DE3106973C2

DE3106973C2 - Luftgekühlte Kondensationsanlage

Info

Publication number: DE3106973C2
Application number: DE19813106973
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Schrey
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1985-03-07
Also published as: DE3106973A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kondensation von Dampf, insbesondere Wasserdampf, mit Inertgaseinschlüssen mittels Kühlluft, wobei der Dampf in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, die kühlluftseitig sowohl parallel zueinander als auch hintereinander liegen, jeder Teilstrom des Dampfes zuerst im Gleichstrom und anschließend im Gegenstrom zum Kondensat strömt und wobei die Kühlluft für die im Gegenstrom zum Kondensat strömenden Teilströme des Dampfes durch den Dampf vorgewärmt wird. Um ein Vorwärmen der Kühlluft für die dephlegmatorisch geschalteten Wärmeaus tauschelemente zwecks Vermeidung der Einfriergefahr und Reifbildung zu erzielen, ohne daß eine ins Gewicht fallende Erhöhung der kondensatorisch und dephlegmatorisch geschalteten Wärmeübergangsfläche und/oder eine Veränderung des Verhältnisses zwischen diesen unterschiedlich geschalteten Wärmeübergangsflächen erforderlich sind, wird die Kühlluft für die im Gegenstrom zum Kondensat strömenden Teilströme des Dampfes durch die bei der Kondensation eines im geschlossenen System befindlichen Wärmeträgers abgegebene Wärme vorgewärmt, welche dem Dampf vorher zur Verdampfung des Wärmeträgers entzogen worden ist. Weiterhin wird eine zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte luftgekühlte Kondensationsanlage vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte Kondcnsalionsanlage zur Kondensation von Dampf, insbesondere Wasserdampf, mit Incrtgascinschlüssen mit von der Kühlluft weitgehend parallel angeströmten Wärnieaustuuschclenientcn, die jeweils zwischen endseitigcn Verteiler- bzw. Sammelkammern sich in mehreren kühlluftseitig hintereinanderliegenden Reihen erstreckende Rippenrohrc aufweisen und die dampfscilig derart geschaltet sind, daß der Dampf zunächst durch kondensalorische Wärmeaustauschelcmcnte und anschließend durch mindestens ein dephlegmatorisch betriebenes, mit durch den Dampf vorgewärmter Kühlluft beaufschlagtes Wärmeaustauschelcmeni geführt ist.

Eine luftgekühlte Kondensationsanlage der voranstehend beschriebenen Art ist aus der DE-OS 28 00 287 bekannt. Bei dieser bekannten Anlage erfolgt die Vorwärmung der den dephlegmatorisch geschalteten Wärmeaustauschelementen geführten Kühlluft miliels einer luftscitig vorgeschalteten Kondensalorreihe. Dies hat den Nachteil, daß die Vergrößerung der kondensatorisch geschalteten Wärmcauslauschflächc eine relative Verkleinerung der dephlcgmatoriseh geschalteten Wärmcaustauschflächc zur Folge hat und daß außerdem für die dephlegmatorisch geschalteten Wärmcaustausehflächen eine kleinere Temperaturdifferenz zur Verfügung sieht, weshalb diese dephlegmatorisch geschalteten Wärmcaustauschfläehen eine geringere Absaugwirkung für die kondensatorisch geschalteten Wänneausluuschflächcn erzielen. Da etwa 20 bis 40% der Dampfmenge in dephlegmutoriseh geschalteten Wärincauslauschelenienien kondensiert werden müssen, ist es bei ^r, der bekannten Kondensationsanlage deshalb erforderlich, das Verhältnis von deplilegmatorisch zu kondcnsatorisch geschalteten Wärmeausiauschclcmentcn zu erhöhen, woraus eine Steigerung des Aufwandes an Wärmcaustauschflächc resultiert, da Dephlegmator-EIe-

in menle einen schlechteren Kondcnsalionswirkungsgrad aufweisen als Kondensator Eleinenle.

Hin weiterer Nachteil der bekannten luftgekühlten Kondcnsalionsanlagc ist darin zu sehen, daß der zu kühlende Dampf vor dem Eintritt in die Wärmeauslauseh-

Ii fläche in einem vorgegebenen Verhältnis zwischen dem dem dephlegmalorisch betriebenen Wärmeaustauschelcmcnt dampfscilig vorgeschalteten und dem dem dephlegmalorisch betriebenen Wärmcaustauschclemcnt luftseitig vorgeschalteten, jeweils kondensatorisch betriebenen Wärmcauslauschelcment aufgeteilt werden muß. woraus Schwierigkeiten bei der Strömungsverteilung auftreten, da die Anlage auch mit wechseln der Last betrieben werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer

2^r> luftgekühlten Kondcnsalionsanlagc der eingangs beschriebenen ArI, ein Vorwärmen der Kühlluft für die dephlegmatorisch geschalteten Wärmeauslauschelcmenfe. zwecks Vermeiden der Einfriergcfahr und Reifbildung, zu erzielen, ohne daß eine ins Gewicht fallende

«ι Erhöhung der kondensatorisch und dephlegmalorisch geschalleten Wärmeübergangsfläche und/oder eine Veränderung des Verhältnisses zwischen diesen unterschiedlich geschalteten Wämicübcrgangsflächen erforderlich sind.

r> Die Lösung dieser Aufgabenstellung dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die kühlluftseilig erste Reihe der dephlegmatorisch wirkenden Wärnieausiausehclemenie durch eine Reihe von Wärmeroh'en gebildet ist. deren Verdanipferieile innerhalb

in einer der Verteilerkammer des Wärmeatistauschelemenlcs vorgeschalteten Kammer angeordnet sind.

Bei der erfindungsgeinaßen Kondensaiionsanlage wird der im geschlossenen .System der Wärmerohre befindliche Wärmeträger von dem zu kondensierenden

4^Γι Dampf nach dessen Einlrill in die dephlegmatorisch geschalteten Wärmeausiausehflächen verdampft und wärmt durch seine Kondensation um; damit Wärmeabgabe die den dephlegmalorisch wirkenden Wärmeaiislauschelcmenten zugeführtc Kühlluft vor. Hierbei wird

^r><> die Saugleistung der dephlegmalorisch geschalteten Warmeausiaiischflächen für die dampfseilig vorgeschalteten, kondensatorisch wirkenden Auslauschflächen beibehalten, so daß weder eine Vergrößerung der Wiirmcübergangsflächc insgesamt, noch eine Veränderung

ν-, des Verhältnisses zwischen dephlegmalorisch und konilensiitorisch geschalleler Wärmcaustauschflächc ei forderlich ist. Die Erfindung vcrmeidel somit eine Vergrößerung des l'läehenaiifwaiulcs für die Kondensaiionsanlage und beseitigt auch bei extrem niedrigen Kühlluft

Wi lemperaliircn und bei einem Uelrieb der Kondensaiionsanlage im Tcillaslhcrcich die Einfriergefahr b/w. Reilbildiing innerhalb tier Dephlegmator Warmeaiis lauschelemenle.

Aus der IiP-C)S (M) Oo 41 2 war zwar bereits ein Wär-

h^r> meaustauscher bekannt, bei dem eine Wärmeaustausch fläehe zur Vorwärmung der Kühlluft eine Wärmeaustauschfläche für einen im geschlossenen System befindlichen Wärmeträger vorgeschaltet war. Diese Anlage

besitzt jedoch keine kondensatorisch und dephlegmatorisch geschalteten Wänneaustauschelcmente und unterscheidet sich deshalb grundlegend bereits von der Gaitung der luftgekühlten Kondensationsanlage nach der Erfindung.

Um zur Verbesserung des Wärmeüberganges eine gezielte Zufuhr des Dampfes zu den Verdampferteilen der Wärmerohre zu erreichen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die die Verdampferteile der Wärmerrohre aufnehmende Kammer als zuerst vom Dampf beaufschlagte Erweiterung der Verleilerkammer des Wärmeauslauschelementes ausgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Wärmerohre mindestens im Kondensatorteil berippt.

Damit bei gleicher Apparateauslegung der Raumbedarf der Verdampferteile innerhalb der Vcrteilerkammcr des dephlegmalorisch geschalteten Wärmeauslauschelementes verringert werden kann, können erfinü'ungsgemäß die Verdampfcrleile der Wärmerohre zu einer gemeinsamen Vcrdampferkamnur verbunden sein. Sei gleichem Volumen der Verdampfen eile ergibt sich durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung eine günstigere Unterbringungsmöglichkeit innerhalb der Verlcilerkammer.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kondensationsanlage dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine schemalische Darstellung einer luftgekühlten Kondensationsanlage mit einem ersten Ausführungsbeispiel für die Ausbildung der Wärmerohre,

F i g. 2 eine zweite Ausfiihrungsform der Wärmerohrausbildung und

F i g. 3 eine dritte Ausführungsmöglichkeit für die Anordnung der Wärmerohre in einem dcphlegmatorisch geschalteten Wärmeaustauschelement.

In der schematischen Darstellung der luftgekühlten Kondcnsationsanlagc nach F i g. 1 ist eine Dampfzufuhrleitung 1 zu erkennen, die den zu kondensierenden Dampf einer Vcrtcilcrkammcr 2a eines Wärmeaustauschelements 2 zuführt. Dieses Wärmeaustauschelement 2 besitzt beim dargestellten Ausführiingsbcispiel drei in Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander liegende Reihen von Rippenrohren 2b, welche außer durch die Verteilerkammer 2.7 durch eine Sammclkaminer 2cmiteinander verbunden sind.

Durch die in drei Reihen kühlluftseitig hintereinander liegenden Rippenrohre 2b wird der der Verteilerkammer 2a des Wärmeaustauschclcments 2 zugeführte Dampf in eine Vielzahl von Teilströmen aufgeteilt, welche kühlluftseitig in den Rohren einer Rohrreihe parallel zueinander und kühlluftseitig hintereinander liegen, wenn man die drei Reihen der Rippenrohre 2b betrachtet, welche gemäß der durch Pfeile gekennzeichneten Slrömungsrichtung 3 mit durch einen Ventilator 4 erzeugter Kühlluft beaufschlagt werden. Da die Verteilerkammcr 2a des Wärmcaustauschelcments 2 höher als dessen Sammelkammer 2c liegt, strömt der Teilstrom des Dampfes in den Rippenrohren 2b in gleicher Richtung wie das durch die Kühlung anfallende Kondensat. Es handelt sich bei dem Wiirnicaustauschelemcnt 2 somit um ein kondcnsalorisch betriebenes Element.

Das Wärmeaustausehelcment 2 wird mit Dampfüberschuß betrieben. Der nicht kondensierte Dampf wird ;ius der Sammelkammer 2c durch eine Leitung 5 der innen liegenden Vcrtcilcrkammcr6<7 eines dem Würmeaustauschelcment 2 dampfscitig nachgcschaltelen Wärmeausiauscheleiiient 6 zugeführt. Dieses Würnieauslauschclcmciil b besitzt beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel zwei in Strömungsrichtung 3 der ebenfalls durch einen Ventilator 4 bewegten Kühlluft hintereinander liegende Reihen von Rippenrohren 6b, welche am oberen Ende wiederum durch eine Sammelkammer 6c miteinander verbunden sind. Da die durch die Rippenrohr 66 geführten Teilströme des Dampfes bei diesem Wärmeaustauschelement 6 im Gegenstrom zum Kondensat strömen, handelt es sich beim Wärmeaustauschelement 6 um ein dephlegmatorisch geschaltetes EIe- ment. Aus der Sammelkammer 6c dieses Wärmeaustauschelements 6 werden die sich ansammelnden Gase, nämlich Luft und Inertgase, durch eine Saugleitung 7 abgeführt. Das Kondensat aus den beiden Wärmeaustauschelementen 2 und 6 wird durch eine Kondensatlei- tu ng 8 abgezogen.

Der kühlluflseitig ersten Reihe der Rippenrohre 6b ist eine Reihe aus Wärmerohren 9 vorgeschaltet, welche geschlossen und mit einem Wärmeträger gefüllt sind. Als Wärmeträger kann beispielsweise Ammoniak ver wendet werden.

Der in den Wärmerohren 9 befindliche Wärmeträger wird im unteren Teil der Wärmerohre 9 durch den in die Verteilerkammer 6a eintretenden Dampf verdampft. Dieser Teil der Wärmerohre 9 wird demgemäß als Ver dampferteil 9a bezeichnet. Da der obere Teil der Wär merohre 9 im Strom der kalten Kühlluft liegt, kondensiert der Wärmeträger in diesem oberen Bereich der Wärmerohre 9, der aus diesem Grunde ais Kondensatorteil 9b bezeichnet wird. Bei dem in Fi g. 1 dargestell- ten Ausführungsbeispiel sind die Verdampferteile 9a der Wärmerohre 9 mit Längsrippen 10 und die Kondensatorteile 9b der Wärmerohre 9 mit Querrippen 11 versehen. Die Verdampferteile 9a der Wärmerohre 9 liegen in einem erweiterten Bereich der Verteilerkammer 6a, so

H daß der in die Verteilerkammer 6a eingeführte Dampf zuerst auf die Verdampferteile 9a der Wärmerohre 9 trifft.

Durch die voranstehend beschriebene Ausbildung des dcphlegmatorisch geschalteten Wärmeaustausch· elements 6 wird dem eintretenden Dampf in der Verteilerkammer 6a derjenige Teil seines Wärmeinhalts entzogen, der zur Verdampfung des Wärmeträger in den Verdampferteilen 9a der Wärmerohre 9 benötigt wire. Diese Wärmemenge wird durch den in den Wärmeroh ren 9 aufsteigenden Wärmeträger über die Rohrwan dung und Querrippen 11 der Kondensatorteile 96 an die Kühlluft abgegeben. Auf diese Weise wird die der ersten Reihe der Rippenrohre 6b zugeführte Kühlluft vorgewärmt, so daß die Wandtemperatur der ersten Rohrrei- he selbst bei extrem niedrigen Temperaturen der Kühlluft den Gefrierpunkt nicht unterschreiten kann. Dies wäre bei diesen Rippenrohren 6b insbesondere deshalb gefährlich, weil sich am oberen Ende der dephlegmatorisch wirkenden Rippenrohre 6b sehr leicht eine Reif-

^ schicht bilden kann, wenn die Wandtemperatur den Gefrierpunkt unterschreitet. Diese Reifbildung ist deshalb begünstigt, weil im oberen Bereich der Rippenrohre 6b aufgrund des hohen Anteils an Inertgasen der Kondensationsprozeß aufhört, so daß wegen des Vorhandenen seins von Residampf die Rohrwandung vereisen kann. Eine derartige Vereisung durch Rcifbildung hätte nicht nur eine Beeinträchtigung der Kondensationswirkung des dcphlegmatorisch wirkenden Wärmeaustausehelemcnts 6 zuf Folge, sondern könnte die Kondensation

M dieses Wünncaustauschelements 6 vollständig behindern, wenn durch eine derartige Reifbildung beispielsweise die Incrtgiise nicht mehr in vollem Maß abgesaugt werden können.

Bei der zweiten Ausführungsform der luftgekühlten Kondensationsanlage gemäß Fig.2 ist wiederum ein kondensatorisch betriebenes Wärmeaustauschclcmcnt 2 zu erkennen, dessen Rippenrohre 2b sowohl durch eine Verteilerkammer 2a als auch durch cine SamineI- ^r> kammer 2c miteinander verbunden sind. Die Zufuhr der Kühlluft erfolgt durch einen Ventilator 4. Der zu kondensierende Dampf wird durch eine Dampfzufuhrleitung 1 dem Wärmeaustauschelement 2 zugeführt. Der Überschußdampf wird durch eine Leitung 5 einem nachgeschalteten Wärmeaustauschelement 6 zugeführt, welches dephlegmatorisch betrieben wird.

Auch bei diesem Wärmeaustauschelement 6 ist den in zwei Reihen angeordneten Rippenrohren 6b in Richtung des von einem Ventilator 4 erzeugten Kühlluftstro- mes eine Reihe von Wärmerohren 9 vorgeschaltet. Die mit ihrem Kondensatorteil 9b im Kühlluftsirom liegenden Wärmerohre 9 ragen mit ihrem Verdampferteil 9a in die Verteilerkammer 6a des Wärmcaustauschelcments 6 hinein. Im Gegensatz zum Ausführung.sbeispicl nach F i g. 1 liegen diese mit Querrippen versehenen Verdampferteile 9a innerhalb einer normal ausgebildeten Verteilerkammer 6a, ohne daß der durch die Leitung S zugeführte Dampf gezielt auf die Verdampferteile 9a gerichtet ist. Die sich an der Oberfläche der Vcrdamp- 2^r> ferteile 9a der Wärmerohre 9 ausbildende Temperatur sorgt ohne gezielte Dampfzuführung dafür, daß der notwendige Wärmeaustausch stattfindet.

Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig.3 sind die Verdampferteile der Wärmerohre 9 zu einer gemeinsamen Verdampferkammer 9c verbunden, welche innerhalb der Verteilerkammer 6a des Wärmeaustauschelements 6 liegt. Durch die Bildung einer derartiger Verdampferkammer 9c ergibt sich für den Wärmeaustausch eine verhältnismäßig große Oberfläche, die r> bei Bedarf zusätzlich berippt sein kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

pEteniansprüche:

1. Luftgekühlte Kondensaiionsanlagc zur Kondensation von Dampf, insbesondere Wasserdampf, mit Inertgaseinschlüssen mit von der Kühlluft weitgehend parallel angeströmten Wärmeaustausehclementen, die jeweils zwischen endseitigcn Vertciler- bzw. Sammelkammern sich in mehreren kühllufiscitig hintereinanderliegenden Reihen erstreckende Rippenrohre aufweisen und die dampfseitig derart geschaltet sind, daß der Dampf zunächst durch κοη-densatorische Wärmeaustauschelementc und anschließend durch mindestens ein dephlegmatorisch betriebenes, mit durch den Dampf vorgewärmter Kühlluft beaufschlagtes Wärmeauiaauschelemcnt geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die kühlluftseitig erste Reihe der dephlegmatorisch wirkenden Wärmeauslauschelemente (6) durch eine Reihe von Wärmerohren (9) gebildet ist, deren Verdampferteile (9a) innerhalb einer der Verteilerkammer (6a,) des Wärmcaustauschelements (6) vorgeschalteten Kammer angeordnet sind.

2. Kondensationsanlage nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß die die Verdampferteile (9a) der Wärmerohre (9) aufnehmende Kammer als zuerst vom Dampf beaufschlagte Erweiterung der Verteilerkammer (6a) des Wärmeaustauschclcmcnts (6) ausgebildet ist.

3. Kondensationsanlagc nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (9) mindestens im Kondensatoren (9tybcrippi sind.

4. Kondensationsanlage nach Anspruch I bis3,dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferteile (9;i) der Wärmerohre (9) zu einer gemeinsamen Verdampferkammer (9c) verbunden sind.