DE4311118A1 - Dampfkondensator - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Dampfkondensator, in dem der Dampf an kühlwasserdurchflossenen, in separaten Bündeln zusammengefaßten Rohren niedergeschlagen wird,

• - wobei jedes Bündel durch senkrecht zu den Rohren ange­ ordneten Stützplatten in Kompartimente unterteilt ist,
• - wobei die in Reihen angeordneten Rohre eines Bündels einen Hohlraum umschließen, in dem ein Kühler für die nicht kondensierbaren Gase angeordnet ist,
• - wobei die nicht kondensierbaren Gase aus dem Kühler über Blenden in einen für alle Kompartimente gemeinsamen Saugkanal einströmen, der sich über die ganze Länge der Rohre erstreckt.

Stand der Technik

Ein derartiger Dampfkondensator ist aus der CH-PS 423 819 und der DE-OS 19 48 073 bekannt. Dort sind in einem Konden­ satorgehäuse die Kondensatorrohre in mehreren, sogenannten Teilbündeln angeordnet. Der Dampf strömt durch einen Abdampfstutzen in das Kondensatorgehäuse ein und verteilt sich im Raum durch Strömungsgassen (steam entry lanes). Die freie Zuströmung des Dampf es zu den außenliegenden Rohren der Teilbündel ist gewahrt. Durch die Bündel strömt der Dampf anschließend mit durch die geringe Rohrreihentiefe bedingtem kleinen Widerstand hindurch. Um die Bedingung der in den Zuströmkanälen ausreichend hoch zu haltenden Dampf­ geschwindigkeit erfüllen zu können, sind die Teilbündel im Kondensator so nebeneinander angeordnet, daß zwischen ihnen Strömungskanäle entstehen, die im Schnittbild in der glei­ chen Größenordnung erscheinen wie die Teilbündel selbst. Des weiteren bilden die Rohre in den hintereinanderfolgenden Reihen eine durchlässige Umschließung, die vorzugsweise durchwegs einen gleichen hydraulischen Widerstand darstellt.

Dieser bekannte Kondensator weist den Vorteil auf, daß durch die lockere Anordnung der Teilbündel alle peripheren Rohre eines Teilbündels ohne merklichen Druckverlust gut mit Dampf beschickt sind. Andererseits bedingt das Erfordernis nach zumindest annähernd gleicher "Wandstärke" resp. Wider­ stand des berohrten Teilbündels um den Hohlraum herum eine relativ große Bauhöhe des Teilbündels. Hieraus resultiert die hervorragende Eignung dieses Teilbündelkonzeptes für Großkondensatoren, bei denen eine Mehrzahl von Teilbündeln stehend nebeneinander angeordnet werden.

Die unter Vakuum arbeitenden Kondensatoren benötigen ein gut funktionierendes Saugsystem, damit einfallende, nicht konden­ sierbare Gase stets aus dem Kondensationsbereich entfernt werden. Kühlrohre, die von diesen, mit Dampf vermischten Gasen umgeben bzw. umströmt sind, gehen als Kondensatonsflä­ che fast restlos verloren, was die Leistung heruntersetzt.

Darüberhinaus kann durch die einfallenden Gase das Vakuum nicht auf dem tiefstmöglichen Wert gehalten werden. Wie bekannt, rufen nichtkondensierbare Gase - meistens Luft - bereits in Konzentrationen von 1% Molanteil, bei Temperatur­ differenzen zwischen Wand und Dampfkern von 4-5 K, eine Ver­ minderung des dampfseitigen Wärmeübergangs - bei quasi ruhendem Dampf - auf 30-40% desjenigen Wertes hervor, der mit reinem Dampf erzielbar ist. Der Vakuumverlust drückt sich damit in einem niedrigeren Wirkungsgrad des Kreislauf­ systemes aus.

Bei der oben erwähnten Lösung nach DE-OS 19 48 073 gelangt eine Einflußanordnung der Rohre zur Ausführung. Die Teil­ bündel sind durch senkrecht zu den Rohren angeordnete Stütz­ platten in Kompartimente unterteilt. Wie bekannt, hängt die Kondensationsleistung entlang der Kühlrohre hauptsächlich von der lokalen Temperaturdifferenz zwischen Dampf und Kühlwasser ab. Danach wird die Kondensationsleistung der ersten Kompartimente an der Kühlwassereintrittsseite mehr kondensieren als jene der Kompartimente an der Kühlwasser­ austrittsseite. Dementsprechend werden nichtkondensierbare Gase - proportional zur Kondensationsleistung - vermehrt in den "kühleren" Kompartimenten anfallen. Um dem Rechnung zu tragen, wird beim Kondensator nach DE-OS 19 48 073, der später noch im Zusammenhang mit Fig. 1 detailliert beschrie­ ben wird, die Inertgas-Anreicherungszone zweiteilig ausge­ bildet. Sie besteht aus einem trichterförmigem "Vorluft­ kühler", dort "Nachkondensationsteil" genannt, und einem gekapselten Luftkühler, der mit dem Vorluftkühler und einem nachgeordneten Saugkanal (Header) über eine doppelte Reihe von gleichmäßig verteilten Kühlereintrittsblenden respektiv Kühleraustrittsblenden kommuniziert. Dieser gekapselte Luft­ kühler ist geometrisch so gestaltet, daß die Verschlechte­ rung des dampfseitigen Wärmeübergangs durch eine Steigerung der Geschwindigkeit der Gasphase teilweise kompensiert wird. Da sich der gekapselte Luftkühler einem ungefähren Tempera­ turverlauf des Kühlwassers in den benachbarten Rohren anpaßt, sorgt er somit dafür, daß eine geeignete Ventilierung des Vorluftkühlers in etwa proportional zu den anfallenden, nicht kondensierbaren Gasen, gewährleistet ist.

Eine solche gekapselte Luftkühlerkonstruktion stellt indes. eine nicht ideale Lösung für den in den verschiedenen Kom­ partimenten unterschiedlichen Ventilierungsbedarf dar. Da in der Regel die Austrittsfläche aus dem Luftkühler für eine gleichmäßige Absaugung zu groß ist, wird zwischen dem Luftkühler und dem Absaugkanal eine Abschlußwand angeord­ net, in dem die oben erwähnten Kühleraustrittsblenden ange­ ordnet sind. Das System besteht somit aus mehreren Kanälen und ist nur als aufwendige Blech- und Schweißkonstruktion auszuführen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kon­ densator der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich bei Beibehaltung der bekannten Vorteile des Teilbündelkon­ zeptes zudem durch niedrige Fertigungskosten auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß nur ein Kühler vorgesehen ist, an den sich der Saugkanal unmittelbar anschließt, und daß die Durchströmquerschnitte der Blenden in den Kompartimenten so dimensioniert sind, daß der örtli­ che, nicht kondensierbare Massenstrom bei der lokalen ver­ fügbaren Druckdifferenz abgesaugt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Kraftwerkkondensators schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Teilbündel eines Kondensators mit herausgebro­ chenen Teilen in Schrägrissdarstellung mit zum Stand der Technik zählendem Luftkühler;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausbildung des Luftkühlers in größerem Maßstab.

In den Figuren sind die jeweils gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei die nur zum Stand der Technik zählenden Elemente mit dem Indiz s versehen sind.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Beim dargestellten Wärmeaustauscher handelt es sich um einen Oberflächenkondensator in rechteckiger Bauform, wie er ge­ eignet ist für eine sogenannte Unterfluranordnung. Erfin­ dungsunwesentliche Teile wie Kondensatorhals, Kondensations­ raum, Kondensatormantel, Wasserkammern, Rohrböden, Konden­ satsammelgefäß usw. sind weggelassen, nachstehend jedoch im Zusammenhang mit der Erfindung kurz erläutert.

Über einen Abdampfstutzen, mit dem der Kondensator an der Turbine angeschlossen ist, strömt der Dampfin den Kondensa­ torhals ein. Darin wird ein möglichst gutes homogenes Strö­ mungsfeld erzeugt, um eine saubere Dampfbespülung der strom­ abwärts angeordneten Bündel 20 über deren ganze Länge vorzu­ nehmen. Der Kondensationsraum im Innern des Kondensatorman­ tels beinhaltet mehrere nebeneinander angeordnete Bündel. Dies hat unter anderem zum Ziel, daß auch während des Anla­ genbetriebes eine kühlwasserseitige Teilabschaltung vorge­ nommen werden kann, beispielsweise zum Zwecke einer kühlwas­ serseitigen Inspektion eines abgeschalteten Bündels. Die unabhängige Kühlwasserbeaufschlagung kommt dadurch zum Aus­ druck, daß die Wasserkammern des Kondensators durch Trenn­ wände in Kompartimente unterteilt sind. Ein Bündel 20 besteht aus einer Anzahl Rohre, von denen in Fig. 1 nur ein mit 13s bezeichnetes Kühlrohr eingezeichnet ist. An ihren beiden Enden sind die Kühlrohre jeweils in Rohrböden befe­ stigt. Jenseits der Rohrböden sind jeweils die Wasserkammern angeordnet. Das von den Bündeln abfließende Kondensat wird in einem Kondensatsammelgefäß aufgefangen und gelangt von dort in den Wasser/Dampf-Kreislauf.

Die Bündel 20 sind so gestaltet, daß alle Rohre 13s der Peripherie ohne merklichen Druckverlust gut mit Dampf ange­ strömt sind. Um nun eine homogene, saubere Dampfströmung zu gewährleisten und insbesondere um Stauungen innerhalb des Bündels auszuschließen, sind die vorhandenen Strömungspfade zwischen den Bündeln einerseits sowie zwischen den äußeren Bündeln und deren benachbarter Kondensatorwand entsprechend ausgebildet:

In Fig. 1 ist der durch die punktierte Fläche nur teilweise veranschaulichte Kondensationsteil des Bündels 20 mit 1 bezeichnet. Durch Einsetzen der durchgehenden Stützplatten 5, welche der Abstützung der Kühlrohre 13 dienen, ergibt sich eine Unterteilung der Teilbündel in Kompartimente 10.

Im Innern jedes Bündels 2 ist ein Hohlraum 19 ausgebildet, in dem sich der mit nicht kondensierbaren Gasen - nachste­ hend Luft genannt - angereicherte Dampf sammelt. In diesem Hohlraum 19 ist ein Luftkühler untergebracht. Das Dampf- Luftgemisch durchströmt diesen Luftkühler, wobei der größte Teil des Dampfes kondensiert. Der Rest des Gemisches wird am kalten Ende abgesaugt.

Der sich im Innern des Rohrbündels befindliche Luftkühler hat die Wirkung, daß das Dampf-Gasgemisch innerhalb des Kondensatorbündels beschleunigt wird. Dadurch verbessern sich die Verhältnisse insofern, als keine kleinen Strömungs­ geschwindigkeiten vorherrschen, die den Wärmeübergang beein­ trächtigen könnten.

Als weitere Maßnahme, die der gleichmäßigen Bündelbeauf­ schlagung mit Dampf dient, wird der Luftkühler im Bündelin­ nern auf jenem Niveau angeordnet, auf dem beidseitig der Bündel der Druckverlauf in der durchströmten Gasse ein rela­ tives Minimum durchläuft. Im gezeigten Beispiel in Fig. 1 befindet sich der Luftkühler somit in der Bündelmitte. Das Bündel ist so gestaltet, daß die Dampfansaugung in den Hohlraum 19 - unter Berücksichtigung des wirksamen Druckes an der Rohrperipherie und auf Grund der unterschiedlichen Rohrreihendicke - in radialer Richtung homogen über alle im Hohlraum 19 angrenzenden Rohre wirkt. Daraus resultiert ein homogener Druckgradient und damit eine eindeutige Fließrichtung des Dampf es und der nicht kondensierbaren Gase in Richtung Luftkühler. Der Hohlraum 19 weist stromaufwärts eine bündelinterne Ausgleichgasse 12 auf, die dafür sorgt, daß auch der mit Luft angereicherte Dampf aus dem Kern der vorderen Hälfte des Bündels einen reibungsfreien Weg zum Luftkühler findet.

Im Betrieb kondensiert der Dampf an den Rohren 13 und das Kondensat tropft gegen den Kondensatorboden ab. Dieses Abtropfen erfolgt innerhalb der Bündel, wobei das Kondensat mit Dampf steigenden Druckes in Berührung kommt.

Der Luftkühler hat die Aufgabe, die nichtkondensierbaren Gase aus dem Kondensator zu entfernen. Bei diesem Vorgang sind die Dampfverluste so gering wie möglich zu halten. Dies wird dadurch erreicht, daß das Dampf/Luftgemisch in Rich­ tung Absaugkanal beschleunigt wird. Die hohe Geschwindigkeit hat einen guten Wärmeübergang zur Folge, was zu einer weit­ gehenden Kondensation des Restdampf es führt. Zwecks Beschleunigung des Gemisches wird der Querschnitt in Strö­ mungsrichtung zunehmend kleiner bemessen.

In Fig. 1 ist das eingangs erwähnte, aus DE-OS 19 48 073 bekannte Kühlsystem dargestellt. Es besteht aus dem Vorkühler 2s, von dem das Kühlrohr 14s eingezeichnet ist, und dem gekapselten Luftkühler 3s, von dem das Kühlrohr 15s einge­ zeichnet ist. Zwischen beiden ist der Raum 115 zum Druckaus­ gleich angeordnet. Dieser unberohrte Raum 11s wird zudem hauptsächlich benötigt, um die den Luftkühler 3s vom Vorkühler 2s trennende Blechwand 7s an den Stützplatten 5 anschweißen zu können. In der Blechwand 7s sind die Blenden 95 angeordnet. In der am Austritt des Kühlers 3s vorgese­ henen Blechwand 8s sind ebenfalls Blenden 6s vorgesehen, über die die nichtkondensierbaren Gase in den Saugraum 45 abgezogen werden. Durch den Einbau dieser Drosselstellen wird erreicht, daß die auf jeden Fall notwendige Druckdif­ ferenz am Anfang und Ende des Kondensationsvorgangs vorwie­ gend in den Blenden abgebaut wird.

Indes ist das Erreichen von kontrollierten Strömungsverhält­ nissen im geschlossenen Luftkühler 3s mit Hilfe des zweifa­ chen Blendensystemes nicht unkompliziert. Unter Umständen müssen noch strömungsführende Trennwände im Luftkühler ein­ gebaut werden, wie dies die Fig. 2 und 3 der DE-OS 19 48 073 zeigen. Ein nachträgliches Ändern der Blenden 9s ist infolge der Nichtzugänglichkeit wegen der Berohrung und der allfäl­ ligen Trennwände im Kühler 3s nicht mehr möglich. Zudem kann es im Ausgleichraum 11s infolge der nicht ausreichenden Beschleunigung des Gemisches im Vorkühler 2s gegen den Luft­ kühler 3s hin zu NH₃-Korrosionserscheinungen kommen. Je nach Anordnung der Blenden 6s kann es zudem erforderlich sein, den Luftkühler 3s entwässern zu müssen. Aus den beiden oben­ erwähnten Fig. 2 und 3 der DE-OS 19 48 073 ist zudem zu erkennen, daß die Rohre innerhalb des Luftkühlers nicht auf dem gleichen Netzwerk liegen wie die Rohre des Vorkühlers und der Kondensatonszone. Dies führt zu erheblichen Nachtei­ len bei der Bearbeitung der Stützplatten 5 auf NC-Maschinen.

All diese Nachteile will die Erfindung durch das Vermeiden eines gekapselten Kühlers eliminieren. Gemäß Fig. 2 werden hierzu die Kühlrohre 15 des Kühlers 3 trichterförmig ange­ ordnet. Die Trichterwände 16, welche den Kühler 3 gegen den Kondensationsraum 1 abschotten, sind im spitzen Winkel mit­ einander verbunden. An seinem oberen Teil ist der Trichter 16 mit einem Abdeckblech 17 versehen, welches zum Hohlraum 19 hin über die Rohre des Kühlers gestülpt ist und diese vor der von oben nach unten fließenden Dampf- und Kondensat­ strömung schützt. Damit ist auch die Strömungsrichtung des abzukühlenden Gemisches vorgegeben, nämlich vom hinteren Hohlraum aus nach vorn zur Trichterspitze. Im Bereich ihrer Verbindung bilden diese Trichterwände gleichzeitig die Trennwand 7 zum Absaugkanal 4. In dieser Trennwand 7 sind im unmittelbaren Bereich der Trichterspitze die Blenden 6 ange­ ordnet. Aus der Fig. 2 ist zu erkennen, daß mit dieser Kon­ figuration folgende Vorteile verbunden sind. Zum einen wird das zu nachzukondensierende Gemisch bis zum Blendeneintritt zunehmend beschleunigt. Zum andern ist zu erkennen, daß für das Anschweißen des Trichters an den Stützplatten lediglich eine Rohrreihe unberohrt bleiben muß.

Die nichtkondensierbaren Gase werden über die Blenden 6 in den Kanal 4 abgesaugt, aus dem sie in Längsrichtung aus dem Kondensator herausgeführt werden. Die Saugleitung 4 durch­ dringt in diesem Fall einen der nichtgezeigten Rohrböden und die entsprechende Wasserkammer.

Diese Blenden 6, welche im Bereich der jüngsten Stelle des Trichters angebracht sind, stellen die physikalische Tren­ nung des Kondensationsraumes 1 vom Absaugkanal 4 dar. Sie sind mehrfach über die ganze Rohrlänge des Kondensators ver­ teilt und bewirken durch die Erzeugung eines Druckverlustes, daß die Saugwirkung in allen Kompartimenten 10 des Konden­ sators homogen ist. Hierzu ist ihr Durchströmquerschnitt so bemessen, daß der unterschiedlichen Druckverteilung in den Kompartimenten entlang der Kondensatorlänge Rechnung getra­ gen ist. Der pro Kompartiment unterschiedliche Querschnitts­ bedarf kann durch entsprechende Anordnung einer Mehrzahl von Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmesser und/oder unter­ schiedlicher Teilung gedeckt werden. Blendendurchmesser und Blendenabstand sind so zu wählen, daß der örtliche, nicht kondensierbare Massenstrom jeweils bei der lokal verfügbaren Druckdifferenz abgesaugt wird.

Verglichen mit der zum Stand der Technik zählenden Lösung ist aus Fig. 2 erkennbar, daß zum einen mit einem erheblich verringerten Blechbedarf und demzufolge weniger Schweißarbeit auszukommen ist und anderseits ein nachträgliches Abän­ dern der Blenden 6 ermöglicht wird durch einfaches Entfernen der Rückwand des Absaugkanals 4.

Bezugszeichenliste

1 Kondensationsteil
2s Vorkühler
3, 3s Kühler
4, 4s Saugleitung
5 Stützplatte
6, 6s Blende
7, 7s Trennwand
8s Blechwand
9s Blende
10 Kompartiment
11s Ausgleichraum
12, Ausgleichgasse
13, 13s Kühlrohr des Kondensationsteils 1
14s Kühlrohr des Vorkühlers 2s
15, 15s Kühlrohr des Kühlers
16 Trichterwand
17 Abdeckblech
19 Hohlraum
20 Teilbündel

Claims (2)

1. Dampfkondensator, in dem der Dampf an kühlwasserdurchflosse­ nen, in separaten Bündeln (20) zusammengefaßten Rohren (13) niedergeschlagen wird,

   • - wobei jedes Bündel durch senkrecht zu den Rohren ange­ ordneten Stützplatten (5) in Kompartimente (10) unter­ teilt ist,
   • - wobei die in Reihen angeordneten Rohre eines Bündels einen Hohlraum (19) umschließen, in dem ein Kühler (3) für die nicht kondensierbaren Gase angeordnet ist,
   • - wobei die nicht kondensierbaren Gase aus dem Kühler (3) über Blenden (6) in einen für alle Kompartimente (10) gemeinsamen Saugkanal (4) einströmen, der sich über die ganze Länge der Rohre (13) erstreckt,
2. dadurch gekennzeichnet,

   • - daß nur ein Kühler (3) vorgesehen ist, an den sich der Saugkanal (4) unmittelbar anschließt,
   • - und daß die Durchströmquerschnitte der Blenden (6) in den Kompartimenten (10) so dimensioniert sind, daß der örtliche, nicht kondensierbare Massenstrom bei der lo­ kalen verfügbaren Druckdifferenz abgesaugt wird.