DE3803197C1

DE3803197C1 -

Info

Publication number: DE3803197C1
Application number: DE3803197A
Authority: DE
Inventors: Helmuth 8016 Feldkirchen De Sauerbrey
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1989-07-27
Also published as: NO171873B; EP0327488B1; DE58900034D1; NO890393D0; ATE59225T1; NO890393L; EP0327488A1; NO171873C; DD283456A5

Abstract

The invention relates to a condenser having a housing, which consists of a cylindrical housing surface (1), a housing bottom (3) and a housing lid (2), a steam inlet (4), a condensate collecting chamber (21), a condensate exhaust (16), and having an inlet (12) and an outlet (13) for a cooling medium which is guided inside the condenser housing through piping (11). In order further to develop a condenser of the type according to the generic concept in such a way that it can be used in vertically guided exhaust steam lines, which conduct exhaust steam virtually reduced to ambient pressure, and also to guarantee reliable removal of the exhaust steam from the expansion vessel in the event of breakdown of the coolent supply, the equipment is characterised by a design which is as simple and as compact as possible so that it can also be retrofitted without difficulty in existing plants. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a capacitor with the features of Preamble of claim 1.

Aufgabe derartiger Geräte ist es, ein dampfförmiges Medium, insbesondere Wasserdampf mit einem Kühlmedium in einen indirekten Kontakt zu bringen und dadurch soweit abzukühlen, daß es in flüssiger Form abgeschieden wird und abgeleitet werden kann. Das dampfförmige Medium steht dabei unter einem gewissen Druck, der deutlich oberhalb des Umgehungsdrucks liegt. Kondensatoren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gehören zum allgemeinen bekannten Stand der Technik, wie auch bspw. in der DE-Literaturstelle "Heiz- und Klimatechnik" (Rietschel/Raiß; Springer Verlag, 15. Aufl. Bd. 1, Seite 263) beschrie ben ist.The task of such devices is, in particular, a vaporous medium Bring water vapor into indirect contact with a cooling medium and thereby cool to the extent that it separated in liquid form is and can be derived. The vaporous medium is there under a certain pressure that is well above the bypass pressure lies. Capacitors with the in the preamble of claim 1 mentioned features belong to the generally known prior art, as also, for example, in the DE reference "heating and air conditioning technology" (Rietschel / Raiß; Springer Verlag, 15th edition, vol. 1, page 263) ben is.

Weiterhin ist es bekannt, bei thermischen Prozessen (z. B. in Kraftwerken, Fernheizwerken) Notabläufe von unter Druck stehenden heißen Wässern, Kondensatabläufe von überhitztem Wasserdampf oder Anfahrleitungen von Dampfsystemen in einem Entspannungsgefäß auf nahezu atmosphärischen Druck zu entspannen. Die sich dabei bildende Abdampfung wird üblicherweise mittels einer vertikal nach oben geführten Abdampfleitung in die Atmosphäre abgeleitet.Furthermore, it is known for thermal processes (e.g. in Power plants, district heating plants) emergency drains of pressurized hot Water, condensate drains from superheated steam or Start-up lines of steam systems in a relaxation vessel to almost to relax atmospheric pressure. The one that forms Evaporation is usually done vertically upwards guided exhaust steam pipe discharged into the atmosphere.

Diese Vorgehensweise ist mit dem Nachteil verbunden, daß nennenswerte Energiemengen - typischerweise liegt die Abdampftemperatur bei ca. 105°C - ungenutzt freigesetzt werden. Darüber hinaus geht auch ein Teil des im Prozeß benötigten Brauchwassers, dessen Aufbereitung mit entsprechenden Kosten verbunden ist, verloren. Schließlich ist auch auf Beeinträchtigungen der Umwelt durch die abgelassenen Dampfschwaden (z. B. im Winter Vereisungsgefahr) hinzuweisen. This procedure has the disadvantage that it is noteworthy Amounts of energy - typically the evaporation temperature is approx. 105 ° C - released unused. There is also a part of the process water required in the process, its treatment with related costs is lost. Finally, too Impairment of the environment by the drained off steam (e.g. point out the risk of icing in winter).

Es besteht daher der Wunsch, die Abgabe von Dampfschwaden nach Möglichkeit völlig zu vermeiden. Hierzu würde sich an sich der Einsatz eines Kondensators bekannter Bauart anbieten; für die Kondensation von nahezu auf atmosphärischen Druck entspanntem Wasserdampf sind die bekannten Kondensatoren unter den geformten Einsatzbedingungen jedoch nicht geeignet. Dies ist insbesondere deswegen der Fall, weil die Funktion eines nahezu drucklosen Ablassens des Abdampfes aus dem Entspannungsgefäß auch unter der Bedingung gesichert sein muß, daß das im Kondensator benutzte Kühlmittel nicht oder nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht. Bei den bekannten Kondensatoren würde es in einem solchen Störungsfall zu einem unzulässigen Druckanstieg im Entspannungsgefäß kommen, da der Abdampf nicht oder nicht schnell genug kondensiert und auch nicht anderweitig abgeleitet würde.There is therefore a desire to dispense steam vapors after Possibility to avoid completely. This would in itself be the stake offer a capacitor of a known type; for the condensation of The water vapor is released almost to atmospheric pressure known capacitors under the shaped conditions of use, however not suitable. This is particularly the case because the Function of an almost pressure-free discharge of the exhaust steam from the Relaxation vessel must also be secured on the condition that the Coolant used in the condenser is insufficient or insufficient Amounts are available. In the known capacitors, it would be in such a malfunction leads to an impermissible increase in pressure in the Relaxation vessels come because the steam does not flow or does not flow quickly enough would be condensed and not otherwise derived.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kondensator der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, daß er in vertikal geführten Abdampfleitungen, in denen praktisch auf Umgebungsdruck entspannter Abdampf geführt wird, einsetzbar ist und auch bei Störungen der Kühlmittelzufuhr eine sichere Ableitung des Abdampfes aus dem Entspannungsgefäß gewährleistet. Das Gerät soll sich durch eine einfache und möglichst kompakte Bauweise auszeichnen, um auch in vorhandenen Anlagen ohne Schwierigkeiten noch nachträglich eingebaut werden zu können.The object of the invention is therefore a capacitor Generic type to evolve so that it is guided vertically Exhaust pipes in which practically relaxed to ambient pressure Exhaust steam is guided, can be used and also in the event of malfunctions Coolant supply ensures safe discharge of the exhaust steam from the Relaxation vessel guaranteed. The device is said to be simple and distinguish as compact a design as possible so that they can be used in existing ones Plants can be retrofitted without difficulty can.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch einen gattungsgemäßen Kondensator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 -7 angegeben.This object is achieved according to the invention by a generic Capacitor with the characterizing features of patent claim 1. Advantageous developments of the invention are in the subclaims 2 -7 specified.

Die Ausführung eines Kondensators in stehender Bauart, wobei der Konden satormantel eine zylindrische Form hat, ist im übrigen aus der CH-PS 3 89 659 bekannt.The execution of a condenser in a standing design, the condens satormantel has a cylindrical shape, is otherwise from the CH-PS 3 89 659 known.

Ferner sei unter Bezug auf den Anspruch 7 auf die DE-OS 15 01 344 ver wiesen, aus der die Kondensatableitung mittels einer vom Gehäuseboden ausgehenden Rohrleitung, die in ein vertikal ausgerichtetes Rohr mündet, bekannt ist.Furthermore, refer to claim 7 to DE-OS 15 01 344 ver from which the condensate drainage by means of a from the housing bottom outgoing pipeline that opens into a vertically aligned pipe, is known.

Anhand des in der Abbildung dargestellte Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.Based on the embodiment shown in the figure Invention explained in more detail below.

Der dargestellte Kondensator weist ein Blechgehäuse mit vorzugsweise Kreisquerschnitt auf. Die Querschnittsform kann aber ohne weiteres auch anders, z. B. quadratisch, gestaltet sein. In der bevorzugten Form besteht das Gehäuse aus einem zylinderrohrförmigen Gehäusemantel 1, der oben durch einen Gehäusedeckel 2 und unten durch einen Gehäuseboden 3 verschlossen ist. Als Dampfeinlaß 4 ist ein Rohrstutzen durch den Gehäuseboden 3 nach außen geführt. Nach innen ist der Dampfeinlaß 4 als Siebrohr 5 fortgesetzt, wobei die Anordnung des Rohrstutzens und des Siebrohres 5 etwa koaxial zur vertikalen Längsachse des Gehäusemantels 1 ist. Das Siebrohr 5 endet im Abstand vor dem Gehäusedeckel 2 und ist mit einem Deckel 20 oben verschlossen. Im Inneren des Kondensators ist im Abstand von dem Gehäusemantel 1 ein Innenmantel 6 angeordnet, der vorzugsweise koaxial zum Gehäusemantel 1 ausgerichtet ist. Zwischen dem Gehäusemantel 1 und dem Innenmantel 6 wird somit ein Ringspalt 8 und zwischen dem Innenmantel 6 und dem Siebrohr 5 ein ebenfalls ringförmiger Raum gebildet, durch die die Wärmetauscherrohre 11 für die Durchleitung eines Kühlmediums geführt sind und der die eigentliche Kondensationskammer darstellt.The capacitor shown has a sheet metal housing, preferably with a circular cross section. The cross-sectional shape can also be easily different, e.g. B. square. In the preferred form, the housing consists of a cylindrical tubular housing jacket 1 , which is closed at the top by a housing cover 2 and at the bottom by a housing base 3 . As a steam inlet 4 , a pipe socket is guided through the housing base 3 to the outside. On the inside, the steam inlet 4 is continued as a sieve tube 5 , the arrangement of the pipe socket and the sieve tube 5 being approximately coaxial with the vertical longitudinal axis of the housing shell 1 . The sieve tube 5 ends at a distance in front of the housing cover 2 and is closed at the top with a cover 20 . In the interior of the capacitor, an inner jacket 6 is arranged at a distance from the housing jacket 1 , which is preferably aligned coaxially to the housing jacket 1 . Between the casing jacket 1 and the inner shell 6 is an annular gap 8, and between the inner shell 6 and the perforated tube 5 is formed a likewise annular space thus, through the heat exchanger tubes 11 are made for the passage of a cooling medium and represents the actual condensation chamber.

Der Innenmantel 6 ist nach oben durch einen Innendeckel 7 abgedichtet, nach unten hin jedoch offen. Im Gegensatz hierzu besitzt der Ringspalt 8 nach oben eine Verbindung zu einem Dampfsammelraum 9, der durch den Gehäusedeckel 2 und den Innendeckel 7 gebildet wird. Dieser Dampfsammelraum 9 weist einen als Rohrstutzen ausgebildeten Dampf-Notauslaß 10 auf, dessen Funktion weiter unten noch erläutert wird. The inner jacket 6 is sealed at the top by an inner cover 7 , but is open at the bottom. In contrast to this, the annular gap 8 has an upward connection to a steam collecting space 9 , which is formed by the housing cover 2 and the inner cover 7 . This steam collecting space 9 has a steam emergency outlet 10 designed as a pipe socket, the function of which will be explained further below.

Entsprechend der bevorzugten Ausführung weist der Kondensator eine stehende Bauart mit im wesentlichen vertikal verlaufenden Wärmetauscherrohren 11 für das Kühlmedium auf, die vorteilhaft in Schleifenform verlaufen. Der Kühlmitteleinlaß 12 und der Kühlmittelauslaß 13 ist jeweils von außen durch den Gehäusemantel 1 geführt; beide enden entsprechend der zylindrischen Gehäuseform in Ringverteilern 14 und 15, an die die schleifenförmigen Wärmetauscherrohre 11 angeschlossen sind. Einer der Anschlüsse für das Kühlmedium oder beide könnten selbstverständlich auch durch den Gehäuseboden 3 oder den Gehäusedeckel 2 geführt werden. Die Wärmetauscherrohre 11 könnten anstelle der Schleifenform auch ohne Rückführung zur Gehäuseseite des Kühlmitteleintritts z. B. transversal oder spiralförmig durch den Kondensationsraum verlaufen. Wesentlich ist nur, daß ein nach oben und unten abgedichteter Kondensationsraum entsteht. Letzteres ist dadurch sichergestellt, daß der Mantel 6 im Betriebsfall bis unter die in der Abbildung als gestrichelte Horizontale eingezeichnete Füllstandslinie des im unteren Teil des Gehäuses befindlichen Kondensatsammelraumes 21 reicht, der Innenmantel 6 also in das Kondensat eintaucht. Umgekehrt muß der Rohrstutzen des Dampfeinlaß' 4 über diese Füllstandslinie nach oben hinausragen, damit das gesammelte Kondensat nicht durch den Dampfeinlaß entweichen kann. Die Füllstandshöhe wird durch die Gestaltung der Kondensatableitung als Siphon, genauer gesagt durch die Überlaufhöhe in einem Siphon festgelegt. Der Siphon kann z. B. in Form eines umgekehrt angeordneten U-Rohrbogens oder auch in der in der Abbildung dargestellten Form gestaltet sein: Ein Rohrbogen 16 führt das Kondensat durch den Gehäuseboden 3 in ein vertikal stehendes Mantelrohr 17, dessen obere und untere Stirnflächen mit Böden verschlossen sind. Durch den unteren Boden des Mantelrohres 17 führt ein Überlaufstandrohr 18 für die Ableitung des Kondensates nach außen. According to the preferred embodiment, the condenser has an upright design with heat exchanger tubes 11 for the cooling medium which run essentially vertically and which advantageously run in the form of a loop. The coolant inlet 12 and the coolant outlet 13 are each guided from the outside through the housing jacket 1 ; both end in accordance with the cylindrical housing shape in ring manifolds 14 and 15 , to which the loop-shaped heat exchanger tubes 11 are connected. One of the connections for the cooling medium or both could of course also be led through the housing base 3 or the housing cover 2 . The heat exchanger tubes 11 could instead of the loop shape without return to the housing side of the coolant inlet z. B. run transversely or spirally through the condensation space. It is only essential that a condensation space sealed upwards and downwards is created. The latter is ensured by the fact that the jacket 6 extends below the fill line of the condensate collecting space 21 located in the lower part of the housing in the case of operation, so that the inner jacket 6 is immersed in the condensate. Conversely, the pipe socket of the steam inlet 4 must protrude above this filling line so that the condensate collected cannot escape through the steam inlet. The level is determined by the design of the condensate drain as a siphon, more precisely by the overflow height in a siphon. The siphon can e.g. B. in the form of an inverted U-tube bend or in the form shown in the figure: A tube bend 16 guides the condensate through the housing base 3 into a vertically standing jacket tube 17 , the upper and lower end faces of which are closed with bottoms. An overflow standpipe 18 leads through the lower bottom of the casing tube 17 for the discharge of the condensate to the outside.

Die Länge dieses Überlaufstandrohres 18 bestimmt die Höhenlage, bei der das Kondensat von dem Mantelrohr in das Überlaufstandrohr 18 abläuft, also letztlich die Füllstandshöhe im Kondensator. Damit in dem Mantelrohr 17 oberhalb des Kondensatspiegels weder Unter- noch Überdruck entstehen kann, wird das Mantelrohr 17 zweckmäßigerweise durch seinen oberen Deckel hindurch über die Rohrleitung 19 mit dem Ringspalt 8, der stets Umgebungsdruck aufweist, verbunden. Zweckmäßigerweise sollten die Wärmetauscherrohre 11 in den Kondensatsammelraum hineinragen, um eine Unterkühlung des gebildeten Kondensates zu erreichen.The length of this overflow standpipe 18 determines the height at which the condensate drains from the jacket pipe into the overflow standpipe 18 , that is to say ultimately the fill level in the condenser. So that neither underpressure nor overpressure can arise in the jacket tube 17 above the condensate level, the jacket tube 17 is expediently connected through its upper cover via the pipeline 19 to the annular gap 8 , which always has ambient pressure. The heat exchanger tubes 11 should expediently protrude into the condensate collecting space in order to achieve subcooling of the condensate formed.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kondensators ist wie folgt:The operation of the capacitor according to the invention is as follows:

Durch den Dampfeinlaß 4 wird nahezu auf Umgebungsdruck entspannter Wasserdampf bei einer Temperatur von z. B. 105°C nach oben in den Kondensator eingeleitet. Der Dampf tritt in radialer Richtung durch das Siebrohr 5 hindurch in den Kondensationsraum und trifft bezogen auf die Achsen der Wärmetauscherrohre 11 etwa senkrecht auf diese Rohre auf. Die Wärmetauscherrohre 11 sind von einem Kühlmittel, z. B. von 60°C warmem Wasser aus dem Rücklauf einer Gebäudeheizung oder einer Fernheizung durchströmt. Unter Wärmeabgabe an das Kühlmittel kondensiert der Dampf auf der Oberfläche der Wärmetauscherrohre 11 und läuft in den Kondensatsammelraum 21 ab. Durch die Höhe des Überlaufstandrohres 18 im Mantelrohr 17 der Kondensatableitung wird die Füllstandshöhe des Kondensates im Kondensatsammelraum 21 stets auf derselben Höhe gehalten. Da die Wärmetauscherrohre 11 in das Kondensat hineintauchen, wird das Kondensat deutlich unter den Siedepunkt abgekühlt. Die aus dem Abdampf vom Kühlmittel aufgenommene Abwärme steht für eine anderweitige Verwendung (z. B. Gebäudeheizung) zur Verfügung und geht nicht verloren. Through the steam inlet 4 relaxed steam at a temperature of z. B. 105 ° C introduced into the condenser. The steam flows in a radial direction through the sieve tube 5 into the condensation space and, with respect to the axes of the heat exchanger tubes 11 , strikes these tubes approximately perpendicularly. The heat exchanger tubes 11 are of a coolant, for. B. from 60 ° C warm water from the return of a building heating or district heating. With the heat being given off to the coolant, the steam condenses on the surface of the heat exchanger tubes 11 and runs off into the condensate collecting space 21 . Due to the height of the overflow stand pipe 18 in the casing pipe 17 of the condensate drain, the fill level of the condensate in the condensate collecting space 21 is always kept at the same level. Since the heat exchanger tubes 11 are immersed in the condensate, the condensate is cooled significantly below the boiling point. The waste heat absorbed by the coolant from the exhaust steam is available for other use (e.g. building heating) and is not lost.

Darüber hinaus wird auch das Prozeßwasser, das bei einer einfachen Dampfableitung nach dem Stand der Technik kontinuierlich eingebüßt würde, in Form des Kondensates mitsamt der darin enthaltenen thermischen Energie zurückgewonnen und kann mittels Pumpen in den thermischen Prozeß, in dem der Abdampf angefallen ist, zurückbefördert werden. Dadurch werden Energie- und Wasseraufbereitungskosten eingespart.In addition, the process water that is used in a simple Vapor drainage according to the prior art is continuously lost would, in the form of the condensate together with the contained therein recovered thermal energy and can be pumped into the thermal process in which the evaporation has occurred is conveyed back will. This will reduce energy and water treatment costs saved.

Im Störungsfall, wenn nicht genügend Kühlmittel zur Kondensation des Abdampfes zur Verfügung steht, gewährleistet der erfindungsgemäße Kondensator dennoch in einfacher Weise eine sichere Ableitung des Abdampfes, so daß es nicht zu störenden Rückwirkungen auf den thermischen Prozeß kommen kann. Da bei Kühlmittelmangel nicht genügend Dampf kondensiert wird, steigt der Dampfdruck in der Kondensationskammer geringfügig an. Hierdurch wird der Kondensatspiegel im Bereich zwischen dem Mantel 6 und dem Rohrstutzen des Dampfeinlaß' 4 nach unten gedrückt, bis der Füllstand den unteren Rand des Innenmantels 6 erreicht hat. Die verdrängte Kondensatmenge fließt durch das Überlaufstandrohr 18 ab. Sobald der Kondensatspiegel den unteren Rand des Innenmantels 6 erreicht hat, kann der überschüssige Dampf zunächst in den Ringraum 8, über diesen in den Dampfsammelraum 9 und schließlich über den Dampf-Notauslaß 10 in die Atmosphäre abgeleitet werden. Durch entsprechende Beeinflussung der Höhendifferenz zwischen der Unterseite des Innenmantels 6 und der Oberkante des Überlaufstandrohres 18 kann der Druckanstieg im Kondensationsraum gegenüber dem Normalbetrieb auf beliebig kleine Werte eingestellt werden, so daß der Druckanstieg keine Rückwirkungen auf den thermischen Prozeß hat. Andererseits gewährleistet die erfindungsgemäße Konstruktion mit einfachsten Mitteln im störungsfreien Betrieb eine vollständige Rückgewinnung der Dampfschwaden.In the event of a fault, if there is not enough coolant available for the condensation of the exhaust steam, the condenser according to the invention nevertheless ensures a safe discharge of the exhaust steam, so that there can be no disruptive effects on the thermal process. Since insufficient steam is condensed when there is a lack of coolant, the steam pressure in the condensation chamber increases slightly. As a result, the condensate level in the area between the jacket 6 and the pipe socket of the steam inlet 4 is pressed down until the fill level has reached the lower edge of the inner jacket 6 . The amount of condensate displaced flows through the overflow standpipe 18 . As soon as the condensate level has reached the lower edge of the inner casing 6 , the excess steam can first be discharged into the annular space 8 , via this into the steam collecting space 9 and finally via the steam emergency outlet 10 into the atmosphere. By correspondingly influencing the height difference between the underside of the inner jacket 6 and the upper edge of the overflow standpipe 18 , the pressure rise in the condensation chamber can be set to any desired value compared to normal operation, so that the pressure rise has no repercussions on the thermal process. On the other hand, the construction according to the invention ensures the complete recovery of the steam vapor using the simplest means in the trouble-free operation.

Claims

1.Condenser with a housing consisting of a housing jacket, a housing base and a housing cover, a steam inlet, a condensate collection space, a condensate drain and with an inlet and an outlet for a cooling medium which is conducted through pipes within the condenser housing, characterized in that
that the steam inlet ( 4 ) is guided approximately coaxially to the vertical longitudinal axis of the housing through the housing base ( 3 ) and continues inside the housing in a sieve tube ( 5 ) which is closed at the top by a cover ( 20 ),
that is arranged in the interior of the capacitor at a distance from the housing casing (1) an inner jacket (6), which is upwardly sealed by an inner cover (7) and its bottom open end face at a distance above the housing bottom (3) ends,
that the pipes ( 11 ) for the passage of the cooling medium run in the cavity formed between the sieve tube ( 5 ) and the inner jacket ( 6 ),
that the annular gap ( 8 ) formed between the housing shell ( 1 ) and the inner shell ( 6 ) is open to a steam collecting space ( 9 ) which is formed between the housing cover ( 2 ) and the inner cover ( 7 ),
that the steam collecting space ( 9 ) has a steam emergency outlet ( 10 ), and
that the condensate drain is siphon-like, the level of the condensate being set up by determining the overflow height in the siphon so that the end face of the inner jacket ( 6 ) is below this level.

2. capacitor according to claim 1, characterized, that the capacitor is designed in a standing design.

3. A capacitor according to claim 1 or 2, characterized in that the capacitor jacket ( 1 ) has a cylindrical shape.

4. Condenser according to one of claims 1-3, characterized in that the pipes ( 11 ) for the cooling medium are loop-shaped with a substantially parallel orientation to the vertical axis of the condenser.

5. Condenser according to one of claims 1-4, characterized in that the pipes ( 11 ) for the cooling medium in the below the level above the condenser bottom ( 3 ) lying condensate collecting space ( 21 ) protrude.

6. Condenser according to any one of claims 1-5, characterized in that the free space of the condensate drainage above the fill level is ventilable through a pipeline ( 19 ) which is connected to the annular gap ( 8 ).

7. Condenser according to one of claims 1-6, characterized in that the condensate drainage has a starting from the housing base ( 3 ) outgoing pipe ( 16 ) which opens into a vertically aligned casing tube ( 17 ) which is closed at the end with a bottom and in which an overflow standpipe ( 18 ) guided through the lower base to the outside is arranged coaxially.