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Die Erfinaung bezieht sich auf einen Dampfkreis und ins-
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besondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kondensatreinigung.
Der Ausdruck "Reinigung" soll dabei die Beseitigung, Reduktion oder Neutralisation
jedes unerwunschten Inhalts in dem Kondensat z.B. durch Entmineralisierung, Filtration
oder Sterilisation zur Beseitigung von Keimen entweder einzeln oder in Kombination
umfassen.
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Viele übliche Kondensatentminerali sierungsvorrichtungen mit voller
Strömung in Nuklear- oder anderen Kraftwerk kreisen sind im dem Speisewassersystem
in Strömungsrichtung unterhalb der Hauptkondensatpumpe in Reihe geschaltet. Diese
Entmineralisierungsvorrichtungen sind daher fUr den maximalen Systemdruck entworfen,
der üblicherweise 35 bis 42 kg/cm2 beträgt, wobei der normale Betriebsdruck etwa
35 kg/cm2 betragt. Wenn die Entmineralisierungsvorrichtungen in solch einem System
aus hetrieblichen Gründen überbrückt werden, kann die sich ergebende Verringerung
des Druckes gegenüber der Kondensatpumpe das Pumpensystem stören und dadurch den
Leistungswirkungsgrad des Kraftwerks selbst dann verringern, wenn beim Nebenschlußbetrieb
urosselsteuerungen verwendet werden. In Reihe geschaltete #ntmineralisierungsvorrichtungen
haben keine Möglichkeit zur Umwälzung und bieten auch nicht die Kapazität, die bei
einem übermäßigen Kondensatorverlust oder einem übermäßigen Mineralgehalt im Wasser
notwendig ist, um die Entmineralisierungsvorrichtungen zur Reinigung zu verwenden,
so daß in diesen Fällen die Anlage abgeschaltet werden muß.
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Das Nebenstrom-Kondensatentmineralisierungssystem der Erfindung kann
ein Kondensat mit hohem Mineralgehalt verarbeiten und bietet zusätzliche Vorteile.
Die Erfindung ermöglicht die Überbrückung der Entmineralisierungsvorrichtungen,
wenn dies aus betrieblichen Gründen erwünscht
ist, ohne das Pumpensystem
zu stören. Die vorliegende Konstruktion schaftt auch die Kapazität zur Bewältigung
eines übermäßigen Kondensatverlusts und übermäßigen Kondensatmineralgehalts in einem
Kondensator, der einen Teil eines Systems mit mehreren Kondensatoren darstellt,
die alle mit den Entmineralisierungsvorrichtungen verbunden sind. Dabei kann ein
leckender Kondensator allein von allen Entmineralisierungsvorrichtungen bedient
werden.
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Diese Vorteile werden dadurch erreicht, daß die Entmineralisierungsvorrichtungen
in dem Kondensatorkreis in Strömungsrichtung oberhalb der Hauptkondensatpumpe angeordnet
werden. Wenn keine Entmineralisierung erforderlich ist, können die Entmineralisierungsvorrichtungen
ohne Beeinträchtigung des Pumpensystems überbrückt werden, da der stromaufwärtige
Nebenschluß zu den Entmineralisierungsvorrichtungen den Förderdruck der Kondensatpumpe
nicht beeinflussen.
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Bei normalem Betrieb wird üblicherweise der gesamte Kondensatstrom
aufgenommen und an den Ausguß des Hauptkondensators abgegeben, der für den Betrieb
in dem Dampfkreis bereit ist. Wenn jedoch der Mineralgehalt nach dem Durchgang durch
die Entmineralisierungsvorrichtungen nocn zu hoch ist, kann das Wasser über den
Hauptkondensator umgewälzt werden, bis tolerierbare Werte erreicht sind, bevor das
Kondensat in den Ausguß des Hauptkondensators und dann zu der Kondensatpumpe geleitet
wird, so daß eine Abschaltung der Anlage vermieden wird.
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Weitere Eigenschaften des Nebenstromsystems bestehen darin, daß es
bei niedrigen Drücken von etwa 3,5 bis 7 kg/cm3 bei Verwendung der Nebenstrornkondensatpumpe
und bei relativ niedrigen Temperaturen von weniger als etwa 57 0C arbeiten kann,
daß sich das behandelte Wasser in Strömungsrichtung oberhalb des Ausgusses befindet
und in dem Kondensatorausguß
noch nicht vorgewärmt wurde, wo für
solch eine Wiederaufwärmung Vorkehrung getroffen ist. Diese Eigenschaften bewirken
beträchtliche Kostenverringerungen in dem Entmineralisierungssystem und den hierfür
erforderlichen Harzen.
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Der dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung am nächsten kommende
Stand der Tecnnik ist ein Nebenschlußwasserbehandlungssystem, wie es in ~.Electrical
World", 2. Juli 1959, Seiten 18, 26 und 31, beschrieben ist.
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Diese Anlage ist im wesentlichen für Undichtigkeiten (tube-to-tube
sheet joint weepage") konstruiert. Diese Anlage hat einige erhebliche betriebliche
Probleme, die mit denen üblicher Reihen-Entmineralisierungsvorrichtunqen mit voller
Strömung gemeinsam sind. Bei dieser Konstruktion wird ein Rohrbruch an der Kondensatorausgußpumpe
ermittelt. Dies ist jedoch zu spät, um eine stromabwärtige Verunreinigung zu verhindern.
Gemäß der Erfindung kann eine Verunreinigung durch eine Probenentnahme in Strömungs
richtung oberhalb einer horizontalen Zwischenwand in dem Hauptkondensator ermittelt
werden, bevor das Kondensat an die Kondensatorausgüsse abgegeben wird. Außerdem
können beider bekannten Konstruktion im Falle eines Rohrbruches und einer Umschaltung
auf das Nebenstromsystem die Pumpen der Entmineralisierungsvorrichtungen nicht mehr
länger überbrückt werden, sondern müssen in Reihe zu der Rondensatpumpe verwendet
werden. Dies führt dann zu einem Reihenschaltungssystem, bei dem die Pumpen der
Entmineralisierungsvorrichtung über die Saugwirkung der Kondensatorausgußpuapen
ihre Pumpwirkung ausüben. Aus praktischen Gründen ergeben sich daher die gleichen
Nachteile wie bei der üblichen Entmineralisierungsanordnung mit Reihenschaltung.
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Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zur Kondensatreinigung
wie Entmineralisierung, Filtration oder Sterilisation für ein Kraftwerk, das wenigstens
einen
Hauptkondensator mit einem Ausgußraum als Teil des na-rfkreises
aufweist, wobei der Kondensator xfor. einem T:.r#cgenerator Dampf aufnimmt und der
Ausgußravm auf eine Hauptkondensatpumpe arbeitet. Die Reinigung des xend.er.-sats
wird unter Anwendung eines Nebenstrom-Entmineralisierungssystems durchgeführt. Hierzu
ist eine Zwischenwand vorgesehen, die in dem Hauptkonaensator angeordnet ist und
einen stromaufwärtigen Teil des Kondensators auf der einen Seite der Zwischenwand
und einen stromabwärtigen Teil des Kondensators auf der anderen Seite der Zwischenwand
begrenzt. Der Kondensatorausgußraum liegt auf der stromabwärtigen Seite der Zwischenwand.
Ein Kanal durchsetzt die Zwischenwand für den Durchgang von Strömungsmittel zu dem
Ausgußraum. Der Kanal hat einen Über lauf auf der stromaufwärtigen Seite der Zwischenwand,
um zu verhindern, daß Strömungsmittel des dadurch gebildeten Strömungsmittelbeckens
durch den Kanal fließt. Ein Wasserreinigungsgerät mit Entmineralisierungseinrichtungen
ist gesondert vom Kondensator angeordnet. Eine erste Leitung verbindet das Strömungsmittelbecken
mit dem Reinigungsgerät. Eine Pumpe ist für den Strömungsmitteldurchgang durch das
Reinigungsgerät in die erste Leitung geschaltet. Eine zweite Pumpe verbindet das
Wasserreinigungsgerät mit dem Strönungsmittelbecken, um Wasser zur weiteren Reinigung
zu dem Strömungsmittelbecken zurückzuleiten. Eine dritte Pumpe verbindet das Reinigungsgerät
mit der stromabwärtigen Seite der Zwischenwand, so daß das Kondensatwasser den Ausgußraum
erreichen kann. Gewünschtenfalls kann das Kondensat wieder erwärmt werden, während
es zu dem Ausgußraum strömt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 beispielsweise
erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Dampfkreis mit einem einzigen Kondensator und
einem Nebenstromsystem, und Fig. 2 einen Teil des Gesamtkreises mit mehreren Kondensatoren,
die zur Anwendung des Nebenstromsystems geschaltet sin+(
Fig. 1
zeigt einen Dampfzyklus für ein Kraftwerk, bei dem der Weg des Arbeitsströmungsmittels
eine Hauptkondensatpumpe 10 aufweist, die mit mehreren Niederdruck-Speisewassererhitzern
11 verbunden sind, die zu der Hauptspeisewasserpumpe 12 führen. Die Hauptspeisewasserpumpe
12 steht mit Hochdruck-Speisewassererhitzern 13 in Verbindung, von denen aus das
Speisewasser zu dem Dampfkessel 14 zurückgeleitet wird. Der Dampf des Kessels 14
betreibt einen Turbogenerator 15, von dem der Dampf zu dem Hauptkondensator 16 strömt.
Der Hauptkondensator 16 hat typischerweise einen Ausguß 17, an dem stromabwärtigen
Ende des Kondensators 16.
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Das vorhandene Nebenstromreinigungssystem enthält einen Teiler bzw.
eine horizontale Zwischenwand 18, die einen stromaufwärtigen Abschnitt 19 des Kondensators
16 und einen stromabwärtigen Abschnitt 20 begrenzt. Ein Kanal 21, der die Zwischenwand
18 durchsetzt, verbindet den stromaufwärtigen Abschnitt 19 und den stromabwärtigen
Abschnitt 20 des Kondensators 16. Die horizontale Zwischenwand 18 hat einen Überlauf
22 an dem Kanal 21, um ein Kondensatströmungsmittelbecken 23 auf der stromaufwärtigen
Seite der Zwischenwand 18 zurückzuhalten. Weiterhin ist ein Spritzblech 24 enthalten,
das über dem Kanal 21 und dem Überlauf 22 angeordnet ist, um zu verhindern, daß
Kondensat direkt durch den Kanal 21 gelangt und dadurch einen Aufenthalt in dem
Becken 23 zu verhindern.
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Ein Satz Wasserreinigungsvorrichtungen, üblicherweise ein Satz Kondensat-entmineralisierungsvorrichtungen
25, ist mit Abstand von dem Kondensator 16 angeordnet. Eine Leitung 26 verbindet
das Becken 23 und die Entmineralisierungsvorrichtungen 25 und hat eine Kondensatpumpe
27, um einen Strömungsmittelstrom durch die Leitung 26 und die Entmineralisierungsvorrichtungen
25 zu bewirken. Eine Leitung 28 nimmt entmineralisiertes Kondensat von den Entmineralisierungsvorrlchtungen
25 auf und fördert es
über eine Leitung 29 zum Becken 23 zurück.
Stattdessen kann das entmineralisierte Kondensat auch durch eine Leitung 30 strömen,
die mit der stromabwärtigen Seite der Zwischenwand 18 und dem Kondensat 31 in dem
Ausguß 17 verbunden ist. Ventile 32 bis 34 können den Strömungsmittelstrom durch
die Leitungen 26, 29 und 30 wahlweise durchlassen und unterbrechen.
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Wenn das Kraftwerk arbeitet, Jedoch keine Entmineralisierung des Kondensats
erforderlich ist, kann das Ventil 32 geschlossen und damit die Pumpe 27 abgeschaltet
werden, so daß das Kondensat im Becken 23 über den Uberlauf 22 fließt und direkt
in das Kondensatwasser 31 im Ausguß 17 gelangt, so daß es das Entmineralisierungssystem
vollständig umgeht. Wenn eine Entmineralisierung erwünscht ist, wird das Ventil
32 geöffnet und die Pumpe 27 eingeschaltet. Bei einer normalen Entmineralisierung
mit voller Strömung, bei der keine Rückführung erforderlich ist, ist das Ventil
33 geschlossen und das Ventil 34 ist offen, so daß entmineralisiertes Kondensat
zu dem Kondensat in dem Ausguß 17 gelangt.
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Beim Anfahren, bei einer Verunreinigung in einem Notfall oder wenn
eine weitere Entmineralisierung erforderlich ist, kann das Ventil 34 geschlossen
und das Ventil 33 geöffnet werden. Dadurch wird Kondensat aus dem Becken 23, das
durch die Leitung 26 und die Entmineralisierungsvorrichtungen 25 fließt, durch die
Leitung 29 zum Becken 23 zurückgeleitet. Diese Umwälzung kann fortgesetzt werden,
bis der Verunreinigungspegel im Strömungsmittel auf einem annehmbaren Wert ist.
Bei bestimmten Konstruktionen von Hauptkondensatoren, die in einem Dampfkreis verwendet
werden, ist zur Wiedererwärmung des Kondensats entweder dann, wenn es sich in dem
Ausguß befindet, oder wie dies eher üblich ist, auf seinem Weg zu dem Ausguß, Vorkehrung
getroffen. Bei solch einer Anlage wird das entmineralisierte
Kondensat,
das zu dem Hauptkondensator in der Leitung 30 zurückgeleitet wird, in den Hauptkondensator
an einer geeigneten Stelle eingeleitet, so daß das Kondensat durch die Wiedererwärmungszone
in dem Hauptkondensator gelangen kann. Z.B. könnte bei der Ausführungsform der Fig.
1 die Leitung 30 so angeordnet sein, daß das Kondensat in den Hauptkondensator an
einer Stelle über dem Kondensatwasser 31 eintreten könnte, so daß der Rückstrom
die Wiedererwärmungszone durchlaufen würde, bevor er das Kondensatwasser 30 erreicht.
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Bei einer typischen Anlage können drei Hauptkondensatoren in dem Dampfkreis
vorhanden sein, die von drei Niederdruckturbinenelementen der Hauptturbine Dampf
aufnehmen.
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Wenn ein übermäßiger Verlust in einem der Kondensatoren auftritt,
ermöglicht das Nebenflußsystem der Erfindung die Umleitung des gesamten Wassers
von dem leckenden Kondensator durch das Entmineralisierungssystem, während bei den
beiden richtig arbeitenden Kondensatoren ihr Kondensat direkt durch den Kanal in
ihren Zwischenwänden zu ihren Ausgüssen gelangt. Die gleiche Flexibilität ist beim
Anlaufen möglich. Eine zusätzliche Flexibilität kann man durch Einstellen von Ventilen
33 und 34 erreichen, um einen Teil der entmineralisierten Kondensate zurück zuleiten,
während ein Teil zu dem Ausguß 17 strömt.
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Die Ausführungsform der Fig. 2 zeigt die Art der Verbindung mehrerer
Hauptkondensatoren mit einem einzigen Entmineralisierungssystem. Hauptkondensatoren
100 und 101 sind mit Kondensatpumpen 102 und 103 verbunden, die einen Teil eines
Dampfkreises wie in Fig. 1 bilden.
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Üblicherweise werden in solch einem System drei Hauptkondensatoren
verwendet, obwohl das gleiche Prinzip auf jede beliebige gewünschte Anzahl von Hauptkondensatoren
anwendbar ist. Die Kondensatpumpe jedes Hauptkondensators wie die Pumpe 102 arbeitet
nomalerweise
auf Niederdruck-Speisewassererhitzer (nicht gezeigt),
und der Auslaß aller Erhitzer ist, wie in Fig. 1, für einen Strömungsfluß durch
den Rest des Systems ausgebildet.
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Bezüglich der Reinigung des Kondensats in den Hauptkondensatoren ist
bei 104 ein Satz Entmineralisierungsvorrichtungen gezeigt. Der Kondensator 100 ist
mit den Entmineralisierungsvorrichtungen 104 verbunden, und Kondensat wird durch
eine Kondensatpumpe 105 gepumpt.
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Das Kondensat in dem Hauptkondensator 101 ist in gleicher Weise mit
einer Kondensatpumpe 106 verbunden und wird durch diese zu Entmineralisierunasvorrichtungen
gepumpt. Bei einem übermäßigen Leck, wie zuvor erwähnt wurde, werden alle Ventile
wie das Ventil 107 an allen richtig arbeitenden Hauptkondensatoren geschlossen.
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Nimmt man an, daß ein Verunreinigungsproblem in dem Hauptkondensator
100 auftritt, dann wird das Ventil 108 geöffnet und das Kondensat in dem Hauptkondensator
100 wird durch die gesamte Entmineralisierungsvorrichtungen 104 gepumpt. Das Kondensat
kann, bis die Verunreinigung auf einen annehmbaren Wert verringert ist, durch Schließen
der Ventile 109-109e und Öffnen der Ventile 110-110e umgewälzt werden. Dagegen kann
das Kondensat zu dem Ausguß des Hauptkondensators 100 geleitet werden, wenn die
Umwälzung beendet werden soll oder nur ein einziger Durchgang durch die Entmineralisierungsvorrichtungen
104 gewünscht wird.
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Eine besondere Eigenschaft des Systems besteht darin, eine Verunreinigung
in einer vorherigen Stufe ermitteln zu können, bevor die Verunreinigung stromabwärts
fortschreitet. Die Verunreinigung kann ermittelt werden, wahrend das Kondensat im
Becken 23 auf der stromaufwärtigen Seite der Zwischenwand 18 ist. Wenn die Verunreinigung
festgestellt wird, kann das Kondensat durch die Leitung 26, die Entmineralisierungsvorrichtungen
25
und die Leitungen 28 und 29 umgewälzt werden, bis die Verunreinigung
ausreichend verringert worden ist. Zu heachten ist weiterhin, daß zu keiner Zeit
die Entmineralisierungskondensatpumpe 27 zu der Hauptkondensatpumpe 10 in Reihe
geschaltet ist. Folglich kann die Kondensatpumpe 27 für einen Betrieb bei einem
Druck von 7,0 kg/cm2 oder weniger entworfen sein.