentialer Richtung angeschlossen ist

3. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spülen des Siebes (29) zusätzlich Einrichtungen für ein an sich bekanntes Rückspülen des Siebes, unter Aufrechterhaltung des Kühlbetriebs, vorgesehen sind.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Sieb (29) an seinem anderen Ende zusätzlich einen kegelförmigen Auslaßbereich aufweist.