DE3717521A1 - Kondensator fuer den wasser-dampf-kreislauf einer kraftwerksanlage, insbesondere kernkraftwerksanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator für den Wasser-Dampf- Kreislauf einer Kraftwerksanlage, insbesondere Kernkraftwerks­ anlage mit einem Heizrohrsystem (Sparger) im mit Kondensat ge­ füllten unteren Teil, wobei durch an den Heizrohren vorgesehene Düsen in das Kondensat hineingedrücktes Heizkondensat oder Heizdampf das Kondensat aufheizt und dadurch gelöste Gase aus dem Kondensat austreibt.

In Dampfkraftanlagen ohne Speisewasserbehälter, beispielsweise in Kernkraftwerken von Herstellern aus den USA ist im Kondensa­ tor ein Heizrohrsystem (Sparger) installiert, das beim Anfahren mit Hilfsdampf und während des Leistungsbetriebes mit Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf gespeist wird. Das System ist bei diesen Anlagen so ausgelegt, daß nur die im unteren Lastbereich anfallenden Kondensatmengen ausreichend aufheizbar sind, um das Kondensat zuverlässig zu entgasen. Außerdem ergeben sich bei dieser Anordnung weitere Probleme mit der Entgasung des Konden­ sats, weil im Teillastbereich die Luftabsaugeaggregate häufig überlastet sind und die durch die Entgasung freiwerdenden Gase über ein Luftkühlerbündel nicht ausreichend abgesaugt werden können. Wird eine Deionatversorgung zugeschaltet, so erhöht sich in unerwünschter Weise der Sauerstoffgehalt im Kondensat zusätzlich, da das Deionat beim Ablaufen an der Berohrung zusätzlich Sauerstoff aufnimmt.

Über die Aufheizung des Kondensats soll eine unzulässige Kon­ zentration des Sauerstoffgehaltes im Kondensat vermieden wer­ den. Das Ausmaß der Aufheizung des Kondensats wird bei der be­ kannten Anordnung durch probeweise Messung des Sauerstoffgehal­ tes ermittelt. Dadurch ist eine Überhitzung und Verdampfung des Kondensats nicht ausgeschlossen, weil die Aufheizung weitgehend unkontrolliert erfolgt. Dies führt darüber hinaus zu relativ großen Wärmeverlusten und unter Umständen sogar zu Leistungs­ einbußen des Kraftwerkes, wenn das Heizrohrsystem länger als unbedingt nötig in Betrieb ist. Darüber hinaus besteht beim Auftreten erhöhter Kondensattemperaturen die Gefahr, daß die Kondensatpumpen durch Kavitation geschädigt werden.

In den bekannten Anlagen ist das Heizrohrsystem aus unlegiertem Kohlenstoffstahl hergestellt. Bei intermittierender Betriebs­ weise entstehen dann Korrosionen. Die Korrosionsprodukte können im Betrieb in den Dampferzeuger, bei Siedewasser-Kernreaktoren sogar in den Kernreaktor, eingetragen werden. Um die Korrosions­ produkte zu beseitigen, wird soweit vorhanden, eine Kondensat­ reinigungseinrichtung häufig und lange in Betrieb gesetzt, so daß zusätzliche Betriebskosten entstehen. Mit dem Speisewasser in den Dampferzeuger eingetragene Korrosionsprodukte verursa­ chen dort in der Folge erhebliche Korrosionsprobleme an der Be­ rohrung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde zur Aufheizung des Kondensats in Kondensatoren großer Kraftwerksanlagen mit Wasser-Dampf-Kreislauf in einem geschlossenen System ein Heiz­ rohrsystem zu schaffen, das unabhängig vom Betriebszustand bis hin zu einer zulässigen zeitweisen Überlastung des Wasser- Dampf-Kreislaufes eine zuverlässige Entgasung des Kondensats gewährleistet und dadurch eine Korrosion der Bauteile des Kondensators sowie der nachgeschalteten Baugruppen weitgehend verhindert, sowie gleichzeitig eine unzulässige Aufheizung des Kondensats vermeidet und dadurch sowohl das Auftreten von Kavitation an einer Kondensatpumpe ausschließt als auch eine Wirkungsgradverschlechterung der Gesamtanlage eng begrenzt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kondensator der eingangs genannten Art dadurch gelöst,

• - daß die Heizleistung des Heizrohrsystems über die Menge des Heizkondensats bzw. des Heizdampfes durch ein von einem Pro­ portionalregler betätigtes Heizleitungsventil einstellbar ist,
• - daß der Proportionalregler von einem Meßgrößenwandler in Ab­ hängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Kondensats und in Abhän­ gigkeit von der Differenz der Temperatur des Kondensats von der Kondensationstemperatur des zu kondensierenden Dampfes beaufschlagt ist und
• - daß der Meßgrößenwandler dem Proportionalregler ein ein Öffnen des zugehörigen Heizleitungsventils verursachendes Meßergebnis nur weitergibt, solange eine zur Absaugung der ausgetriebenen Gase vorgesehene Vakuumpumpe in Betrieb ist.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kondensator zwei Kondensationskammern aufweist, deren jeder mindestens ein Heizrohrsystem, ein Proportionalregler und ein Meßgrößenwandler zugeordnet ist, daß die Kondensations­ temperatur aus dem mittleren Druck des im Kondensator zu konden­ sierenden Dampfes abgeleitet ist und daß die Temperatur des Kondensats über mehrere Meßsonden ermittelt ist, von denen mindestens eine oberhalb des Heizrohrsystems angeordnet ist.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist die Heiz­ leistung des Heizrohrsystems vorrangig durch die Unterkühlung des Kondensats (die Differenz der Temperatur des Kondensats von der Kondensationstemperatur) bestimmt, wobei die Heizleistung umgekehrt proportional der Differenz ist, so daß die Aufheizzeit bei einer kleinen Differenz größer ist als bei einer großen Differenz. Es ist dicht über dem Kondensat eine Absaugevorrichtung vorgesehen, die durch eine Leitung mit dem Luftkühler des Kondensators verbunden ist.

Der erfindungsgemäß ausgeführte und beschaltete Kondensator er­ möglicht eine zuverlässige Entgasung des Kondensats und gewähr­ leistet dadurch infolge von fehlendem Sauerstoff einen weit­ gehend korrosionsfreien Betrieb, so daß gleichzeitig auch die Folgeprobleme, insbesondere die durch Korrosionsprodukte ver­ ursachten Folgeprobleme vermieden sind, wobei eine nennenswerte Wirkungsgradverschlechterung der Gesamtanlage durch die gezielt beschränkte Aufheizung des Kondensats vermieden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeich­ nung näher erläutert.

Ein in einem Wasser-Dampf-Kreislauf einer Kraftwerksanlage einer Turbine nachgeschalteter Kondensator hat zwei Kammern 1, deren jede mit ihrem oberen Ende an den Auslaß einer Niederdruckturbine angeschlossen ist. Quer zur Dampfströmungs­ richtung, senkrecht zur Zeichnungsebene werden beide Kammern in den schraffiert dargestellten von punktgestrichelten Linien begrenzten Feldern 3 von einer sehr großen Anzahl von Röhren durchsetzt, durch die Kühlflüssigkeit strömt. Der Dampf kondensiert an der Außenseite der Röhren und das dadurch gebildete Kondensat tropft nach unten, wobei es den Kondensator bis an einen Pegel 4 füllt.

Im unteren Drittel des dampfgefüllten Raumes des Kondensators ist ein nach unten offener, nach oben durch dachartige gegeneinander geneigte Wände gebildeter Luftkühler 5 vorgesehen, der mit einem an seinem First verlegten Absaugrohr 6 über ein Rohr 7 an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen ist. Der von dem Luftkühler 5 umfaßte Raum ist ebenfalls von einer Vielzahl von kühlflüssigkeitsdurchströmten Röhren durchsetzt, so daß dort der Partialdruck des Wasserdampfes sehr klein ist und im wesentlichen nur die übrigen Gase abgesogen werden.

Jeder Kammer 1 ist eine Kondensatleitung 8 zugeordnet, durch die eine Kondensatpumpe 9 das Kondensat in einen nicht darge­ stellten Speisewasservorwärmer fördert. Parallel zur Kondensat­ pumpe 9 liegt eine Rückleitung 10 mit einem Spülsystem 11, das gerade so viel Kondensat durch die Rückleitung 10 in den Kondensator zurückströmen läßt, daß Stillstandskorrosion im Heizleitungssystem bei geschlossenem Ventil 13 vermieden ist.

Der Austritt des zurückgeförderten Kondensats in den Kondensa­ tor erfolgt durch von einem Heizrohrsystem 12 getragene Düsen, wobei jede Kammer 1 ein eigenes Heizrohrsystem 12 aufweist. Je­ des der Heizrohrsysteme 12 liegt vollständig unterhalb des Pe­ gels 4 und ermöglicht ein geregeltes Erwärmen des Kondensats. Hierzu öffnet nach dem vollständigen Verschließen des Spül­ ventils 11 ein Heizventil 13 in einer Heizdampf oder Heizkon­ densat führenden Heizleitung 14.

Dabei wird die Durchflußmenge durch einen über eine Steuerlei­ tung 15 auf das Heizventil 13 wirkenden Proportionalregler 16 und das vorhergehende Schließen des Spülventils 11 über eine Steuerleitung 18 unmittelbar von einem Meßgrößenwandler 17 ver­ anlaßt, dessen Ausgang außerdem mit dem Eingang des Proportio­ nalreglers 16 verbunden ist. Für die Stellung des Spülventils 11 erfolgen Rückmeldungen über eine Meßleitung 19 und für die Stellung des Heizventils 13 erfolgen Rückmeldungen über eine Meßleitung 20 jeweils an den Meßgrößenwandler 17. Über eine Meßleitung 21 erhält der Meßgrößenwandler 17 Werte über den Betriebszustand der nicht dargestellten am Ende der Rohre 7 liegenden Vakuumpumpen.

Der Meßgrößenwandler 17 erhält darüber hinaus weitere Meßwerte, und zwar über eine Meßleitung 22 über den Sauerstoffgehalt und über eine Meßleitung 23 über die Temperatur im Kondensat, sowie über eine Meßleitung 24 über den mittleren Druck im Dampfraum des Kondensators und über eine Meßleitung 25 über die Kondensat­ temperatur am Saugstutzen der Kondensatpumpe 9.

Der im Normalbetrieb der Anlage aus der Niederdruckturbine in eine der Kammern 1 einströmende Dampf wird an den kühlmitteldurchströmten Röhren in den Feldern 3, wie oben erwähnt, abgekühlt und kondensiert. Das Kondensat fließt in den unteren Teil des Kondensators und füllt diesen bis an den Pegel 4. Der im unteren Drittel des Dampfraumes des Kondensators vorgesehene Luftkühler 5 kühlt den auch in einem geschlossenen Kreislauf unvermeidbar mit geringen Mengen von im Wasserdampf­ kondensator nicht kondensierbaren Gasen, beispielsweise mit Sauerstoff, vermischten Niederdruckdampf weiter ab. Innerhalb des Luftkühlers 5 erreicht der Partialdruck des Wasserdampfes dabei einen Minimalwert, so daß über das Absaugrohr 6 vermehrt die unerwünschten Gase, beispielsweise Sauerstoff, abgezogen werden.

Das nach unten ablaufende Kondensat nimmt jedoch auf seinem Weg begierig wieder Gase auf, die, wenn keine weitergehenden Entgasungsmöglichkeiten vorgesehen sind, nicht bis in den Luftkühler 5 gelangen. Das Kondensat im unteren Teil des Kondensators enthält demzufolge gelöste Gase. Das Kondensat wird beim Vorhandensein eines Speisewasserbehälters in der Regel dort entgast.

Beim Fehlen eines Speisewasserbehälters ist es daher zweckmäßig die gelösten Gase schon im Kondensator auszutreiben. Hierzu wird das an sich deutlich unterkühlt in den unteren Teil des Kondensators gelangende Kondensat bis dicht unter die dem Druck im Dampfteil des Kondensators entsprechende Kondensations­ temperatur aufgeheizt, so daß es seine Lösungsfähigkeit für Gase praktisch verliert. Die aus dem Kondensat aufsteigenden Gasblasen werden dicht über dem Pegel 4 von einer Absauge­ vorrichtung 26 aufgefangen und über ein Rohr 27 dem Luftfühler 5 zugeleitet.

Die Aufheizung des Kondensats erfolgt erfindungsgemäß durch Re­ gelung der Menge des zugeführten Heizkondensats oder Heiz­ dampfes. Das diese Menge einstellende Heizventil 13 ist seiner­ seits von dem Proportionalregler 16 mindestens in Abhängigkeit von der Unterkühlung und dem Sauerstoffgehalt des Kondensats eingestellt, deren Größe aus den über die Meßleitungen 22, 23 und 24 gelieferten Meßwerten vom Meßgrößenwandler 17 ermittelt wird. Daraus abgeleitete Signale gelangen über den Ausgang des Meßgrößenwandlers 17 an den Eingang des Proportionalreglers 16. Der Proportionalregler 16 ist über den Meßgrößenwandler 17 außerdem in Abhängigkeit von der Kondensat­ temperatur am Saugstutzen der Kondensatpumpe 9 beaufschlagt. Grundvoraussetzung für ein Öffnen des Heizventils 13 ist jedoch, daß das zugehörige Auffüllventil 11 geschlossen und die zugehörige Vakuumpumpe über die Meßleitung 21 als in Betrieb gemeldet ist.

Durch die geregelt erfolgende Aufheizung des Kondensats ist ge­ währleistet, daß einerseits die Funktion und die Leistung des Kondensators nicht beeinträchtigt ist und daß andererseits keine im Kondensat gelösten Gase mit in den Wasser-Dampf-Kreis­ lauf gefördert werden, wo insbesondere der Sauerstoff durch Bildung von Korrosionsprodukten unerwünschte Folgeerscheinungen verursachen würde. Eine stärkere Aufheizung des Kondensats, möglicherweise bis über die Kondensationstemperatur im Dampfraum des Kondensators, würde darüber hinaus den Wirkungsgrad der Gesamtanlage verschlechtern, und ist durch die erfindungsgemäße Anordnung sicher verhindert.

Claims (8)

1. Kondensator für den Wasser-Dampf-Kreislauf einer Kraftwerks­ anlage, insbesondere Kernkraftwerksanlage, mit einem Heizrohr­ system (12) (Sparger) im mit Kondensat gefüllten unteren Teil, wobei durch an den Heizrohren vorgesehenen Düsen in das Konden­ sat hineingedrücktes Heizkondensat oder Heizdampf das Kondensat aufheizt und dadurch gelöste Gase aus dem Kondensat austreibt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Heizleistung des Heizrohrsystems (12) über die Menge des Heizkondensats bzw. des Heizdampfes durch ein von einem Proportionalregler (16) betätigtes Heizventil (13) einstell­ bar ist,
• - daß der Proportionalregler (16) von einem Meßgrößenwandler (17) mindestens in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt und von der Unterkühlung des Kondensats beaufschlagt ist, wobei die Unterkühlung gleich der Differenz der Temperatur des Konden­ sats von der Kondensationstemperatur des zu kondensierenden Dampfes ist und
• - daß der Meßgrößenwandler (17) dem Proportionalregler (16) ein ein Öffnen des zugehörigen Heizventils (13) verursachendes Meßergebnis nur weitergibt, solange eine zur Absaugung der ausgetriebenen Gase vorgesehene Vakuumpumpe in Betrieb ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er zwei Kondensationskammern (1) auf­ weist, deren jeder mindestens ein Heizrohrsystem (12), ein Pro­ portionalregler (16) und ein Meßgrößenwandler (17) zugeordnet ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kondensationstemperatur aus dem mittleren Druck des im Kondensator zu kondensierenden Dampfes abgeleitet ist.

4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kondensats über mehrere Meßsonden ermittelt ist, von denen mindestens eine oberhalb des Heizrohrsystems (12) angeordnet ist.

5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Heizrohr­ systems (12) vorrangig durch die Unterkühlung des Kondensats bestimmt ist, wobei die Heizleistung überproportional zur Unter­ kühlung ist, so daß die Aufheizzeit bei einer kleinen Unterküh­ lung größer ist als bei einer starken Unterkühlung.

6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufheizzeit und beim Betrieb im unteren Leistungsbereich auf das Einspeisen von Deionat in den Kondensator verzichtet ist oder das Deionat unterhalb des Heizrohrsystems (12) direkt in das Kondensat eingeleitet ist.

7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dicht über dem Pegel (4) des Kondensats eine Absaugevorrichtung (26) vorgesehen ist, die durch eine Leitung mit dem Luftkühler (5) des Kondensators oder einem zu einer Vakuumpumpe führenden Rohr (7) verbunden ist.

8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Stillstandskorrosion im Heizrohrsystem (12) verhindert ist, indem zwischen einzelnen Aufheizzeiten ein Teil des durch die Kondensatpumpe (9) geförderten Kondensats über ein Spülventil (11) und durch das Heizrohrsystem (12) in den Kondensator zurückgefördert wird.