DE3419044C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Wärmeenergiewirtschaft, insbesondere Wärmeaustauscher und kann in Turbinenanlagen von Wärme- und Kernkraftwerken verwendet werden.

Es ist ein Wärmeaustauscher bekannt (siehe, beispiels­ weise SU-ES 4 78 977, veröffentlicht im Jahre 1975), der eine in dem Gehäuse angeordnete Kondensatvorwärmeeinheit mit­ samt Dampf- und Kondensatzuleitungsstutzen und einen Konden­ satabscheider mit einem Kondensatableitungsstutzen enthält, wobei die Kondensatvorwärmeeinheit und der Kondensatab­ scheider voneinander nicht abgetrennt sind.

Das Nichtvorhandensein einer physikalischen Trennflä­ che zwischen der Kondensatvorwärmeeinheit und dem Konden­ satabscheider erleichtert das Füllen der Vorwärmeeinheit mit Dampf, der sich infolge des Aufkochens des Kondensats bei einem plötzlichen Absinken des Drucks im Wärmeaustauscher bildet (beispielsweise infolge einer plötzlichen Entladung der Turbine). Um zu verhindern, daß der Dampfrückstrom aus dem Austauscher in den Strömungsteil der Turbine dringt, ist die die Turbine mit dem Wärmeaustauscher verbindende Dampflei­ tung mit Rückschlagventilen versehen. Aber hierbei wächst be­ deutend der Strömungswiderstand der genannten Dampfleitung, wodurch die Erwärmung des Kondensats im Wärmeaustauscher und somit die Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage abnimmt.

Es ist ein Wärmeaustauscher bekannt (siehe, beispiels­ weise SU-ES 3 55 447, veröffentlicht im Jahre 1972), der eine Kondensatvorwärmeeinheit, die mit Dampf von der Turbine über einen Dampfzuleitungsstutzen gespeist wird, einen Kon­ densatabscheider mit einem Kondensatableitungsstutzen, der an eine Saugpumpe angeschlossen ist, und Wassersammler mit Kondensatzuleitungsstutzen, die mit der Kondensatvorwärme­ einheit verbunden sind, enthält. Die Vorwärmeeinheit und der Kondensatabscheider sind durch eine Schneidewand voneinander getrennt und stehen über Wasserüberströmstutzen mit Rück­ schlagventilen in Verbindung, welche bei einer Entlastung der Turbine nicht zulassen, daß der Dampf aus dem Kondensat­ abscheider in die Vorwärmeeinheit strömt.

Der Dampfzuleitungsstutzen ist im oberen Teil der Vor­ wärmeeinheit angeordnet und greift so tief in diese Einheit ein, daß die Austrittsöffnung dieses Stutzens sich in unmit­ telbarer Nähe der Scheidewand befindet.

Trotzdem sich in der Scheidewand Rückschlagventile be­ finden, gewährleistet der Wärmeaustauscher nach dem SU-Urhe­ berschein 3 55 447 eine hohe Zuverlässigkeit der Turbinenanla­ ge nicht infolge der unzulänglichen Zuverlässigkeit der ge­ nannten Rückschlagventile, welche rotierende und folglich schnellverschleißende Elemente aufweisen. Bei einer plötz­ lichen Entlastung der Turbine strömt der Dampf aus dem Kon­ densatabscheider bei einem Versagen der Rückschlagventile in die Kondensatvorwärmeeinheit. Da die Austrittsöffnung das Dampfzuleitungsstutzens in der Nähe des Kondensatab­ scheiders mit einer großen Masse des bis zur Sättigungstem­ peratur erhitzten Kondensats liegt, kann der Dampfrückstrom in den Strömungsteil der Turbine sehr groß werden, wodurch die Menge der Feuchtigkeit vergrößert wird, die der Dampf in die Turbine mitreißt, was zu einer Zerstörung der Turbinen­ beschaufelung führen kann.

Außerdem wird bei einer plötzlichen Entlastung der Tur­ bine infolge der scharfen Druckabnahme in der Vorwärmeein­ heit des Kondensats und der verhältnismäßig langsamen Druck­ abnahme im Kondensatabscheider der Zulauf des Kondensats zu den Kondensatabsaugepumpen gestört, wodurch ein durch die Kavitation bedingtes Abreißen der Kondensatförderung verur­ sacht wird, infolgedessen nimmt ebenfalls die Zuverlässig­ keit der Turbinenanlage ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärme­ austauscher zu schaffen, der die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Turbinenanlage mittels der Reduzierung des Dampfrückstroms aus dem Wärmeaustauscher in die Turbine und der Verhinderung des durch die Kavitation bedingten Abreißens der Förderung der Kondensatabsaugepumpen beim plötzlichen Entlasten der Turbine gewährleistet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Wärmeaustauscher mit einer Kondensatvorwärmeeinheit und einem Kondensatabschei­ der, welche voneinander durch eine Scheidewand getrennt und untereinander verbunden sind, Dampf- und Kondensatzuleitungs­ stutzen und mit einem Kondensatableitungsstutzen erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß der Kondensatableitungsstutzen im unteren Teil der Vorwärmeeinheit angeordnet ist, wobei die Vorwärmeeinheit und der Kondensatabscheider unter­ einander über einen Wasserverschluß in Verbindung stehen.

Dank der Anordnung des Kondensatableitungsstutzens im unteren Teil der Kondensatvorwärmeeinheit und da die Vor­ wärmeeinheit über einen Wasserverschluß mit dem Kondensatab­ scheider verbunden ist, in welchem eine vorgegebene Konden­ satstandhöhe aufrechterhalten wird, wird die Masse des er­ hitzten Kondensats, die sich im jeweiligen Augenblick in dem Wärmeaustauscher befindet, bis auf ein Minimum reduziert, so daß bei einer plötzlichen Entlastung der Turbine praktisch kein Dampfrückstrom in Erscheinung tritt. Der Wasserverschluß verhindert das Vermischen des heißen Kondensats in der Konden­ satvorwärmeeinheit und des kalten Kondensats im Konden­ satabscheider und beugt somit dem Aufkochen des Kondensats im Kondensatabscheider und den Abreißen der Förderung der Kondensatpumpen vor.

Es ist zweckmäßig, daß bei dem Wärmeaustauscher, bei dem die Vorwärmeeinheit und der Kondensatabscheider in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und durch eine Scheidewand voneinander getrennt sind, die genannte Scheidewand wärmeiso­ lierend ausgeführt wird.

Die wärmeleitende Scheidewand ist erforderlich, um die Erwärmung des im Kondensatabscheider befindlichen Kon­ densats durch sie zu reduzieren.

Der Wärmeaustauscher kann zusätzlich mindestens noch eine Kondensatvorwärmeeinheit enthalten, die im unteren Teil ei­ nen Kondensatableitungsstutzen aufweist und mit dem Konden­ satabscheider über den genannten Wasserverschluß verbunden ist, wobei die Kondensatvorwärmeeinheiten und der Kondensat­ abscheider in je einem besonderen Gehäuse angeordnet sind und der Kondensatabscheider in bezug auf die Kondensatvorwärme­ einheiten derart angeordnet ist, daß die Kondensatstandhöhe in dem Kondensatabscheider kleiner ist als die Höhe der Kon­ densatableitungsstutzen in den Kondensatvorwärmeeinheiten.

Eine derartige Ausführung des Wärmeaustauschers gestat­ tet es, erstens seine Durchsatzleitung proportional der Zahl der Kondensatvorwärmeeinheiten zu vergrößern, und zwei­ tens die Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage infolge ei­ ner maximalen Reduzierung des Strömungswiderstands der Dampfleitungen, welche die Turbine mit dem Wärmeaustauscher verbinden, zu steigern.

Ebenfalls zweckmäßig ist, daß der Kondensatabscheider mit einem Zuleitungsstutzen für kaltes Wasser versehen ist, der unter dem Kondensatspiegel im Kondensatabscheider an­ geordnet ist.

Die Zufuhr von kaltem Wasser in den Kondensatabschei­ der gewährleistet eine konstante Temperatur des im Konden­ satabscheider befindlichen Kondensats. Das kalte Wasser kom­ pensiert die unwesentliche Erwärmung des Kondensats durch die Scheidewand und/oder über die Ausgleichstutzen, wodurch die Zuverlässigkeit der Turbine zusätzlich erhöht wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Wärmeaustauscher gemäß einer der Ausfüh­ rungsformen und

Fig. 2 einen Wärmeaustauscher gemäß der anderen Aus­ führungsform der Erfindung.

Der Wärmeaustauscher enthält ein Ge­ häuse 1 (Fig. 1), in dessen Innerem eine Kondensatvorwärme­ einheit 2 und ein Kondensatabscheider 3 angeordnet sind, die voneinander durch eine Scheidewand 4 getrennt werden. Über der Kondensatvorwärmeeinheit 2 ist ein Wassersammler 5 mit einem Kondensatzuleitungsstutzen 6 angeordnet. Im oberen Teil der Kondensatvorwärmeeinheit 2 befinden sich ein Dampf­ zuleitungsstutzen 7 zur Dampfzuleitung aus dem Entnahmeraum der Turbine und ein Stutzen 8 zur Ableitung des Dampf-Luft- Gemisches und im unteren Teil ein Kondensatableitungsstutzen 9, der an nicht eingezeichnete Kondensatabsaugepumpen über eine Rohrleitung 10 angeschlossen ist.

Die Kondensatvorwärmeeinheit 2 ist in Fig. 2 bedingt dargestellt und kann eine beliebige Bauart aufweisen. Aus diesem Grunde sind solche Elemente der Einheit wie gelochte Teller, Dampfsammler u. dgl. mehr nicht eingezeichnet, da sie für das Wesen des Wärmeaustauschers ohne Bedeutung sind.

Die Kondensatvorwärmeeinheit 2 und der Kondensatab­ scheider 3 sind untereinander über einen Wasserverschluß 11 verbunden, der von Rohren 12 und 13 und einem zwischen ihnen liegenden Ausgleichgefäß 14 gebildet wird. Das gesam­ te Fassungsvermögen der Rohre 12 und 13 und des Gefäßes 14 ist derart zu bemessen, daß Schwankungen der Kondensatstand­ höhe im Kondensatabscheider 3, die durch die Ungleichförmig­ keit der Regelung bedingt sind, ausgeglichen werden. Die Aus­ führung des Wasserverschlusses 11 mit dem Gefäß 14 ist am zweckmäßigsten, da das Fassungsvermögen dieses Gefäßes 14 den größten Teil des gesamten Fassungsvermögens des Wasserver­ schlusses 11 ausmacht, aus welchem Grunde die Rohre 12 und 13 kürzer ausgeführt werden können. Aber grundsätzlich ist das Gefäß 14 nicht obligatorisch, falls die Rohre 12 und 13 aus­ reichend groß sind, um die erforderliche Wassermenge aufzuneh­ men.

Die Scheidewand 4 zwischen der Kondensatvorwärmeeinheit 2 und dem Kondensatabscheider 3 ist wärmeisolierend ausge­ führt, um die Erwärmung des im Kondensatabscheider 3 befind­ lichen Kondensats durch diese Wand zu reduzieren, und weist ein Ausgleichrohr 15 zum Aufrechterhalten gleichhoher Drücke im Kondensatabscheider 3 und in der Kondensatvor­ wärmeeinheit 2 auf. Das aus der Kondensatvorwärmeeinheit 2 führende Rohr 16 dient zur Kondensatüberströmung im Notfall.

Gemäß einer die Ausführungsformen ist in dem Kondensatabscheider 3 unter dem Spiegel des sich im Ab­ scheider befindenden Kondensats ein Stutzen 17 angeordnet, der an eine nicht eingezeichnete Quelle mit kaltem Wasser, beispielsweise an den Druckstutzen der Kondensatpumpen ange­ schlossen ist, um im Kondensatabscheider 3 eine konstante Temperatur aufrecht zu halten.

In Fig. 2 ist schematisch noch eine Ausführungsform des Wärmeaustauschers gezeigt, die sich von der vorstehend angeführten dadurch unterscheidet, daß sie außer der Kondensatvorwärmeeinheit 2 noch mehrere, bei­ spielsweise zwei identische Kondensatvorwärmeeinheiten 18 und 19 enthält, wobei jede der Kondensatvorwärmeeinheiten 2, 18 und 19 in einem besonderen Gehäuse angeordnet ist. Der Kondensatabscheider 3 besitzt ebenfalls ein eigenes Gehäu­ se.

Die Bauart der Kondensatvorwärmeeinheiten 2, 18 und 19 ist identisch. Unter anderem sind in den unteren Teilen der Einheiten Kondensatableitungsstutzen 9 bzw. 20 und 21 ange­ ordnet, welche über die Rohrleitung 10 und den Wasserverschluß 11 an den Kondensatabscheider 3 angeschlossen sind. Hier­ bei ist der Kondensatabscheider 3 in bezug auf die Konden­ satvorwärmeeinheiten 2, 18 und 19 derart angeordnet, daß das Kondensat in den Kondensatabscheider 3 unter den Stut­ zen 9, 20 und 21 steht. Die Stutzen zur Dampfableitung, Kondensatzuleitung, Dampf-Luft-Gemischableitung und die Aus­ gleichsrohre in den Kondensatvorwärmeeinheiten 2, 18 und 19 sind mit den gleichen Positionsziffern bezeichnet wie die identischen Stutzen und Rohre im Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1. Die Ausgleichsrohre 15 sind über eine Ausgleichsrohr­ leitung 22 mit dem Dampfraum des Kondensatabscheiders 3 ver­ bunden.

Wie auch bei dem Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1 kann bei der vorliegenden Ausführungsform des Wärmeaustauschers der Kondensatabscheider 3 mit einem Stutzen 17 zur Zuleitung von kaltem Wasser versehen sein, um die Kondensattemperatur in ihm konstant zu halten.

Obzwar in Fig. 2 die Kondensatvorwärmeeinheiten in gleicher Höhe eingezeichnet sind, können sie etwas verschie­ den hoch angeordnet werden, beispielsweise beim Einsatz des Wärmeaustauschers in Turbinenanlagen mit Kaskadenkondensatoren.

Der Wärmeaustauscher funktioniert wie folgt.

Beim Anfahren eines Energieblocks wird der Kondensat­ abscheider 3 mit kaltem Wasser über den Stutzen 6 und den Wasserverschluß 11 bis zur vorgegebenen Standhöhe gefüllt, die ausgehend von den Forderungen der Gewährleistung eines stabilen Betriebs der Kondensatpumpen gewählt wird, und auch von der Bedingung, daß die Masse des erhitzten Kondensats in der Kondensatvorwärmeeinheit 2 minimal ist. Beim Anfahren der Turbinenanlage strömt der Dampf aus dem Entnahmeraum der Turbine über den Stutzen 7 in die Kondensatvorwärmeeinheit 2, wo er niedergeschlagen wird, das über den Stutzen 6 ein­ strömende Kondensat erhitzt und zusammen mit dem erhitzten Kondensat über den Stutzen 9 abfließt. Das Dampf-Luft-Ge­ misch wird über den Stutzen 8 abgeführt. Die Druckdiffe­ renz zwischen der Kondensatvorwärmeeinheit 2 und dem Kon­ densatabscheider 3 wird mittels der Rohrleitung 15 behoben.

Der Wasserverschluß 11 verhindert das Einströmen von heißem Kondensat in den Kondensatabscheider 3 bei Schwan­ kungen der Kondensatstandhöhe.

Beim plötzlichen Entlasten der Turbine, das von einer scharfen Druckabnahme im Wärmeaustauscher begleitet wird, kommt ein Dampfrückstrom in die Turbine praktisch nicht zu­ stande, da die Masse des erhitzten Kondensats im Wärmeaus­ tauscher minimal ist und die Hauptmasse des Kondensats im Kondensatabscheider 3 eine Temperatur aufweist, bei der das Wasser beim Absinken des Drucks nicht aufkocht. Das kalte Kondensat wird aus dem Kondensatabscheider 3 mit einer Pumpe abgesaugt, die an die Rohrleitung 10 angeschlossen ist, so daß ein durch die Kavitation verursachtes Abreißen der För­ derung dieser Pumpe nicht stattfindet.

Beim Vorhandensein des Stutzens 17 wird in den Kondensat­ abscheider 3 laufend kaltes Wasser gegeben, beispielsweise von den Pumpen, die das Hauptkondensat aus dem Kondensator der Turbinenanlage absaugen. Dieses kalte Wasser gleicht die un­ wesentliche Erhitzung des Kondensats im Kondensatabscheider 3 durch die Scheidewand 4 und das Ausgleichrohr 15 aus. Der Wasserstrom durch den Stutzen 17 wird derart gewählt, daß im Kondensatabscheider 3 eine solche Kondensattemperatur ge­ währleistet wird, bei der bei einer Druckabnahme im Wärmeaus­ tauscher infolge einer plötzlichen Entlastung der Turbine das Wasser nicht aufkocht.

Der in Fig. 2 dargestellte Wärmeaustauscher funktioniert identisch. Solche Wärmeaustauscher werden zweckmäßig für Tur­ binen eingesetzt, die mehrere ND-Zylinder aufweisen. Bei dem Wärmeaustauscher gemäß Fig. 2 können die Kondensatvorwärmeein­ heiten mit minimalen Außenmaßen ausgeführt werden, wodurch es möglich wird, diese Wärmeaustauscher in unmittelbarer Nähe die Turbinenzylinder anzuordnen. Hierbei nimmt die Länge der Rohrleitungen zwischen der Turbine und dem Wärmeaustau­ scher und folglich auch der Strömungswiderstand dieser Rohrleitungen scharf ab, wodurch eine maximale Erhitzung des Kondensats und somit eine Erhöhung der Wirtschaftlich­ keit der Turbinenanlage gewährleistet wird.

Somit ermöglicht der Wärmeaustauscher bei einer relativ einfachen Bauart ohne Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage eine Erhöhung ih­ rer Zuverlässigkeit mittels der Minimisierung der Masse des erhitzten Kondensats, die sich im jeweiligen Augenblick in dem Wärmeaustauscher befindet, d. h. mittels einer praktisch vollständigen Vermeidung der Dampfbildung im Wärmeaustauscher bei einer plötzlichen Entlastung der Turbine. Die mehrgehäu­ sige Ausführung (Fig. 2) der Wärmeaustauscher ermöglicht, wie vorstehend angeführt, eine Erhöhung nicht nur der Zu­ verlässigkeit der Turbinenanlage, sondern auch ihrer Wirt­ schaftlichkeit.

Claims (3)

1. Wärmeaustauscher mit einer Kondensatvorwärmeeinheit (2) und einem Kondensatabscheider (3), welche voneinander getrennt und untereinander verbunden sind, mit einem Dampfzuleitungsstutzen (7), einem Kondensatzuleitungs­ stutzen (6) und mit einem Kondensatableitungsstutzen (9), dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatableitungsstutzen (9) im unteren Teil der Kondensatvorwärmeeinheit (2) angeordnet ist, und daß die Kondensatvorwärmeeinheit (2) und der Kondensatab­ scheider (3) untereinander über einen Wasserverschluß (11) in Verbindung stehen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er zusätzlich mindestens eine wei­ tere Kondensatvorwärmeeinheit (18, 19) enthält, die im unteren Teil einen Kondensatableitungsstutzen (20, 21) enthält und mit dem Kondensatabscheider (3) über den ge­ nannten Wasserverschluß (2) verbunden ist, die Konden­ satvorwärmeeinheiten (2, 18, 19) und der Kondensatab­ scheider (3) in je einem besonderen Gehäuse angeordnet sind, und daß der Kondensatabscheider (3) in bezug auf die Kondensatvorwärmeeinheiten (2, 18, 19) derart ange­ ordnet ist, daß die Kondensatstandhöhe in dem Kondensat­ abscheider (3) kleiner ist als die Höhe der Kondensat­ ableitungsstutzen (9, 20, 21) in den Vorwärmeeinheiten (2, 18, 19).

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kondensatabscheider (3) mit einem Zuleitungsstutzen (17) für kaltes Wasser ausgestattet ist, der unter dem Kondensatspiegel im Kon­ densatabscheider (3) angeordnet ist.