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Speisewasservorwärmer
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Die Erfindung betrifft einen Speisewasservorwärmer mit in einem Gehäuse
verlaufenden, um ein Kernrohr gewickelten Rohren zur Führung von Speisewasser, bei
dem der Außenraum um die Rohre als Strömungsweg für ein Heizfluid und der Strömungsweg
nacheinander als Enthitzungszone, Kondensationszone und Unterkühlungszone ausgebildet
ist.
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In Dampfkraftwerken ist der Speisewasser-Vorwärmer ein Standardbauteil.
Das Speisewasser wird in der Regel in Wärmetausch mit Turbinenabdampf des Kraftwerkes
angewärmt, wobei der Dampf abqekühlt, kondensiert und unterkühlt wird.
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Das Speisewasser, das zumeist unter hohem Druck vorliegt, wird in
den Rohren geführt, während der Dampf im Außenraum um die Rohre im Behälter geführt
ist. Ein nach diesem Prinzip arbeitender Speisevorwärmer ist in der DE-PS 25 53
397 beschrieben.
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Der vorbekannte Speisewasservorwärmer hat jedoch den Nachteil daß
die Rohrgeometrie im gesamten Gehäuse dieselbe ist, so daß insbesondere eine Anpassung
an die unterschiedlichen Wärmeübertragungsbedingungen, die je nach Strömungs-
geschwindigkeit,
Menge und Aggregatzustand des Heizfluids in den einzelnen Zonen herrschen, nicht
möglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Speisewasservorwärmer der eingangs genannten Art zu entwickeln, der eine den verfahrenstechnischen
Anforderungen entsprechende Dimensionierung der Rohre in den einzelnen Zonen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens
zwei der Zonen sowie die diesen Zonen zugeordneten Rohre radial nebeneinander um
das Kernrohr angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß befindet sich eine der Zonen in einem ersten Ringraum
um das Kernrohr, während eine zweite Zone in einem zweiten Ringraum, der sich um
den ersten Ringraum herum erstreckt, liegt. Entsprechend sind auch die Rohre für
das Speisewasser in der ersten Zone unmittelbar um das Kernrohr gewickelt, während
die Rohre der zweiten Zone mit größerem radialen Abstand zum Kernrohr um die Rohre
der ersten Zone herum verlaufen.
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Durch den Erfindungsgegenstand sind mindestens zwei Zonen geschaffen,
in denen jeweils unterschiedliche thermodynamische Verhältnisse einstellbar sind.
Beispielsweise lassen sich unterschiedliche Rohrdurchmesser, Rohrdichten, Wickelgeometrien
usw. realisieren und dadurch den thermodynamischen Größen des Speisewassers und
des Heizfluids optimal anpassen.
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Zugleich wird durch den Erfindungsgegenstand eine sehr kompakte Bauweise
des Speisewasservorwärmers erreicht, da der Speisewasservorwärmer eine geringe Längsausdehnung
aufweist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sind
die Enthitzungszone und die Unterkühlungszone radial nebeneinander angeordnet, während
die Kondensationszone neben diesen beiden Zonen angeordnet ist.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
ist die Unterkühlzone oder die Erhitzungszone getrennt von den verbleibenden anderen
zwei Zonen angeordnet.
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Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren
Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes alle drei Zonen radial nebeneinander angeorndet
sind, wobei die innere Zone als Enthitzungszone, die mittlere Zone als Kondensationszone
und die äußere Zone als Unterkühlungszone ausgebildet ist. Diese Anordnung wird
vor allem gewählt, wenn der Speisewasservorwärmer liegend, d.h. mit horizontalem
Kernrohr, angeordnet ist.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
ist die innere Zone als Unterkühlungszone, die mittlere Zone als Kondensationszone
und die äußere Zone als Enthitzungszone ausgebildet. Diese Anordnung wird vorzugsweise
bei stehender Position des Speisewasservorwärmers, d.h. mit vertikalem Kernrohr,
gewählt.
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In Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß
radial nebeneinander angeordnete Zonen jeweils durch ein zwischen den zugehörigen
Rohren befindliches Dichthemd voneinander abgeteilt sind, wobei zumindest das Dichthemd
zwischen der inneren und der mittleren Zone an einer Seite vor dem Rand der Zonen
endet.
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Das Dichthemd kann sehr dünnwandig ausgeführt sein, da zwischen den
benachbarten Zonen nahezu kein Druckunterschied herrscht. Auf der Seite, an der
das Dichthemd vor dem Zonenrand endet, ist eine Durchlaßöffnung in radialer Richtung
von der einen in die andere Zone geschaffen.
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Es ist von Vorteil, wenn gemäß einer Weiterbildung des
Erfindungsgegenstandes
vom Boden der Kondensationszone ein Steigrohr zum oberen Bereich der Unterkühlungszone
führt.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist ein im unteren
Bereich der Unterkühlungszone mündendes Steigrohr zur Kondensatabführung vorgesehen.
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Die beiden Steigrohre aus der Kondensationszone und aus der Unterkühlungszone
bilden eine Art Siphon, so daß sichergestellt ist, daß die Unterkühlungszone ständig
geflutet ist.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind
die Rohre in Rohrtrommeln zusammengefaßt und ist jeweils eine Rohrtrommel für die
Speisewasserzuführung und für die Speisewasserabführung an der einen Stirnseite
des Gehäuses und eine weitere Rohrtrommel für die Verbindung der Rohre der Enthitzungszone
mit den Rohren der Kondensationszone sowie der Rohre der Kondensationszone mit den
Rohren der Unterkühlungszone an der gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses vorgesehen.
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Es erweist sich als zweckmäßig, wenn bei einer weiteren Ausgestaltung
des Erfindungsgegenstandes das Kernrohr an einem Ende fest mit der weiteren Rohrtrommel
verbunden und an seinem gegenüberliegenden Ende in axialer Richtung beweglich in
dem Gehäuse gelagert ist.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß Wärmespannungen, die beim Betrieb
auftreten, gut abgebaut werden.
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Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Hierbei zeigt die Figur einen Speisewasservorwärmer gemäß
der
Erfindung.
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Der Speisewasservorwärmer weist ein liegend, d.h. mit horizontaler
Längsachse angeordnetes zylindrisches Gehäuse 1 auf.
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Das Gehäuse 1 ist an seinem linken Ende fest gelagert, während es
an seinem rechten Ende in axialer Richtung beweglich gelagert ist. Dadurch werden
die Hochdruck-Rohrleitungen, die sich links an den Speisewasservorwärmer anschließen,
durch thermische Dehnungen des Gehäuses nicht belastet.
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In der Längsachse des Gehäuses 1 ist ein Kernrohr 2 vorgesehen, das
als Wickelkern für ein erstes Bündel von schraubenförmig gewundenen Rohren 3 dient.
Radial neben dem ersten Bündel befindet sich ein zweites Bündel von schraubenförmig
gewundenen Rohren 4 und, radial neben dem zweiten Bündel im Bereich der Gehäusewand,
ein drittes Bündel von schraubenförmig gewundenen Rohren 5. Die Enden der drei Rohrbündel
sind in Rohrtrommeln 6, 7, 8 zusammengefaßt, und zwar sind die Rohre 5 an ihrem
einen Ende jeweils mit der Rohrtrommel 6, an ihrem anderen Ende jeweils mit einem
Teilraum 9 innerhalb der Rohrtrommel 8, die Rohre 4 am einen Ende jeweils mit dem
Teilraum 9 und am anderen Ende jeweils mit einem zweiten Teilraum 10 innerhalb der
Rohrtrommel 8, und schließlich die Rohre 3 am einen Ende jeweils mit dem zweiten
Teilraum 10 und am anderen Ende jeweils mit der Rohrtrommel i verbunden.
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Unter der Bezeichnung Rohr trommel sind rohrförmige Sammelräume mit
radialen Rohrzuführungen zu verstehen.
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Die Rohrtrommeln 6, 7 dienen zur Zu- und Abführung von Hochdruckspeisewasser
und befinden sich an der in der Figur linken Stirnwand des Gehäuses 1, während die
Rohrtrommel 8 an der gegenüberliegenden Stirnwand angeordnet ist. Die Teilräume
9, 10 sind durch eine Trennscheibe 11 voneinander ab-
Die Rohrsammler
6, 7, 8 sind mit Deckeln 14, 15, 16 verschlossen, die für Revisionen oder Reparaturen
geöffnet werden können. An dem Rohrsammler 8 sind von innen nach außen zunächst
die Rohre 3, dann die Rohre 4 und, jenseits der Trennscheibe 11 die Rohre 4 und
die Rohre 5 angeschlossen. Sofern die vor-und rücklaufenden Rohre 4 der Kondensationszone
in einer Länge gefertigt sind, ist es aus fertigungstechnischen Gründen von Vorteil,
die Trennscheibe 11 abgestuft auszuführen, um die Enden der Rohre 4 etwa in gleicher
Höhe am Sammler 8 anschließen zu können.
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Das Kernrohr 2 ist an einem Ende fest mit dem Rohrsammler 8 verbunden,
während sein anderes Ende (in der Figur nicht dargestellt) in axialer Richtung beweglich
in dem Gehäuse 1 gelagert ist, um Wärmebewegungen ausgleichen zu können.
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Zwischen den Rohren 3, 4 und 4, 5 befinden sich Dichthemden 17, 18,
die das Innere des Gehäuses 1 in drei Zonen mit jeweils kreisringförmigem Querschnitt
aufteilen: Eine innere Zone 19 zwischen Kernrohr 2 und Dichthemd 17, eine mittlere
Zone 20 zwischen den beiden Dichthemden 17 und 18, und eine äußere Zone 21 zwischen
dem Dichthemd 18 und dem Gehäuse 1.
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Das Gehäuse 1 weist an der Stirnseite, an der die Rohrtrommeln 6,
7 vorgesehen sind, eine Zuführungsöffnung 22 für ein Heizfluid, z.B. Dampf, auf.
An dieser Seite ist die Zone 20 durch eine Kreisringfläche 23, die dicht mit den
Dichthemden 17, 18 verbunden ist, verschlossen. Die Zone 21 ist durch eine Kreisringfläche
24, die vom Scheitel der Zone 21 bis in Höhe der Unterkante des Dichthemdes 17 hinabreicht
und dort mit einer horizontalen Abschottung 25 verbunden ist, verschlossen. Auf
der gegenüberliegenden Seite sind die Zonen 19, 20 durch eine Kreisringfläche 26,
die sich zwischen dem Dichthemd 18 und der Rohrtrommel 8 erstreckt, verschlossen.
Das Dichthemd 17 zwischen den bei-
den Zonen 19 und 20 endet vor
der Kreisringfläche 26, so daß in diesem Bereich eine Verbindung zwischen den beiden
Zonen besteht.
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Ein Steigrohr 27 führt vom unteren Bereich der Zont 20 in den oberen
Bereich der Zone 21, ein weiteres Steigrohr 28 vom axial entgegengesetzten unteren
Bereich der Zone 21 zum oberen Bereich des Gehäuses 1 und von dort nach außen.
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Mit der vorbeschriebenen Anordnung ist auf der Rohraußenseite ein
zick-zack-förmiger Strömungsweg für das Heizfluid geschaffen, der nacheinander durch
die drei Zonen 19, 20, 21 führt. Als Heizfluid wird dem Speisewasservorwärmer beispielsweise
Niederdruckdampf zugeführt. Der Dampf gelangt zuerst in die Zone 19, die als Enthitzungszone
ausgebildet ist. Dort wird der Dampf in Wärmetausch mit dem durch die Rohre 3 fließenden
ochdruckspeisewasser abgekühlt. Am rechten Ende der Zone 19 gelangt der Dampf sowie
eventuell anfallendes Kondensat nach außen in die mittlere Zone 20, die von dem
Dampf von rechts nach links durchströmt wird. Die mittlere Zone 20, die den größten
Raum in dem Speisewasservorwärmer einnimmt, ist als Kondensationszone ausgebildet.
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In der Kondensationszone kondensiert der Dampf in Wärmetausch mit
dem Hochdruckspeisewasser, das durch die Rohre 4 fließt.
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Das anfallende Kondensat sammelt sich im unteren Bereich der Zone
20 und wird über das Steigrohr 27 in die äußerste Zone 21 geführt, die als Unterkühlungszone
ausgebildet ist. Das Kondensat durchströmt die Unterkühlungszone von links nach
rechts, wobei es in Wärmetausch mit Hochdruckspeisewasser, das durch die Rohre 5
strömt, unterkühlt wird. Am rechten Ende der Unterkühlungszone wird das Kondensat
aus dem unteren Bereich entnommen und über das Steigrohr 28 in den oberen Bereich
des Gehäuses 1 und von dort nach außen geführt. Die beiden Steigrohre 27, 28 bilden
eine Art Siphon, so daß auf diese Weise die Unterkühlungszone
ständig
geflutet ist.
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Bei Bedarf kann das Gehäuse nach rechts verlängert werden, um das
Volumen des Kondensates zu vergrößern, z.B. für eine Pumpenvorlage.
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Neben der in der Figur dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Speisewasservorwärmers kann es auch von Vorteil sein, den Speisewasservorwärmer
stehend anzuordnen, wobei dann vorteilhafterweise die Enthitzungszone als äußerste
Zone und die Unterkühlungszone als innerste Zone vorgesehen sind. Weiterhin sind
Ausführungsformen möglich, daß die Kondensationszone axial versetzt neben Enthitzungs-
und Unterkühlungszone angeordnet ist, wobei die Enthitzungs- und die Unterkühlungszone
radial nebeneinander liegen.
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