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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft die Wärmeenergiewirtschaft, insbesondere ND-Regenerativvorwarmer
und kann ia Uurbinenanlagen von Warme- und Kernkraftwerken verwendet werden.
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Es ist bekannt, dass zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit einer Turbinenanlage
das Heizdampfkondensat des Regenerativvorwarmers zweckmässig dem Kondensathauptstrom
am Ausgang aus diesem Regenerativvorwarmer zugesetzt wird.
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Aber hierbei ist eine Vielzahl von Pumpenausrüstungen, Regelventilen
sowie Schutz- und Automatisierungseinrichtungen erforderlich, wodurch die Kosten
der Turbinenanlage erhöht werden.
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Um die Kosten der Turbinenanlage zu reduzieren werden die Oberflächenvorwärmer
in Gruppen mit einem gemeinsamen Heizdampfkondensatabfluss vereinigt, dh. das Heizdampfkondensat
fliesst aus dem hoher stehenden Apparat zum Dampfraum des tiefer stehenden Apparats
und wird aus dem letzten Apparat von einer Pumpe in die Hauptkondensatleitung gedruckt
siehe, beispielsweise V.Ya.Ryzhkin "Teplovye elektrostantsii" ("Wärmekraftwerke"),
Moskau, "Energie", 1976, Seite 45J. In diesem Falle nimmt der thermische Wirkungsgrad
der Turbinenanlage ein wenig ab infolge der Verringerung des Entnahmedampfstroms
für den niedriger stehenden Regenerativvorwarmer, aber die Zahl der Pumpen und der
Hilfseinrichtungen wird kleiner, wodurch die Zuverlässigkeit der Turbinenanlage
erhöht und die Kosten der Reparaturarbeiten vermindert werden. Die angeSuhrte Lösung
ist optimal fur Regenerativvorwarmer des Oberflächentyps.
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Der gemeinsame Nachteil sämtlicher Regenerativvorwarmer des Oberflächentyps
besteht darin, dass das Hauptkondensat nicht bis auf die Sättigungstemperatur des
Heizdampfs erwärmt werden kann.
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Zur Steigerung des thermischen Wirkungsgrads von Turbinenanlagen
werden in der letzten Zeit weitl"aufig Mischvorwärmer verwendet.
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Es ist ein ND-Regenerativvorwärmer bekannt (siehe, beispielsweise,
SU-ES 355447, veröffentlicht im Jahre 1972), der den Warmeaustauscher und den Eondensatabscheider
enthält, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Der Wärmeaustauscher
weist einen Stutzen zur Dampzufuhr aus der Entnahme kammer der Turbine, einen Stutzen
fur die Zufuhr des Hauptkondensats und einen Stutzen für die Zufuhr eines hochpotentialen
Wärmeträgers, beispielsweise des Heizdampfkondensats aus dem höher liegenden Regenerativvorwärmer,
auf. Der Kon dens atabscheider besitzt einen Abflüßstutzen zur Kondensatabfuhr.
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Ein Nachteil dieses Vorwarmers besteht darin, dass der hochpotentiale
Wärmeträger, der zusammen mit dem Entnahme dampf der Turbine zum Vorwärmen des Hauptkondensats
benutzt wird, in den Dampraum des Wärmeaustauschers geführt wird. Hierbei wird das
Hauptkondensat bis auf diejenige Temperatur erwarmt, bis auf die es von dem Entnahme
dampf aus der Turbine erwarmt werden kann, d.h.
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wird die Wärme des hochpotentialen Wärmeträgers nicht vollstandig
ausgenutzt. Die Dampfentnahme aus der Entnahmekammer der Turbine für diesen Vorwärmer
wird entsprechend kleiner, d.h. wird der Entnahme dampf verdrängt, obzwar zur Erzielung
eines maximalen Wirkungsgrads der Turbinenanlage es zweckmässig ist, die Entnahme
des hoher liegenden Vorwarmers zu verdrangen, d.h. den Entnahmedampf mit einem höheren
Potential.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ND-Regenerativvorwärmer
zu schaffen, der eine Erhohung der Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage mittels
der Erhohung der Ubaperatur, bis auf die das Kondensat erwarmt wird, und der Reduzierung
der Dampfentnahme aus der Turbine ?ur den höher liegenden Vorwärmer ohne Vergrösserung
der Pumpenausrüstung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem ND-Regenerativvorwarmer, der
den Wärmeaustauscher mit Stutzen zur Dampf- und Kondensatzufuhr, den Kondensatabscheider
mit einem Abflußstutzen zur Kondensatabfuhr und einen Stutzen
zur
Zuleitung des zusätzlichen hochpotentialen Wårmeträgers enthält, erfindungsgemäss
dadurch gelöst, dass im unteren Teil des Kondensatabscheiders in Flucht mit dem
Abflußstutzen ein Mischer angeordnet ist, der mit dem Zuleitungsstutzen des hochpotentialen
Wärmeträgers in Verbindung steht.
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Die Zufuhr des zusätzlichen hochpotentialen Xårmeträgers in den unteren
Teil des Wärmeanscheiders gewährleistet eine zusätzliche Erwärmung des sich da befindenden
Kondensat um einen Betrag, der der Höhe des hydrostatischen Drucks der Kondensatsäule
entspricht. Die zusätzliche Erwärmung des Hauptkondensats gestattet es den Dampfstrom
für den höherliegenden Vorwärmer zu reduzieren und die Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage
zu erhöhen (bzw die von der Turbine erzeugte Leistung zu steigern).
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Das Einführen des hochpotentialen Wärmeträgers in das Kondensat über
einen Mischer verhindert das Zustandekommen von Flüssigkeitsschlägen, die infolge
der augenblicklichen Kondensation der Dampfblasen entstehen können.
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Gemäss einer AusSührungsform der Erfindung ist der Mischer als ein
Doroid~ausgebildet, das Löcher an der Innenwand aufweist, wobei über dem Toroid
fluchtend mit ihm eine Scheibe angeordnet ist, deren Durchmesser nicht kleiner ist
als der Toroiddurchmesser, und der Äbflnßstut zen senkrechte radiale Trennwande
besitzt, die in den von dem Toroid begrenzten Raum herausragen.
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Eine derartige Bauart des Mischers ist für Vorwärmer in Turbinenanlagen
grosser Leistung zweckmässig, die mehrere hochpotentiale Wärmequellen aufweisen.
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Anhand der Zeichnung wird die ErSindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt Fig. I einen ND-Regenerativvorwarmer gemss einer der erfindungsgemässen
Ausführungsformen der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II von
Fig. 1 in vergrössertem Maßstab.
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Der erfindungsgemässe ND-Regenerativvorwarmer enthalt die in einem
Gehäuse I (Fig. I) angeordneten einen Wärme -
austauscher 2 und
einen Kondensatabscheider 3, die durch eine trennwand 4 voneinander getrennt sind.
In dem Wärmeaustauscher 2 befinden sich Stutzen 5 zur Dampfzuleitung aus der Dampfentnahmekammer
der Turbine, ein Stutzen 6 fur die Zufuhr des Hauptkondensats, beispielsweise aus
dem Kondensator der Turbinenanlage bzw. aus dem niedriger stehenden Vorwärmer, und
ein Stutzen 7 zur Abfuhr des Dampf-Luft-Gemisches. Zwischen dem Stutzen 6 und der
Trennwand 4 in dem eigentlichen Wärmeaustauscher 2 sind gelochte Teller 8 zum Abfluss
des Kondensats in einzelnen Strahlen angeordnet. Im oberen Teil des eigentlichen
Wärmeaustauschers 2 ist ein Rückschlagventil 9 angebracht, das die Rückströmung
des Dampf zum Strömungsteil der Turbine verhindert. Ein Rohr IO, das von dem Wärmeaustauscher
2 durch den Kondensatabscheider 3 führt, dient zum Überstromen des Kondensats aus
dem Wärmeaustauscher 2 im Notfall.
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Im unteren Teil des Kondensatabscheiders 3 ist ein Abflußstutzen
II zur Kondensatabfuhr angeordnet, sowie ein Stutzen 12 zur Zuleitung des zusätzlichen
hochpotentialen Wärmeträgers, beispielsweise des Heizdampfkondensats aus dem hoher
stehenden Vorwärmer bzw. eine Wärmeaustauscher. Der Stutzen I2 ist über ein Rohr
13 mit einem Mischer verbunden, der in der in Fig. I dargestellten Ausführungsform
der Erfindung ein Toroid 14 darstellt, das fluchtend mit dem Abflußstutzen II angeordnet
ist und an seiner Innenfläche Locher 15 aufweist. Uber dem Toroid 14 ist achsfluchtend
mit ihm eine Scheibe 16 angeordnet, welche von oben den von dem Toroid 14 begrenzten
Raum abdeckt und die Aufgabe hat, das. Aufschwimmen der Dampfblasen im Kondensat
zu verhindern. Es ist augensichtlich, dass der Durchmesser der Scheibe 16 den Innendurchmesser
des Toroids I4 nicht unterschreiten darf. Die Scheibe 16 kann dicht an dem Toroid
14 anliegen bzw. mit einem kleinen Spiel (2 bis 5 mm) ihm gegenuber angeordnet sein.
Um zu verhindern dass sich beim Abfliessen des Kondensats aus dem Kondensatabscheider
3 Trichter bilden, sind im
Oberteil des Abflußstutzens II radial
in bezug zu ihm senkrechte Trennwände I7 (Fig. 2) angeordnet, die in den von dem
Toroid 14 begrenzten Raum herausführen. Aus konstruktiven und technologischen Gründen
sind die senkrechten Trennwände I7 mit der Scheibe I6 (Fig .1) verbunden und stellen
gleichzeitig Stützelemente dieser Scheibe 16 dar. Aber die Trennwände 17 können
auch eine geringere Höhe aufweisen und nicht mit der Scheibe 16 in Verbindung stehen.
In diesem Falle wird die Scheibe 16 zweckmässigerweise am Toroid 14 befestigt.
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Der erfindungsgemässe Regenerativvorwärmer funktioniert wie folgt.
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Das Kondensat aus dem tiefer liegenden Regenerativ vorwärmer der
Turbinenanlage bzw. aus dem Kondensator strömt durch den Stutzen 6 (Fig. I) auf
die gelochten Teller 8 von denen es in vereinzelten Strahlen über die Trennwand
4 zum Kondensatabscheider 3 abfliesst. Der Heizdampf aus der Entnahmekammer der
Turbine wird über den Stutzen 5 in den Wärmeaustauscher 2 geführt, strömt durch
die untere Reihe der Kondensatstrahlen, wird umgelenkt und trifft auf die obere
Reihe der Strahlen, wo es niedergeschlagen wird, hierbei er das Hauptkondensat (d.h.
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das aus dem Stutzen 6 strömende Kondensat) erwärmt und zusammen mit
diesem Kondensat durch die Löcher in der Trennwand 4 zum Kondensatabscheider abfliesst.
Der Weg des Dampfs Und des Kondensats ist in Fig. I durch Pfeile gezeigt.
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Das Heizdampfkondensat aus dem hoher stehenden Oberflächen-Regenerativvorwärmer
bzw. ein anderer Wärmeträger wird über den Stutzen I2 und das Rohr I3 auf den toroidformigen
Mischer I4 geleitet und über seine locher I5 mit dem Hauptkondensatstrom vermischt.
Beim Austritt aus den Löchern 15 des Toroids 14 kocht das Heizdampfkondensat auf
und bildet ein Zweiphasengemisch "Dampf-Wasser". Die Dampfblasen werden von dem
Hauptkondensatstrom zum Abf lußstutzen 11 abgetrieben, kommen in die Zone mit
erhöhtem
Druck, kondensieren, geben ihre Warme an das Hauptkondensat ab und gewährleisten
hierdurch eine zusätzliche Erwärmung dieses Kondensats um einen Betrag, der der
Höhe des hydrostatischen Drucks der Kondensatsaule entspricht. Das Hauptkondensat
strömt durch den Stutzen II in den höherliegenden Regenerativvorwärmer, der einen
Oberflächenvorwärmer darstellt, wobei es bis auf eine höhere Temperatur erwärmt
ist als es der Fall ware, dass die Erwärmung nur mit dem Entnahmedampf der Turbine
bewerkstelligt wird. Aus diesem Grunde wird die Dampfentnahme aus der Turbine für
diesen höherliegenden Regenerativvorwärmer kleiner, was zu einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
der Turbinenanlage führt bzw.
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eine susätzliche Leistung der Turbine gewährleistet.
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Das Hochsteigen der Blasen zum Dampfraum wird durch die Scheibe I6
verhindert0 Der Trichterbildung im Kondensat und dem Zustandekommen grosser Dampfblasen
beugen die senkrechten Trennwände 17 (Fig. 2) vor.
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Die Zuleitung des hochpotentialen Wärmeträgers in den unteren Teil
des Kondensatabscheiders gewahrleistet also eine zusätzliche Erwärmung des Kondensats,
wodurch die Wirtschaftlichkeit der Turbinenlage erhöht wird, und gibt ausserdem
die Möglichkeit, bei aer Turbinenanlage auf eine Gruppe von Entwässerungspumpen
zu verzichten.
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Ungeachtet dessen, dass bei den vorstehend betrachteten Ausfuhrungsformen
der Erfindung der Vorwarmer als ein Mischvorwarmer beschrieben worden ist, ist die
erfindungsgemässe Bauart auch für Oberflächenvorwärmer verwendbar.
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