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1. Fachgebiet
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Der
Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein luftgekühltes System
eines Kraftwerks oder auf industrielle Arbeitsabläufe. Es
führt die
Kondensation des Mediums im dampfförmigen Zustand (gewöhnlich Wasserdampf)
auf die in den Ansprüchen beschriebene
Art und Weise aus.
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2. Stand der
Technik
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Zur
Realisierung von zahlreichen industriellen, aber vornehmlich thermischen
Kraftwerksprozessen, ist es erforderlich, Wärme aus dem Prozess bei dem
umgebenden Temperaturniveau zu entziehen, üblicherweise über die
Kondensation des im dampfförmigen
Zustand arbeitenden Mediums dieser Prozesse. Die herkömmlichen
Lösungen
bedingen den außergewöhnlich intensiven
Einsatz von Wasser (Verdampfungswasser oder Durchlaufkühlung),
welcher aufgrund von Umweltschutzbetrachtungen, oder dem Fehlen
der erforderlichen Menge an Wasser, in zahlreichen Fällen Probleme
zur Folge haben kann. Um dies zu bewältigen, wurden verschiedene
bekannte und bewährte
Trockenkühlungssysteme
entwickelt.
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Das
meist verbreitetste Trockenkühlungssystem
ist die so genannte direkte Trockenkühlung. Bei diesem Kühlungsverfahren
tritt der Wasserdampf, welcher in einer Dampfturbine, welche einem Vakuum
ausgesetzt ist, expandiert wird, wenn er Kraftwerks-Arbeitszyklen
dient, aus der Turbine durch eine Dampf-Rohrleitung mit einem großen Durchmesser
aus und geht dann durch eine obere Verteilerkammer in einen so genannten Dampf-Luft-Wärmetauscher.
Der Dampf, welcher in den mit Rippen versehenen Röhren des
Wärmetauschers
strömt,
kondensiert aufgrund der Wirkung der Kühlluft, welche auf der äußeren, mit
Rippen versehenen Seite des Wärmetauschers
strömt,
fortschreitend. Da die Kondensation und die Wärmeextraktion direkt, ohne
ein Übertragungsmedium
realisiert werden, wird diese direkte Trockenkühlung genannt. Natürlich sichere
und steuerbare direkte Kühlung
durch Luft kann technisch realisiert werden und ist ein sehr viel
komplizierterer Prozess als dieser. Der Prozess der Trockenkühlung findet,
verglichen mit herkömmlicher
Wasserkühlung,
welche den signifikanten Temperaturschwankungen folgt, welche während des Jahres
in der umgebenden Lufttemperatur stattfinden, in einem entschieden
breiteren Temperaturbereich statt. Dies bedeutet, dass auf der Dampfseite bedeutend
unterschiedlicher Kondensatdruck, mit anderen Worten Turbinen-Gegendruck,
erzeugt wird. Zieht man diese unterschiedlichen Temperatur- und Druckbedingungen
in Betracht, ist es unter dem ökonomischen
Gesichtspunkt sowohl erforderlich, die Einrichtung optimal auszuwählen und
zu betreiben, als auch ihre betriebsfähige Zuverlässigkeit sicherzustellen.
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Die
bestens bekannte und bewährte
direkte Kühlung
durch Luft realisiert die obigen Anforderungen, indem sie den Kondensationsprozess
in zwei leicht trennbare Phasen unterteilt. Dementsprechend besteht
der Dampf-Luft-Wärmetauscher
aus zwei Teilen, dem so genannten Kondensatorteil und dem zweiten
Kondensator, welcher in der Fachliteratur ein Nachkühler oder
Dephlegmator genannt wird.
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Der
Dampf tritt aus den Dampfverteilungs-Rohrleitungen aus, und geht
dann durch die Verteilerkammern des Kondensatorteils zu den mit Rippen
versehenen Wärmetauscherröhren. Die Kühlluft strömt auf der äußeren, mit
Rippen versehenen Seite in rechten Winkeln zur Längsachse der Rohrleitungen,
mit anderen Worten senkrecht zur Strömungsrichtung des Dampfes.
Der Kondensator kann in der Richtung des Dampfes aus Mehrfach-Rohren
bestehen, aber ebenso aus einem einzelnen, verlängerten Rohr. Das Kondensat
geht in dieselbe Richtung wie der Dampf, und zwar aufgrund der Schwerkraft
in eine abwärtige
Richtung, wobei es teilweise an der Innenwand der Röhre strömt, und teilweise
mit dem strömenden
Dampf zur Kondensatsammel- und Dampfübertragungskammer, welche am
unteren Ende der Rohrleitungen angeordnet ist. Von hier geht das
Kondensat von den einzelnen Wärmetauscherbündeln zur
Kondensat-Rohrleitung. Der zurückbleibende,
nicht kondensierte Dampf (30–15 Prozent
der Ausgangsmenge) und die unerwünschten,
nicht kondensierenden Gase, welche im Dampf vorhanden sind, strömen in einen
weiteren Wärmetauscherabschnitt,
den so genannten Nachkühler- oder
Dephlegmatorteil.
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Signifikante
Unterschiede im Kondensationsgrad, und damit der Konzentration der
nicht kondensierenden Gase, entwickeln sich in bestimmten Rohrleitungsabschnitten,
und zwar sowohl in Bezug auf Zeit und auf Raum. Veränderungen
im Laufe der Zeit können
durch eine Veränderung
in der Temperatur der Außenluft
und eine Veränderung
in der dampfseitigen Belastung und der Luftstromrate hervorgerufen
werden. Veränderungen
in Bezug auf Raum werden durch die Positionierung der Wärmetauscherröhren bestimmt.
Bedeutende Unterschiede können
zwischen einzelnen Röhren
in einer Ebene senkrecht zur Richtung des kühlenden Luftstroms aufgrund
einer ungleichmäßigen Dampf-
oder Luft-Verteilung entwickelt werden. Weiter wird Ungleichmäßigkeit
in der Richtung des Luftstroms entwickelt, da sich die Kühlluft fortschreitend
erwärmt, und
damit in der Lage ist, eine zunehmend kleinere Dampfmenge zu kondensieren.
Dieser Effekt tritt nicht nur im Fall von Mehrfach-Röhren-Kondensatoren
auf, sondern ebenfalls im Fall von einreihigen Kondensator-Röhren, welche
sich in der Luftstrom-Richtung ausdehnen (trotz eines geringeren Ausmaßes). Die
nicht kondensierenden Gase können
in bestimmten Abschnitten des Wärmetauschers konzentriert
werden, so genannte Air-Plugs können sich
entwickeln, welche den Dampfstrom räumlich begrenzen und somit
den Röhrenabschnitt
des gegebenen Wärmetauschers
von der effektiven Kühlung ausnehmen.
Neben diesem Leistungsabfall können bei
Temperaturbedingungen unter Gefrieren, das Festfrieren bzw. Zufrieren
des Wärmetauschers
und bedeutende Betriebsstörungen
bzw. Betriebsausfälle hervorgerufen
werden. Diese Probleme der direkten Kühlung durch Luft sind in den
entsprechenden Fachzeitschriften bekannt (z.B. Kröger, D.G., „Air Cooled
Heat Exchangers and Cooling Towers", Abschnitt 8, Teil 8.2, TECPRESS, 1998).
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Das
Problem, welches durch ungleichmäßige Kondensation
hervorgerufen wird, wird durch das meist verbreitet verwendete,
direkte luftgekühlte
System reduziert, indem ein Wärmetauscherabschnitt, Dephlegmator
genannt, eingeführt
wird, welcher im Wesentlichen eine Nachkühlungsfunktion ausführt. Verglichen
mit dem, was im Allgemeinen durch die Auslegung begründet ist,
wird aufgrund von Anstrengungen eine bedeutend größere Menge
an Dampf von dem Kondensatorabschnitt zu dem Dephlegmatorteil zugeführt, um
die Ungleichmäßigkeit
zu bewältigen.
Der Dephlegmatorabschnitt verwendet einen ähnlichen Wärmetauschertyp, wie der, welcher in
dem Kondensatorabschnitt verwendet wird, mit dem bedeutenden Unterschied,
dass die Eingabe von Dampf nicht von oben, sondern von einer unteren
Verteilerkammer erfolgt, von welcher der Dampf nach oben in die
Wärmetauscherröhren strömt, in der Zwischenzeit
strömt
das Kondensat aufgrund der Schwerkraft in die entgegen gesetzte
Richtung zur unteren Dampfverteilungs- und Kondensat-Sammelkammer.
Die Umstände,
welche die Ungleichmäßigkeit
verursachen, welche in dem Fall des Kondensationsabschnitts vorgestellt
wurden, treten hier ebenfalls auf. Ein typisches Problem von diesem
Abschnitt kann von einer Überlastung
der Dampfseite abgeleitet werden, welche das Kondensat davon abhalten kann,
aufgrund des Effekts der Schwerkraft abwärts zu strömen, wobei ein Wasserpfropfen
gebildet wird, und so den verbleibenden Abschnitt der Röhre aus dem
Betrieb des Wärmetauschers
herausnimmt. Über
und oberhalb dieses Leistungsabfalls kann dies andere Betriebsprobleme
verursachen, einschließlich
Festfrier- und Zufrierproblemen bei kaltem Wetter. Dementsprechend
muss der Dephlegmatorabschnitt bedeutend überdimensioniert werden. Eine Studie
von Goldschagg, H.B. analysiert die Probleme eines der modernsten
bestehenden, direkten luftgekühlten
Systeme (Erfahrungen von dem weltweit größten, direkten Entwurfs-Kühlungs-Kondensator, wissenschaftliche
Veröffentlichung,
präsentiert
auf dem „EPRI
Int. Symp. On Improved Technology for Fossil Power Plants", Washington, März 1993.).
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Die
unerwünschten,
nicht kondensierenden Gase, welche im Dampf vorhanden sind, bestehen hauptsächlich aus
Luft und müssen
unter Vakuum aus dem Raum herausgepumpt werden. Die Pumparbeit wird
reduziert, wenn das Absaugen an einer Stelle stattfindet, wo das
Verhältnis
der Gase in dem Dampf-Gas-Gemisch am Größten ist. Der Dampf, welcher
in der oberen Kammer des Dephlegmators ankommt, beinhaltet an diesem
Punkt Zehn-Fünfzig Prozent
nicht kondensierenden Gases, sodass dieses Dampf-Gas-Gemisch für das bekannte
Auspumpen geeignet ist, wobei Ausstoßvorrichtungen verwendet werden.
Aufgrund der niedrigen Dampfstromrate im Dephlegmatorabschnitt,
kann ein relativ niedriger Wärmeübertragungskoeffizient
erzielt werden. Dies wird durch die Konvektions-Wärmeübertragung bedeutend
schlechter gemacht, welche an Stelle der Kondensation eine zunehmende
Rolle erhält,
und zwar aufgrund des zunehmenden Partialdruckes der nicht kondensierenden
Gase. Außer
dem Wärmeübertragungskoeffizient
wird ein weiterer Leistungsabfall durch den reduzierten Dampf-Sättigungs-Dampfdruck
und die Temperatur hervorgerufen, und zwar aufgrund des steigenden
Partialdruckes der nicht kondensierbaren Gase, und aufgrund dessen
der zunehmend kleineren logarithmischen Temperaturdifferenz. Das
zunehmende „Unterkühlen" kann eine weitere
Quelle für
mögliches
Festfrieren bzw. Zufrieren sein. Dieses Risiko wird durch die Analyse
der Januar 1994-Ausgabe der Publikation „POWER" diskutiert (Swanekamp, R.: „Profit
from latest experience with air-cooled condensers").
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Ein
weiteres Phänomen,
welches bei direkter Kühlung
durch Luft während
der Kondensation auftritt, ist der Druckabfall des Dampfes (oder
des Dampf-Gas-Gemisches), welcher in den Wärmetauscherröhren des
Kondensators und des Dephlegmators strömt, welcher natürlich ebenfalls
von der Länge der
Stromroute abhängt.
Dieser Druckverlust aufgrund von Reibung reduziert ebenfalls die
logarithmische Temperaturdifferenz, welche vom Standpunkt des Wärmetransfers
aus betrachtet als Antriebskraft zwischen dem Kühlungsmedium (Luft) und dem
gekühlten
Medium (Dampf) wirkt. Zur selben Zeit kann aufgrund des großen spezifischen
Volumens im Fall eines direkten Luft-Kondensators einer gegebenen Größe und der
reduzierten äußeren Lufttemperatur ein
Zustand zustande kommen, wenn aufgrund der zunehmenden Strömungsverluste
die Abnahme der Temperatur der Kühlluft
nicht in einer weiteren Verbesserung der Kühlungsleistung resultiert (so
genanntes Drosseln). Die Rohrlänge
der Wärmetauscherabschnitte
von Kondensatoren und Dephlegmatoren beträgt für beide im Fall einer mittleren
oder größeren Kraftwerkskühlung 10
Meter, mit anderen Worten wird die gesamte Rohrlänge durch den Dephlegmatorabschnitt
verdoppelt.
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Das
Fehlen von Gleichmäßigkeit
sowohl beim Kondensator als auch beim Dephlegmator, Betriebszuverlässigkeitsprobleme
und Steuerungsschwierigkeiten leiten sich im Wesentlichen aus der Tatsache
der so genannten direkten Kondensation selbst ab. Die Kondensation,
welche innerhalb der Röhren
im gesamten Kühlungssystem
auftritt, stellt in einem verlängerten
Raum die Menge an Dampf und an Dampf- Nichtkondensierendem Gasgemisch
ein, und umgekehrt, die Hindernisse, welche den Strom reduzieren,
oder sogar stoppen, reduzieren die Kondensation. Das Fehlen von
erzwungener Zirkulation auf der Seite des kondensierenden Mediums
machen die Steuerung des Prozesses schwierig, und Eingriffe können nur
an der Außenseite
des Wärmetauschers
stattfinden, und zwar auf der Seite der Kühlluft. Dies erklärt, warum
direkte luftgekühlte
Kondensatoren bis heute nur mit Gebläsen konstruiert worden sind.
Hier bietet die erzwungene Zirkulation der Kühlluft wenigstens die Möglichkeit,
den Luftstrom zu regulieren. Im Falle von direkten natürlichen Zug-Kondensatoren
ist der Strom auf beiden Mediumseiten „natürlich", mit anderen Worten wird der Strom
durch den Prozess selbst hervorgerufen, und damit ist der Prozess
fast nicht steuerbar – dies
erklärt,
warum direkte natürliche
Zug-Kühlungssysteme
niemals konstruiert worden sind.
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Andere
direkte gekühlte
Systeme, bei welchen nicht der Dephlegmatorabschnitt, sondern eine der
Röhren
in einem getrennten Wärmetauscherbündel angeordnet
ist, existieren ebenfalls, welche in die Strömungsrichtung der Luft fällt, als
ein Dephlegmator eingestellt wird, oder in einem so genannten „Quasi-Einzel-Röhrensystem" dient ein Teil in
der einen Röhre,
welches durch eine Wand abgetrennt ist, als ein Dephlegmator. In
diesen Fällen
steigt das Ungleichgewicht zwischen den einzelnen Röhren weiter,
und es wird sogar noch schwieriger, den gesamten Prozess zu steuern,
als solche, welche früher präsentiert
wurden, welche getrennte Kondensator-Dephleghmator-Wärmetauscherbündel verwenden.
All dies ändert
nichts daran, dass trotz der bekannten und betreibbaren technischen
Lösungen eine
Notwendigkeit für
ein Kondensationsteil besteht, und daraus folgend für einen
so genannten Dephlegmatorabschnitt (welcher tatsächlich ein ähnlicher direkter Dampf-Luft-Wärmetauscher
ist, in welchem der Kondensationsprozess fortdauert).
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Es
kann bestimmt werden, dass der am meisten ineffiziente, mit anderen
Worten das relativ gesprochen teuerste Teil der direkten Kühlung durch Luft
der Dephlegmator ist, welches gleichzeitig aus Gründen einer
akzeptablen Betriebs-Zuverlässigkeit und – Steuerbarkeit
erforderlich ist.
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Eine
Erwähnung
muss noch über
Anstrengungen gemacht werden, die die Leistung von Luftkühlung erhöhen, und
zwar hauptsächlich
die Spitzenleistung, indem die kühlende
Oberfläche
der mit Rippen versehenen, luftgekühlten Röhren durch Besprühen mit
Wasser erhöhen,
oder durch Herstellen eines durchgehenden Wasserfilms auf diesen.
Derartiges wird in der vorher erwähnten Veröffentlichung von Swanekamp
vorgestellt (POWER, Juni 1994).
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3. Die Erfindung
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Das
Ziel der Erfindung ist es, ein luftgekühltes System einzurichten,
welches im Vergleich zu den bekannten, direkten luftgekühlten Lösungen,
die Kosteneffizienz von diesen verbessert, und gleichzeitig ihre
Betriebszuverlässigkeit,
einschließlich
der Betriebsflexibilität,
deutlich erhöht,
und welche es möglich
macht, sie sogar unter extremen Betriebsbedingungen zu steuern,
und welche weiter die Hochfahr-Zuverlässigkeit erhöht, wenn
der Betrieb gestartet wird.
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Das
luftgekühlte
System gemäß der Erfindung
beinhaltet einen Dampf-Luft-Wärmetauscher, welcher
aus Röhren
besteht, welche an der Außenseite
mit Rippen versehen sind, und welche für die partielle direkte Kondensation
eines Mediums im dampfförmigen
Zustand mit umgebender Luft geeignet sind, wobei der Wärmetauscher
den Dampf von einer oberen Verteilerkammer empfängt und in einer unteren Kammer
endet, welche die Menge an Kondensat entsprechend dem kondensierten
Dampf und den Dampf, welcher noch nicht kondensiert ist, sammelt,
und welche mindestens einen Direktkontaktkondensator aufweist, in
welchem der verbleibende Dampf, welcher noch nicht kondensiert ist,
und welcher von der unteren Verteilerkammer des Dampf-Luft-Wärmetauschers
kommt, aufgrund der Wirkung von Kühlwasser, welches in einem
Wasser-Luft-Wärmetauscher
gekühlt
wird und durch Düsen
gesprüht
wird, kondensiert; gleichzeitig werden die nicht kondensierenden
Gase von dem oben erwähnten
Direktkontaktkondensator durch einen geeignet strukturierten Nachkühler vom
Schachttyp bzw. Tray-Typ bzw. verdichtendem Nachkühler entfernt.
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Die
Kühlung
der mit Rippen versehenen Wärmetauscherröhren findet
mit Kühlluft
statt, welche durch Gebläse
oder Kühltürme, welche
einen natürlichen
Zug bereitstellen dazu gebracht wird, zu strömen. Die Wärmetauscherbündel, welche
zur Kühlluft
gehören,
werden durch eine herkömmliches Gebläse zum Strömen gebracht,
werden gewöhnlich eine
Zelle genannt, und eine Reihe von Zellen „ ein Feld" bzw. „Bay".
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Hier
sind, genauso wie bei den bekannten, direkten luftgekühlten Systemen,
die mit Rippen versehenen Röhren
mit einer unteren Dampf- und Kondensat-Sammelkammer am Ende des
Röhrenbündels verbunden.
Die Kondensation des verbleibenden, noch nicht kondensierten Dampfes
in dem Dampf-Luftsegment des luftgekühlten Systems, findet in einem
oder mehreren Direktkontaktkondensatoren mit Kühlwasser statt, welches in
einem Wasser-Luft-Wärmetauscher
gekühlt
wird; der Direktkontaktkondensator oder die Direktkontaktkondensatoren
sind mit dem Wasser-Luft-Wärmetauscher
oder den Wärmetauschern
in Reihe geschaltet, und sind direkt miteinander verbunden. Das
Kondensat fließt aufgrund
des Effekts der Schwerkraft in die Kondensat-Sammelrohrleitung.
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Der
Dampf, welcher in den Direktkondensator strömt, kondensiert aufgrund des
Kühlwassers, welches
durch die Kondensatordüsen
hereingesprüht,
und in einem Wasser-Luft-Wärmetauscher gekühlt wird,
und fließt
zusammen mit dem erwärmten
bzw. aufgeheizten Kühlwasser
in den Speicherteil (Hot Well) des Direktkontaktkondensators. Das Auspumpen
der nicht kondensierenden Gase findet ebenfalls aus dem Direktkondensatorraum
statt.
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Damit
realisiert das Kühlsystem
gemäß der Erfindung
durch Entfernen des am wenigsten effizienten Dephlegmatorteils,
welches bei den bekannten Lösungen
verwendet wird und früher
detailliert wurde, das gesetzte Ziel, und ersetzt es durch eine
effizientere, einfacher steuerbarere und zuverlässigere Lösung, dem Wasser-Luft-Kühlsegment
des luftgekühlten
Systems gemäß der Erfindung.
Damit wird die Kondensation des verbleibenden Dampfes in einem Raum
realisiert, welcher bedeutend kleiner ist, als der des Dephlegmators
in einem kompakten Direktkontaktkondensator, welcher im Vergleich
zum Dephlegmator ebenfalls nahezu ideale Bedingungen für das Entfernen
der nicht kondensierenden Gase bereitstellt. Das Entfernen der Wärme auf
Umgebungstemperaturniveau findet in dem oben erwähnten erzwungenen Zirkulations-Wasser-Luft-Wärmetauscher
statt, in welchen nur eine unbedeutende Menge an nicht kondensierendem
Gas im Vergleich zum augenblicklichen Wasser strömt. Aufgrund dessen kann in
dem Wärmetauscher,
teilweise aufgrund der erzwungenen Zirkulation und teilweise aufgrund des
Fehlens von nicht kondensierenden Gasen, ein Wärmeaustausch realisiert werden,
welcher bedeutend effizienter als der in einem Dephlegmator ist, steuerbarer
und weniger empfindlich für
Betriebsbedingungen. Gleichzeitig behält das Kühlsystem entsprechend der Erfindung
den effizienteren Kondensationsabschnitt bei. Das bedeutet natürlich nicht den
mechanischen Austausch des Dephlegmatorteils, welcher bisher verwendet
wurde, aber erfordert das optimierte Verhältnis des Kondensatorteils
und der Lösung,
welche den Dephlegmator gemäß der gegebenen
Anwendung ersetzt. Abhängig
von den Anwendungsumständen
kann der Kondensatorabschnitt sogar auf 30 bis 40 Prozent seiner
Originaldimensionen reduziert werden, aber gleichzeitig kann er
ebenfalls die Proportionen in der „Kondensator-Dephlegmator"-Lösung übersteigen.
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Die
Lösung,
dass in dem luftgekühlten
System gemäß der Erfindung
der Dampf, welcher in dem Kondensatorabschnitt nicht kondensiert
wurde, direkt in den kompakten Dampfraum des Direktkontaktkondensators
strömt,
macht es möglich,
das weitere Dampfverteilersystem, welches beim Stand der Technik
verwendet wird, auszulassen. Ähnlich
gibt es keine Notwendigkeit für
den Dampf, oder für
den Dampf, welcher eine zunehmende Menge an nicht kondensierenden
Gasen als Folge der Kondensation enthält, durch weiter lange enge Wärmetauscherröhren hindurch
zu strömen.
All dies reduziert den Druckabfall auf der Dampfseite, und den Temperaturabfall,
welcher damit verbunden ist, erheblich. Am Ort des Gemisches aus
Dampf und nicht kondensierenden Gasen gibt es in dem Wasser-Luft-Wärmetauscher
Wasser als das Medium, welches zu kühlen ist. Dies macht eine vollständig gleichförmige Medienverteilung
auf der Innenseite der Wärmetauscherröhren aufgrund
der erzwungenen Zirkulation möglich. Außerdem kann
das zunehmende Unterkühlen,
welches als eine Folge des Partialdruckes von Luft auftritt, welches
in früheren
Lösungen
zunimmt, vermieden wird. Der Wärmeübertragungskoeffizient
auf der Innenseite des Rohres wird ebenfalls bedeutend günstiger
als in dem Fall der Kondensation von Dampf mit einem hohen, nicht
kondensierenden Gasgehalt. Insgesamt resultiert dies in einem effizienteren
Wärmetauscher
mit einer kleineren Oberfläche,
was ebenfalls bedeutet, dass er billiger ist. Ebenfalls kann als
ein Ergebnis der Reduzierung der Unterkühlung die Effizienz von Kraftwerkskreisläufen um
einiges verbessert werden. Da das Entfernen der nicht kondensierenden
Gase in einem einzelnen Raum des Direktkontaktkondensators unter
günstigeren
Umständen
stattfindet, ist die Menge, welche ausgepumpt werden soll viel geringer,
was es möglich
macht, kleinere Ausstoßvorrichtungen
und weniger Hilfsenergie zu verwenden. Das Entfernen des Dephlegmatorabschnitts
hilft ebenfalls, ein besseres Vakuum sicherzustellen, indem „Kühlsystem-Drosseln" während geringerer äußerer Lufttemperaturen vermieden
wird, mit anderen Worten wird eine höhere Turbinenleistung erzielt.
Ein sehr bedeutsames, weiteres Ergebnis aufgrund des Auslassens
der Oberfläche
des Wärmetauscherabschnitts,
welcher den Dampf kondensiert, und des nicht kondensierenden Gasgemisches,
ist das Vermeiden von verschiedenen problematischen Betriebsstati
(Gasblockierungen von unterschiedlicher Größe oder sogar die Ausbildung
von Wasserpfropfen als eine Folge von „Stockungen"). Dies macht es
möglich,
zahlreiche Betriebsprobleme zu vermeiden und Operationen aufzuweisen,
welche zuverlässiger
und steuerbarer sind.
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Bei
größeren luftgekühlten Systemen
strömt der
expandierte Dampf, welcher von der Turbine kommt, in mehrere parallel
verbundene Dampf-Luft-Wärmetauscher,
d.h. Kondensatoren. In derartigen Fällen kann nicht nur ein Direktkontaktkondensator
verwendet werden, um den verbleibenden Dampf zu kondensieren, sondern
es können mehrere
Direktkontaktkondensatoren direkt mit jedem einem der Wärmetauscherbündel des Dampf-Luft-Kondensators
verbunden werden, und dann auf der Wasserseite verbunden werden,
um den Dampfweg zu verkürzen.
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Die
Dampf-Luft- und Wasser-Luft-Wärmetauscherbündel, welche
aus mit Rippen versehenen Wärmetauscherröhren bestehen,
können
nicht nur in Zellen platziert werden, welche voneinander getrennt sind,
sondern ebenfalls in der selben Zelle kombiniert werden (damit sie
ein gemeinsames Gebläse
aufweisen). Es ist hier praktisch, wenn die einzelnen Dampf-Luft-Wärmetauscherbündel ebenfalls
direkt mit einzelnen, getrennten Direktkontaktkondensatorräumen verbunden
werden.
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Von
den zwei seriell verbundenen Abschnitten des luftgekühlten Systems
auf der Dampfseite unterstützt
das Entfernen des hinteren Dephlegmatorabschnitts mit der steuerbareren
Lösung,
welche hier vorgestellt wird, die Steuerbarkeit des gesamten Prozesses.
Somit können
bei der Lösung
gemäß der Erfindung
anstelle von Gebläsen,
welche die Kühlluft bereitstellen,
Strom-Türme,
welche einen natürlichen Zug
hervorrufen, werden, ohne gefährdende
Betriebszuverlässigkeit
verwendet (was im Fall der reinen, direkten luftgekühlten Kondensatoren
nicht möglich
war, wie wir im Zusammenhang mit dem Stand der Technik vorgestellt
haben).
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Bei
einer weiteren Version der Erfindung strömt der nicht kondensierte,
verbleibende Dampf nicht nur in den Direktkontaktkondensator, sondern der
Dampf kann ebenfalls von einer Abzweigung mit einem Ventil von der
verlängerten
Haupt-Dampfrohrleitung oder einer Abzweigung von ihr dorthin strömen, womit
der Kondensator umgangen wird. Dies macht die Steuerung des Systems
und die Auswahl der effizientesten Betriebsart entsprechend den
Betriebsanforderungen leichter, und zwar aufgrund der optimalen
Lastverteilung zwischen dem Dampf-Luft-Wärmetauscher und dem Wasser-Luft-Wärmetauscher.
Im Fall von niedrigeren Umgebungstemperaturen forciert das Öffnen der Umgehungsrohrleitung
und das übertragen
der Last durch diese, hin zum Direktkontaktkondensator und dem Wasser-Luft-Wärmetauscher,
das „Drossel-Phänomen" hin zu sogar niedrigeren
Gegendrucken der Turbine, und trägt
dadurch zu einer weiteren Verbesserung der Leistung des Kraftwerks
bei.
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Die
Zunahme der Spitzenleistungszeit des luftgekühlten Systems gemäß der Erfindung
kann erzielt werden, wenn die Oberfläche der mit Rippen versehenen
Wärmetauscherröhren des
Wasser-Wärmetauschers,
welche dem Strom der Kühlluft ausgesetzt
sind, mit Wasser besprüht
werden, oder wenn auf ihnen ein Wasserfilm durch kontinuierliche Nachführung ausgebildet
wird. Während
solch einer Zeit kann durch Öffnen
des oben erwähnten
Umgehungsrohrleitungsventils die Wärmeentnahme teilweise vom Dampf-Luft-Wärmetauschersegment
auf das befeuchtete Wasser-Luft-Wärmetauschersegment übertragen
werden, was die Gesamtleistung des Kühlsystems erhöht und über dieses
die des Kraftwerks.
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Es
ist möglich,
den Einbau einer Dampf-Absperrvorrichtung praktisch mit der dampfseitigen
Umgehungsrohrleitung im Haupt-Dampfrohrleitungsabschnitt nach der
Umgehungs-Rohrleitungsabzweigung zu verbinden. Da es bekannt ist,
dass wenn Kraftwerke gestartet werden, wobei direkte luftgekühlte Systeme
bei Temperaturen unter den Gefrierpunkt verwendet werden, nur eine
minimale Dampfmenge (5 bis 10 Prozent) erzielt werden kann, der
es ermöglicht
wird, in den direkten luftgekühlten
Kondensator zu dampfen, um die Gefahr des Einfrierens zu vermeiden.
Bis zu diesem Grenzwert muss der Dampf in die Luft geblasen werden.
Die Lösung
entsprechend der Erfindung macht den Hochfahrprozess sogar bei einer
Dampfmenge von Null möglich. Das Öffnen des
Dampfumgehungs-Rohrleitungsventils und das Schließen des
Haupt-Dampfrohrleitungsventils machen den Hochfahr-Prozess durch
den hinteren Abschnitt (Direktkontaktkondensator und Wasser-Luft-Wärmetauscher)
des seriell verbundenen Kühlsystems
möglich.
Durch das Öffnen
des Wasserkreislauf-Umgehungsventils ist es möglich, das Kühlwasser über den
Direktkontaktkondensator aufzuwärmen
bzw. zu erhitzen. Zu dieser Zeit ist der Wasser-Luft-Wärmetauscher
nicht mit Wasser aufgefüllt, somit
zirkuliert die Pumpe, die das Kühlwasser
zirkuliert, das Kühlwasser
durch die Rohrleitung, welche den Wärmetauscher umgeht (wenn das
wasserseitige Umgehungsventil, welches eingepasst ist, geöffnet wird).
Das Füllen
der Wasser-Luft-Wärmetauscher
findet auf diese Weise mit aufgewärmtem bzw. aufgeheiztem Wasser
statt, und sie werden nur in Operation gebracht, welche diesem folgt.
Der Dampf-Luft-Wärmetauscher
(Kondensator) wird nur in Operation gebracht, wenn er dem Öffnen des Haupt-Dampf-Rohrleitungsventils
folgt, wenn der Dampfstrom den Sicherheitswert bedeutend übersteigt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Auslegungsform der Lösung gemäß der Erfindung
wird die untere Kondensat- und Dampf-Sammelkammer des Dampf-Luft-Wärmetauschers
(Kondensator) im ersten Abschnitt des luftgekühlten Systems auf eine derartige
Weise umgewandelt, dass der verbleibende Dampf nicht von der Kammer
in das Gehäuse
eines getrennten Direktkontaktkondensators zugeführt wird. Stattdessen dient
die untere Sammelkammer selbst als ein Direktkontaktkondensatorraum,
indem das Wasser, welches in dem Wasser-Luft-Wärmetauscher abgekühlt wird
zu den Düsen,
welche in der unteren Kammer angebracht sind, zugeführt wird
(in ihrer gesamten Länge
oder nur in bestimmten Abschnitten). Aufgrund dessen findet die
Kondensation des verbleibenden Dampfes in der unteren Sammelkammer
in der unmittelbaren Nähe
des Austretens aus den Kondensatorröhren statt. Das Entfernen der nicht
kondensierenden Gase findet in einem geeignet ausgebildeten Abschnitt
der Kammer statt, welche vorzugsweise einen Nachkühler vom
Schachttyp bzw. Tray-Typ beinhaltet. Um die Größe einer Kammer zu begrenzen,
welche auf diese An und Weise eine derart kombinierte Aufgabe ausführt (Kondensat-
und verbleibende Dampf-Sammelkammer, Direktkontaktkondensatorraum
und Raum, welcher zum Entfernen von nicht kondensierenden Gasen geeignet
ist) an einem oder mehreren Orten, müssen Container angebracht werden,
welche als ein Speicherteil (Hot Well) des Direktkontaktkondensators
für das
aufgeheizte Kühlwasser
und das Dampfkondensat dienen. Diese Lösung reduziert den Weg des
zurückbleibenden
Dampfes, welcher zur Kondensation führt beträchtlich, über diesen wird der Druck reduziert,
und folglich fällt
die Temperatur, was als eine Folge der Dampfreibung auftritt, genauso
wie die Ungleichgewichte, welche währenddessen auftreten. Es ist
ebenfalls möglich,
die Dampf-Luft- und Wasser-Luft-Wärmetauscher
in gemeinsamen Bündeln zu
platzieren.
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Eine
weitere günstige
Lösung
kann mit der Integration des Dampf-Luft- und des Wasser-Luft-Wärmetauschers
gestaltet werden. D.h., dass es nicht nur in einem Wärmetauscherbündel, sondern
in jeder einzelnen Wärmetauscherröhre ein Segment
gibt, welches sowohl den Dampf-Luft-Wärmeaustausch als auch den Wasser-Luft-Wärmeaustausch
erzeugt. Dies erfordert eine Wärmetauscherröhre, deren
Form sich in Richtung des Luftstroms erstreckt, und eine untere
Multifunktionskammer, welche mehrere Aufgaben ausführt. Die
untere Kammer sammelt das Kondensat und den verbleibenden Dampf,
welcher von dem Dampf-Luft-Wärmetauschersegment
ankommt, und dient als ein Direktkontaktkondensatorraum für den verbleibenden
Dampf. Derselbe Raum beinhaltet einen Nachkühler vom Schachttyp bzw. Tray-Typ
bzw. verdichtenden Nachkühler,
welcher die Entnahme der nicht kondensierenden Gase unterstützt. Ein
Teil des Raumes in der unteren Kammer dient ebenfalls als die Wasserverteiler-Kammer
des Wasser-Luft-Wärmetauschers und
hierdurch wird das gekühlte
Wasser den Strahldüsen zugeführt. Innerhalb
der integrierten Wärmetauscherröhre ist
ein Teil, beginnend von der unteren Verteilerkammer, günstigerweise
das Teil in Richtung auf die Seite des Eintritts der Kühlluft,
vom Rest der Röhre
durch eine Seitenwand im einer Ebene senkrecht zur Richtung des
Luftstroms getrennt, sodass es geeignet ist, um den Wasser-Luft-Wärmetauscher-Rohrleitungsabschnitt
auszubilden. Es ist ebenfalls praktisch, wenn dieser Abschnitt in
einem Zwischenpunkt in der Länge
der Wärmetauscherröhre endet,
wo er durch eine Schließkomponente
begrenzt ist, welche in einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse
angeordnet ist. Der Wasser-Luft-Wärmetauscherröhren-Abschnitt,
welcher auf diese Weise ausgebildet ist, kann mit einer oder mehreren
inneren Trennwänden
in weitere Kanäle
unterteilt werden. Wenn nur eine interne Trennwand verwendet wird, welche
vor der unteren Schließkomponente
endet, kann ein zweiflutiger Quer-Gegenstrom-Wasser-Luft-Wärmetauscher ausgebildet werden,
sodass aus der Perspektive der Richtung des Luftstroms das erwärmte Kühlwasser
im inneren Kanal nach oben strömt,
dann am Ende der Trennwand umdreht und nach unten in den äußeren Kanal
strömt,
wo die Luft eintritt, und dann in der Zwischenzeit als Folge des Kühleffektes
abkühlt,
welcher durch die mit Rippen versehenen Wärmetauscher-Oberfläche bereitgestellt
wird. Der Dampf, welcher von der Turbine kommt, erreicht die Dampf-Luft-Wärmetauscherröhre durch
die obere Dampfverteilerkammer über
den gesamten Querschnitt der Wärmetauscherröhre. Der Dampf
kondensiert teilweise in dem Abschnitt, welcher für den Dampf-Luft-Wärmeaustausch
zurückbleibt,
währenddessen
reduziert sich nicht nur der Dampfstrom, sondern aufgrund des Auftretens
des Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitts
von einem bestimmten Punkt an reduziert sich der Querschnitt, welcher
für den
Strom verfügbar
ist, ebenfalls. Das Kondensat und der verbleibende Dampf gehen zur unteren
Verteilerkammer des Wärmetauscherbündels, welches
die kombinierte Aufgabe ausführt,
wie oben dargestellt. Das Kühlwasser,
welches in den äußeren Kanalabschnitten
abgekühlt
wird, wird durch die Strahldüsen,
welche in der unteren Kammer angebracht sind, in den Mischkondensatorraum
der unteren Kammer gesprüht.
Hier trifft es den verbleibenden Dampf, welcher aus den Kanälen ankommt,
welche als Dampf-Luft-Wärmetauscher über ihre
gesamte Länge
dienen und den größeren Teil
von ihm kondensiert. In der unteren Kammer oder in einem nahen Raum,
ist es praktisch, einen Nachkühler
vom Schachttyp bzw. Tray-Typ bzw. verdichtenden Nachkühlerteil
zu gestalten, von welchem die nicht kondensierenden Gase unter günstigen
Bedingungen zu den Ausstoßvorrichtungen
zugeführt
werden können.
-
Bei
einer weiteren Unterversion dieser Lösung ist die mit äußeren Rippen
versehene Wärmetauscherröhre, welche
sich in die Richtung des Luftstroms erstreckt, in mehrere Kanäle mit Trennwänden unterteilt.
Der Dampf, welcher von der Turbine kommt, tritt hier ebenfalls über den
gesamten Querschnitt des Wärmetauschers
ein, mit anderen Worten tritt er in die Wärmetauscherröhre über alle
die Kanäle
ein. Einige dieser Dampf-Kondensationskanäle gehen über den ganzen Weg von der
oberen Verteilerkammer zu der unteren Verteilerkammer und enden dort;
der Rest der Dampfkanäle
beginnt an der oberen Dampf-Verteilerkammer und endet an einem Zwischenpunkt
der Länge
der Wärmeaustauscher-Rohrleitung.
Vor dem Endpunkt dieser Kanäle
gibt es eine Durchlassöffnung
durch die Trennwand zum benachbarten Dampfkondensations-Kanal. Bei
einer anderen praktischen Lösung
gibt es in den Trennwänden zwischen
den Kanälen
wiederholt Löcher
oder Öffnungen,
welche für
Dampfkondensation verwendet werden, und aufgrund dieser Löcher wird
das Kondensationsteil quasi einkanalig (ähnlich zu dem in der Patentspezifikationsnummer
WO 98/33028). Zwei oder mehr, aber eine gerade Anzahl der Kanäle der Multikanal-Wärmetauscher-Rohrleitung
(zwei von ihren Kanälen
für den
Fall einer Gesamtzahl von vier Kanälen) sind von dem Dampfraum
getrennt, welcher am unteren Ende beginnt, und in bis zu einer bestimmten
Höhe endet
(vorzugsweise auf der Eintrittseite der Kühlluft) und dazu dient, den
Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt
auszubilden.
-
Sowohl
die Lösung,
welche hier beschrieben ist, und ihre Varianten über ihre kombinierten und integrierten
Funktionen, sowie ihre strukturellen Einheiten tragen zur Etablierung
eines kosteneffektiveren und effizienteren Prozesses bei, und zwar
aufgrund der Vermeidung von längeren
Längen
des Medium-Transportprozesses. Wie wir erwähnten, kann Dampf in den gesamten
Röhrenquerschnitt
von all den Röhren
eintreten, welche die Wärmetauscher ausbilden.
Natürlich
muss der Dampf-Luft-Wärmetauscher
vakuumdicht sein. Damit können
die gleichförmigen
Wasser-Luft-Wärmetauscher,
welche in einem Gehäuse
mit den Dampf-Luft-Abschnitten integriert sind, ebenfalls so gestaltet
sein, dass sie vakuumdicht sind. Dies macht es möglich, das erwärmte bzw.
erhitzte Kühlwasser
wieder zuzuführen,
und dem Druckanstieg, welcher für
die Verteilung zwischen Wärmetauscherröhren erforderlich
ist, auf einer Stufe zu sein, welche erforderlich ist, um nur die Reibung
des Kreislaufs zu überwinden,
sodass es bestimmten Abschnitten des Wasser-Luft-Wärmetauschers
möglich
wird, unter Atmosphärendruck
zu stehen. Bei einem Wärmetauscher,
welcher auf diese Weise ausgebildet ist, findet Kondensation in
vier Schritten statt, aber in einem einzigen Wärmetauschergehäuse, teilweise
in dem Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt,
in einem geringeren Ausmaß entlang
der Wand, welche den Dampf- und den Wasserstrom der einzelnen Wärmetauscherröhren trennt, mit
der Injektion von gekühltem
Kühlwasser
in die untere Verteilerkammer, welche ebenfalls als Direktkontaktkondensatorraum
dient, und schließlich
in dieselbe Stelle in den Nachkühler
vom Schachttyp bzw. Tray-Typ bzw. verdichtendem Nachkühler, welcher dorthin
führt,
wo die Luft entfernt wird.
-
Eine
weitere günstige
Auslegungsform kann in einem Fall realisiert werden, wobei ein integrierter Wärmetauscher,
teilweise ähnlich
zu dem vorherigen Fall, verwendet wird, wenn innerhalb der einzelnen Röhren eine
ungerade Anzahl, sogar nur eine, von Kanälen als ein Wasser-Luft-Wärmetauscher
ausgebildet ist. Dann geht das erwärmte bzw. erhitzte Kühlwasser
von der Verteilerkammer, welche ebenfalls als ein Direktkontaktkondensator
dient, zu einem Speicherraum, von wo die Pumpe es zu einer externen
Verteilungs-Kühlungswasserrohrleitung
transportiert. Es ist praktisch, wenn die Verteiler-Kühlwasserrohrleitung
zwischen den Wärmetauscherbündeln verläuft, welche
in einer „A-Form" angeordnet sind, und
von dieser gibt es Verzweigungen zum Kanal auf der Eintrittsseite,
und zwar in Bezug auf die Richtung des Luftstroms von jeder einzelnen
Röhre in
einen Zwischenabschnitt der Röhren,
welche das Wärmetauscherbündel ausbildet.
Das Kühlwasser
in diesem Kanalabschnitt, welches von seiner Einführung in
alle Wege abwärts
strömt,
kühlt wieder,
und wird durch Düsen,
welche geeignet sind, um Strahlen auszubilden, in die untere Verteilerkammer
injiziert, welche ebenfalls als ein Direktkontaktkondensatorraum dient.
-
Bei
einer weiteren Auslegungsform des integrierten Wärmetauschers wird die Verteilung
des erwärmten
bzw. erhitzten Kühlwassers
wieder im Verteilerabschnitt ausgeführt, welcher in der unteren Verteilerkammer
ausgebildet ist, und von hier strömt das Wasser, welches gekühlt werden
soll, nach oben in einen Kanal zu einem Zwischenabschnitt der gesamten
Länge des
Kanals. Das gekühlte
Wasser wird durch die Löcher
oder Düsen
injiziert, welche im oberen Abschnitt des Kanals in den benachbarten
Kanal ausgebildet sind, wo sie die Kondensation des verbleibenden
Dampfes ausführen,
welcher von den Kondensatorkanälen
durch die untere Verteilerkammer in diesen Mischraum strömt. Eine
Rohrleitung von bedeutend kleinerem Querschnitt als der Querschnitt
des Kanals tritt in jeden Kanalabschnitt ein, welcher als ein Mischraum
dient, welcher dem Wasserkühler-Kanal
bis zu seinem Ende benachbart ist. Durch diese Rohrleitungen werden
die nicht kondensierenden Gase, welche im oberen Teil des Mischraumes
noch konzentrierter werden, abgesaugt und den Sammel-Rohrleitungen
des Ausstoßvorrichtungssystems
zugeführt.
Diese Lösung
liefert ein günstiges
Ergebnis, wenn es die Bedingungen rechtfertigen, dass die Dampf-Luftkondensation,
verglichen mit dem Wasser-Luft-Wärmeaustausch,
eine dominierende Rolle beim Wärmeaustausch
spielt.
-
4. Beschreibung der möglichen
Wege zur Realisierung der Erfindung auf der Basis der Zeichnungen
-
Einige
günstige
Auslegungen der Erfindung werden mit Hilfe von Figuren detailliert
als Beispiele beschrieben, für
welche folgendes gilt:
-
1 zeigt
ein luftgekühltes
System mit einem Dampf-Luft-Wärmetauscher,
einem Wasser-Luft-Wärmetauscher
und einem Direktkontaktkondensator,
-
2 zeigt
ein luftgekühltes
System mit natürlichem
Zug,
-
3 zeigt
ein luftgekühltes
System, bei welchem der Direktkontaktkondensator neben dem zurückbleibenden
Dampf des Dampf-Luft-Wärmetauschers
ebenfalls einen Teil des Dampfes direkt kondensieren kann, welcher
in der Turbine expandiert wird,
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4 zeigt
ein luftgekühltes
System, bei welchem die untere Verteilerkammer des Dampf-Luft-Wärmetauschers
ebenfalls als ein Direktkontaktkondensator dient,
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5a zeigt
ein luftgekühltes
System mit integrierten Wärmetauscherröhren, welches
einen Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt
und einen zweiflutigen Quer-Gegenstrom-Wasser-Luft-Wärmetauscher-Rohrleitungsabschnitt
enthält,
welcher an einem Zwischenpunkt der Länge der Rohrleitung endet,
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5b zeigt
einen A-A-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 5a,
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5c zeigt
einen B-B-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 5b,
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6a zeigt
ein luftgekühltes
System mit integrierten Wärmetauscherröhren, welche
einen Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt
enthalten, welcher durch Trennwände
in Kanäle
aufgeteilt ist, und bei den Kanälen,
welche an einem Zwischenpunkt der Länge der Röhre enden, gibt es eine Durchlassöffnung,
und sie enthalten ebenfalls einen zweiflutigen Quer-Gegenstrom-Wasser-Luft-Wärmetauscher-Rohrleitungsabschnitt,
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6b zeigt
einen A-A-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 6a,
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6c zeigt
einen B-B-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 6b,
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7a zeigt
ein luftgekühltes
System mit integrierten Wärmetauscherröhren, welche
einen Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt
mit durchgehenden perforierten Trennwänden enthält, und einen zweiflutigen
Quer-Gegenstrom-Wasser-Luft-Wärmetauscher-Rohrleitungsabschnitt,
welcher an einem Zwischenpunkt der Länge der Rohrleitung endet,
-
7b zeigt
einen A-A-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 7a,
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7c zeigt
einen B-B-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 7b,
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8a zeigt
ein luftgekühltes
System mit integrierten Wärmetauscherröhren, welche
einen Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt
und einen einflutigen Querstrom-Wasser-Luft-Abschnitt
enthalten, wobei deren Wasserzufuhr von einer externen Wasserverteiler-Rohrleitung
gelöst
wird, welche zwischen den Wärmetauscherbündeln entlang
läuft,
und welche in einer „A-Form" angeordnet sind,
-
8b zeigt
einen A-A-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 8a,
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9a zeigt
ein luftgekühltes
System mit integrierten Wärmetauscherröhren, welche
einen Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt
und einen einflutigen Querstrom-Wasser-Luft-Abschnitt
enthalten, wobei deren Wasserzufuhr von einer unteren Kammer gelöst wird,
und ein Rohrieitungsabschnitt zwischen den beiden vorher erwähnten Einheiten
als ein Direktkontaktkondensatorraum dient,
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9b zeigt
einen B-B-Schnitt- bzw.-Abschnitt von 9a.
-
Das
luftgekühlte
System in 1 zeigt jeweils ein Bündel des
angewendeten Dampf-Luft-Wärmetauschers
und des Wasser-Luft-Wärmetauschers,
den Direktkontaktkondensator und die Art und Weise wie sie miteinander
verbunden sind. Der Dampf 1, welcher kondensiert werden
soll, welcher in der Turbine expandiert wird, tritt über die
obere Dampf-Verteiler-Kammer 24 in das Dampf-Luft-Wärmetauscherbündel 3 ein.
Von der oberen Dampf-Verteilerkammer 24 tritt der Dampfstrom 21,
welcher kondensiert werden soll, in jede mit Rippen versehene Röhre des
vorher erwähnten Dampf-Luft-Wärmetauscherbündels ein,
wobei die mit Rippen versehenen Röhren als luftgekühlte Kondensatoren 2 dienen.
Wenn der Dampf durch die mit Rippen versehene Dampf-Luft-Wärmetauscherröhre 2 strömt, wird
ein Teil des Dampfes als Ergebnis des Kühleffektes der umgebenden Kühlluft 4 kondensiert, durch
das Gebläse 5 bewegt
(oder durch eine andere Luftbewegungseinheit). Das Kondensat 8 und
der verbleibende Dampfstrom 22 treten von der Dampf-Luft-Wärmetauscherröhre 2 in
die untere Sammelkammer 25 ein. Der akkumulierte, verbleibende
Dampf 23 tritt nicht in einen weiteren Dampf-Luft-Wärmetauscher
ein, um dort kondensiert zu werden, sondern er tritt eher in einen
kompakten Direktkontaktkondensator 9 ein, welcher mit der
unteren Sammelkammer 25 verbunden ist. Die Kühlwasserstrahlen,
welche über
die Düsen 10 in
den Direktkontaktkondensator eintreten, dienen als eine Oberfläche, welche
die Kondensation des akkumulierten verbleibenden Dampfes 23 realisiert.
Das Gemisch des Kühlwassers,
welches natürlich
durch die Kondensation erwärmt
bzw. erhitzt wird, und der Dampf, welcher in dem Direktkontaktkondensator 9 kondensiert
wird, werden in dem Speicherteil 15 akkumuliert (Hot Well).
Der Nachkühler
vom Schachttyp bzw. Tray-Typ bzw. der verdichtende Nachkühler 37, welcher
dem Entfernen der nicht kondensierenden Gase hilft, ist in einem
geeigneten Teil des Direktkontaktkondensators 9 angebracht.
Die nicht kondensierenden Gase werden über die Luftentnahme-Rohrleitung 11 durch
Ausstoßvorrichtungs-Pumpen
aus dem Nachkühler 37 gepumpt.
Aus dem Speicherteil des Direktkontaktkondensators 15 treten
das Wasser, und zwar die Menge, welche in Proportion mit dem kondensierten
Dampf steht, und das Kondensat 8, aus der unteren Sammelkammer 25 des Dampf-Luft-Wärmetauschers 3 in
eine Kondensatrohrleitung ein. Aus dem Speicherteil 15 des
Direktkontaktkondensators 9 wird das erwärmte bzw.
aufgeheizte Kühlwasser 13 durch
eine Kühlwasserextraktions-
und Zirkulationspumpe 14 zum Wasser-Luft-Wärmetauscherbündel 7 gebracht.
Der erwärmte
bzw. erhitzte Kühlwasserstrom 13 wird
durch die Kühlluft 4 wieder
gekühlt,
und durch das Gebläse 5 in
die mit Rippen versehenen Röhren 6 des
Wasser-Luft-Wärmetauschers 7 bewegt.
Praktisch findet das Rückkühlen in
einem zweiflutigen Quer-Gegenstrom-Wasser-Luft-Wärmetauscher statt. Der Kühlwasserstrom 12,
welcher im Wasser-Luft-Wärmetauscher 7 rückgekühlt wird,
wird durch die oben erwähnten
Düsen 10 in
den Direktkontaktkondensatorraum 9 injiziert. Aufgrund
des zyklischen Prozesses, welcher auf diese Weise endet, wird der
Dephlegmator, welcher in den bekannten Lösungen verwendet wird, überflüssig.
-
Im
Fall von Aufgaben, welche größere Wärmeentnahme
erfordern, wird das luftgekühlte
System, welches in 1 gezeigt ist, modifiziert,
sodass der expandierte Dampf 1, welcher von der Turbine 20 ankommt,
in mehrere Dampf-Luft-Wärmetauscher 3 verteilt
wird, d.h. Kondensatoren, welche parallel miteinander verbunden
sind. In derartigen Fällen
kann nicht nur ein Direktkontaktkondensator 9 verwendet werden,
sondern es kann ein Direktkontaktkondensator 9 indirekt
mit jedem der Wärmetauscherbündel des
Dampf-Luft-Kondensators 3 getrennt verbunden werden, sodass
sie auf der Wasserseite verbunden sein können um die Dampfwege zu verkürzen.
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In 1 sind
die Dampf-Luft-3- und Wasser-Luft-7-Wärmetauscherbündel getrennt
voneinander gezeigt, und dementsprechend weisen sie jeweils ihr
eigenes Gebläse 5 auf.
Gleichzeitig ist es ebenfalls möglich,
die Dampf-Luft-3-und Wasser-Luft-Wärmetauscherbündel 7 kombiniert
miteinander in einer einzigen Zelle zu platzieren, und in diesem
Fall weisen sie ein gemeinsames Gebläse 5 auf.
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2 zeigt
eine Lösung ähnlich zu
der, welche in 1 gezeigt ist, mit dem Unterschied,
dass die Gebläse 5,
welche verwendet werden um die Kühlluft 4 in 1 zu
bewegen, durch eine Kühlturm-Struktur
ersetzt werden, welche einen natürlichen
Zug 5a beinhalten. An Stelle der erzwungenen Zirkulation
der Luft wird es möglich
gemacht, einen natürlichen
Zug zu verwenden, sodass es auf der Mediumseite das erzwungene Zirkulations-Wasser-Luft-Wärmetauscherbündel 7 und
den Direktkontaktkondensator 9 während der am meisten kritischen
Stufen gibt; und die Kondensation des verbleibenden Dampfes 23 und
die Entnahme der nicht kondensierenden Gase wird in oder von dem
Direktkontaktkondensatorraum 9 gelöst, welcher als kompakt betrachtet
werden kann. Als ein Ergebnis hiervon wird der Einfluss von externen
Umständen
(Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, etc.) reduziert und der Prozess
bleibt steuerbar.
-
Das
Auslegungsbeispiel in 3 zeigt eine Auslegung, bei
welcher der Dampf 1, welcher kondensiert werden soll, durch
das Dampf-Luft-Wärmetauscherbündel 3 in
Form von verbleibendem Dampf 23 gehen kann, und ebenfalls
durch eine Umgehungs-Dampfrohrleitung 26 und durch ein
Dampfventil 27, welches in diesem angebracht ist, direkt
in den Direktkontaktkondensatorraum 9. Es verbessert bedeutend
die Steuerbarkeit des ganzen Kühlsystems
und die Auswahl der optimalen Betriebsart. Wenn ebenfalls ein Absperrventil 28 in
die Haupt-Dampf-Verteilerrohrleitung eingepasst wird, indem es dies
absperrt, können
günstige
Bedingungen selbst für
den Fall sichergestellt werden, dass die Temperatur unter Null liegt,
wenn der Kraftwerksblock gestartet wird, und das Kühlsystem
kann sicher gestartet werden, und Wasser kann gespart werden. In
derartigen Fällen
findet das Hochfahren am hinteren Teil des seriell verbundenen Kühlsystems
statt, d.h. durch den Direktkontaktkondensator 9 und den Wasser-Luft-Wärmetauscher 7.
Wenn der Kraftwerksblock gestartet wird, sind die Wasser-Luft-Wärmetauscher
nicht gefüllt
und der Kühlwasserstrom strömt nur durch
eine Umgehungs-Rohrleitung, bis er auf die entsprechende Temperatur
erwärmt
bzw. aufgeheizt worden ist. Erst danach werden die Wasser-Luft-Wärmetauscher 7 gefüllt und
in Betrieb gebracht. Der Dampf-Luft-Wärmetauscher 3 wird
durch Öffnen
des Absperrventils 28 in Betrieb gebracht, wenn der Dampfstrom 1 den
sicheren Wert, welcher für
einen frostfreien Betrieb notwendig ist, deutlich überschritten
hat.
-
4 zeigt
ein weiteres günstiges
Auslegungsbeispiel, bei welchem die untere Kondensat- und Sammelkammer 29 für den verbleibenden Dampf
des Dampf-Luft-Wärmetauscherbündels 3 ebenfalls
den kondensierenden Raum des Direktkontaktkondensators bereitstellt.
Auf diese Weise wird im Gegensatz zu früheren Auslegungsbeispielen,
welche in den 1, 2 und 3 gezeigt
sind, keine getrennte Direktkontaktkondensatoreinheit 9 benötigt. Stattdessen
wird der Kühlwasserstrom 12 durch
eine Linie von Düsen 10 injiziert,
welche in der unteren Sammelkammer 29 angeordnet sind.
Auf diese Weise finden die Kondensation des verbleibenden Dampfstroms 22,
welcher aus den Dampf-Luft-Wärmetauscherröhren 2 ausgegeben wird
und die Entnahme der nicht kondensierenden Gase 11 nicht
einfach in einem getrennten, andernfalls kompakten Direktkontaktkondensator
statt, sondern ohne jegliche Bewegung in der verbundenen unteren
Sammelkammer 29 und dem Direktkontaktkondensatorraum – wobei
die Verluste, die durch Bewegungen selbst verursacht werden, noch
weiter reduziert werden. Um die Größe der Kammer 29 zu
begrenzen, muss der Container, welcher als der bzw. das Hot-Well
des Direktkontaktkondensators 15 dient, gestaltet werden,
um das erwärmte
Kühlwasser 13 und
das Dampfkondensat 8a hereinzulassen.
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Die 5a,
b, c, 6a, b, c, und 7a, b, c
zeigen einen noch höheren
Integrationsgrad der Funktionen und die Realisierung des Prozesses.
Die wichtigste charakteristische Eigenschaft dieser Lösungen ist
die Kombination der Dampf-Luft-3-und Wasser-Luft 7-Wärmetauscher,
sodass diese nicht nur in einem Wärmetauscherbündel integriert
sind, sondern innerhalb jeder mit Rippen versehenen Wärmetauscherröhre des
Wärmetauscherbündels. Folglich
weist jede integrierte mit Rippen versehene Wärmetauscherröhre des
integrierten luftgekühlten
Wärmetauscherbündels einen
Röhrenabschnitt
auf, welcher Dampf-Luft-Wärmeaustausch 35a realisiert
und einen Rohrleitungsabschnitt 35b, welcher Wasser-Luft-Wärmeaustausch 35b realisiert.
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Ein
weiteres wichtiges Element, welches die Integration und die Kombination
der Dampf-Luft- und der Wasser-Luft-Kühleinheit steigert, ist eine
untere Kombi-Funktions-Kammer 30,
in welcher der verbleibende Dampf 22, welcher von dem Dampf-Luft-Abschnitt 35a kommt,
und das Kondensat 8a, gesammelt werden; es dient ebenfalls
als ein Direktkontaktkondensatorraum, als ein Ergebnis der Tatsache, dass
das gekühlte
Kühlwasser,
welches durch die Düsen 10,
welche hier angeordnet sind, injiziert wird; wobei der Nachkühler 37,
welcher der Entnahme der nicht kondensierenden Gase hilft, ebenfalls
hier angeordnet ist (oder in einem Raum, welcher dicht mit diesem
verbunden ist), als auch der Kühlwasser-Verteilerraum 36 des
Wasser-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitts 35b.
Praktischerweise ist der Nachkühler 37 eine
Nachkühlervorrichtung
vom Schachttyp bzw. Tray-Typ bzw. eine verdichtende Nachkühlervorrichtung,
welche für
Gegenstrom-Wärme-
und Massenübertragung
geeignet ist. Beide Abschnitte der integrierten Wärmetauscherröhre 39 weisen
eine Wärmeaustausch-Oberfläche desselben
Typs von Geometrie auf, und dementsprechend kann ähnlich dem
Dampf-Luft-Wärmetauscher-Rohrleitungsabschnitt 35a der
Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35b ebenfalls
in einer vakuumdichten Weise gemacht werden. Auf diese Weise kann
die Pumpe 14a, welche zur Zirkulation des erwärmten bzw.
aufgeheizten Kühlwassers
verwendet wird, eine einfache Zirkulationspumpe an Stelle der so
genannten Extraktions- und Zirkulationspumpe sein.
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Innerhalb
der integrierten Wärmeaustauscherröhre 39 wird
der Wasser-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt 35b so
gestaltet, dass, beginnend von der kombinierten unteren Kammer 30,
ein Teil – praktisch
der Teil auf der Seite, wo die Kühlluft 4 eintritt – durch
eine Seitenwand 32 von dem anderen Teil der Röhre begrenzt
wird, und zwar in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft 4.
Weiter endet praktisch dieser Wasser-Luft-Abschnitt 35b an einem
Zwischenpunkt der Länge
der integrierten Wärmetauscherröhre 39,
welcher am oberen Ende durch eine Schließkomponente begrenzt ist, welche sich
an einer Stelle senkrecht zur Achse der integrierten Wärmetauscherröhre 39 befindet.
Als ein Ergebnis hiervon kann der Dampfstrom 21 von der
oberen Dampf-Verteiler-Kammer 24 in den Dampf-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt
eintreten, wobei der gesamte Querschnitt der integrierten Wärmetauscherröhre 39 verwendet
wird.
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Innerhalb
der mit Rippen versehenen Wärmetauscherröhren kann
die getrennte, aber integrierte Auslegung des Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitts 39 und
des Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitts 35b in
günstiger
Weise unterstützt
werden, indem die mit Rippen versehenen Wärmetauscherröhren angewendet
werde, welche in der Strömungsrichtung
der Kühlluft
ausgedehnt sind, und durch Gestalten von Kanälen mit Trennwänden innerhalb
des bereitgestellten Querschnitts 39, wobei die Kanäle die Wärmetauscherröhre in zwei
Teile aufteilen, und in den Kanälen
entsprechend ihrer Funktion, wie in den Auslegungsbeispielen dargelegt,
das Dampfinedium des Dampf-Luft-Kühlabschnitts und das Kühlwassermedium
des Wasser-Luft-Kühlabschnitts, durchführen bzw.
durchleiten.
-
Bei
den Auslegungsbeispielen, welche in den 5a, b,
c gezeigt sind, und in den Figuren, welche unten beschrieben sind,
sind die Wärmetauscher-Rohrleitungen
gemäß der Erfindungen
in Kanäle
aufgeteilt, wie oben beschrieben.
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Der
Wasser-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt 35b,
welcher wie oben gestaltet ist, kann in weitere Kanäle mit Trennwänden aufgeteilt
werden. Wenn es eine innere Trennwand 34 gibt (wobei die Trennwand 34 endet,
bevor sie die Schließkomponente 33 erreicht),
dann kann ein zweiflutiger Quer-Gegenstrom-Wasser-Luft-Wärmetauscher
so gestaltet werden, dass in Bezug auf die Strömungsrichtung der Luft 4 das
erwärmte
bzw. erhitzte Kühlwasser 13 im
inneren Kanal nach oben strömt,
dann in den Raum zwischen dem Ende der Trennwand 34 und
der Schließkomponente 33 umdreht,
und es in dem äußeren Kanal,
auf der Seite, wo die Luft eintritt, abwärts fließt. Währenddessen wird, als ein Ergebnis des
Kühleffekts
der Oberfläche
der mit Rippen versehenen integrierten Wärmetauscherröhre 39 das Kühlwasser
abgekühlt.
-
Durch
Anbringen einer weiteren Trennwand 34 kann das Wasser-Luft-Wärmetauschersegment 35b sogar
in mehr Wege einer geraden Anzahl aufgeteilt werden.
-
Gemäß des Obigen
enthält
das Auslegungsbeispiel des Kühlsystems,
welches in den 5a, b, c gezeigt ist, und seine
integrierte Wärmetauscherröhre 39 einen
Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35a und
der Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35b,
ist durch eine Schließkomponente 33 und
eine Seitenwand 32 begrenzt. Der Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35b ist
durch eine Trennwand 34 in zwei Wege aufgeteilt. Das Wasser,
welches gekühlt
wird, strömt
im inneren Kanal in Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlluft nach
oben und es fließt
im äußeren Kanal
abwärts.
(In 5c ist das Wassermedium mit Linien markiert, die
Richtung der Strömung
ist aufwärts,
verglichen mit der Ebene der Zeichnung, markiert mit dem Zeichen „–" und abwärts, verglichen
mit der Ebene der Zeichnung, markiert mit dem Zeichen „+".) Das verbleibende
Raumteil 35a der integrierten Wärmetauscherröhre 39 gestaltet
den Dampf-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt,
in welchem der Dampf, welcher kondensiert werden soll, abwärts strömt. (in 5c ist
das Dampfmedium in den Kanal nicht mit Linien markiert, die Strömungsrichtung
ist abwärts,
verglichen mit der Ebene der Zeichnung, markiert mit dem Zeichen „+"). Entsprechend der
obigen Beschreibung tritt der Dampf 21 von der oberen Dampf-Verteilerkammer 24 in
den Dampf-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt 35a durch
den gesamten Querschnitt der integrierten Wärmetauscherröhre 39 ein.
Während
er durch den gesamten Querschnitt strömt, kondensiert der Dampf 21 fortschreitend
und am oberen Punkt des Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitts 35b (welcher
die Schließkomponente 33 ist)
nimmt der Querschnitt des Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitts 35a offensichtlich
ab, aber hier ist die Volumen-Strömungsrate des Dampfes bedeutend
geringer. Der verbleibende Dampf, welcher den Dampf-Luft-Kühlabschnitt 35a verlässt, wird
weiter durch das gekühlte
Wasser kondensiert, welches von dem Wasser-Luft-Abschnitt 35b entnommen
wird, und durch eine Düse 10 in
den Dampf injiziert wird, und ein Kühlwasserkondensiertes Wassergemisch,
welches von dem Dampf-Luft-Kühlabschnitt
kommt und als ein Ergebnis der Injektion erzeugt wird, welche an
der kombinierten Sammelkammer ankommt, welche ebenfalls als ein
Direktkontaktkondensator 30 dient, und tritt in den Speicherraum 15 ein.
Nicht kondensierte Gase werden von der vakuumdichten Kammer 30 durch den
Nachkühler 37 entnommen.
Eine Menge proportional zum Kühlwasser
wird aus dem Kühlwasser-Kondensatgemisch
entnommen, welches in der Kammer 30 und in ihrem Speicherraum 15 gesammelt
wird, und zwar durch eine Zirkulationspumpe in den Verteilerraum 36,
von wo sie zurück
zum Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35b gebracht
wird.
-
Im
Fall einer Version der Lösung,
welche in Verbindung mit den 5a, b,
c beschrieben wird, in 6a, b, c gezeigt, ist der Dampf-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt 35a in
zwei parallele Kanäle mit
weiteren Trennwänden 31 aufgeteilt,
welche in den Ebenen senkrecht zur Strömungsrichtung der Kühlluft platziert
sind. Bestimmte Kanäle
des Dampf-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitts 35a verlaufen
nicht entlang der gesamten Länge
des Kanals, sondern sie enden bei der oberen Schließkomponente 33 des
Wasser-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitts 35b.
Am Ende der Trennwände 31 dieser Kanäle gibt
es Öffnungen 41.
Der Dampf oder das Kondensat, welches in diese Kanäle strömt, kann durch
diese benachbarten Öffnungen
in diese Kanäle eindringen.
-
In
den 7a, b, c ist eine Version des Auslegungsbeispiels
gezeigt, welches in Verbindung mit den 5a, b,
c gezeigt ist, wobei der Innenraum der integrierten Wärmetauscherröhre 39,
welche den Dampf-Luft- und einen Wasser-Luft-Abschnitt enthält, in zwei
parallele Kanäle
mit Trennwänden 31a in der
Strömungsrichtung
der Kühlluft
aufgeteilt ist, welche in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet
sind, wobei die Wände 31a,
welche bestimmte Kanäle
des Dampf-Luft-Wärmetauscherröhrensegments 35a aufteilen,
fortlaufend durchlocht und perforiert sind, um aus dem Kondensationsraum einen
Einkanal-Raum zu machen.
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Die 8a,
b zeigen ein günstiges
Auslegungsbeispiel, bei welchem ähnlich
zu den 5a b c, 6a b c
und 7a b c das Wärmetauscherbündel 40 und
jede seiner Wärmetauscherröhren 39a Elemente
sind, welche integrierte Dampfkondensation und Wasserkühlung realisieren.
Gleichzeitig wird die Zuführung
des erwärmten
bzw. erhitzten Kühlwassers 13 in
den Wasser-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt 35b weitergegeben,
welcher in dem äußeren Kanal
der Wärmetauscherröhren 39a platziert
ist, und zwar von einer Kühlwasser-Verteilerrohrleitung 42,
welche zwischen den Wärmetauscherbündeln 40 ausmündet, welche
parallel mit der Ebene der Bündel
und mit der Mittelinie der oberen Dampf-Verteiler-Kammer 24 in
einer „A-Form" angeordnet sind.
Das Kühlwasser
strömt
abwärts
und wird in dem Wasser-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt 35b rückgekühlt, und
es wird durch Düsen 10 in
die kombinierte untere Sammelkammer und den Direktkontaktkondensatorraum 29a injiziert.
Dementsprechend ist, hinsichtlich des Verhältnisses zwischen dem Dampf-Luft-
und dem Wasser-Luft-Wärmeaustausch,
diese Lösung
für den
Fall eines größeren Verhältnisses
praktisch geeignet. Es muss hervorgehoben werden, dass das Wasser-Luft-Wärmetauscher-Rohrleitungssegment 35b in
weitere Wege mit zwei oder mehreren Trennplatten einer geraden Anzahl
aufgeteilt werden kann, und zwar in einer Weise, dass im letzten
Weg das Kühlwasser
abwärts
strömt, wie
oben beschrieben, und es am Ende des Kanals durch Düsen 10 in
die kombinierte untere Sammelkammer 29a injiziert wird.
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9a,
b zeigen ein weiteres Auslegungsbeispiel, bei welchem ähnlich zu
den 5a, b, c, 6a, b,
c, 7a, b, c und 8a, b
ein integriertes Dampf-Luft- und Wasser-Luft-Wärmetauscherbündel 40 angewendet
wird, welches aus integrierten Funktions-Wärmetauscherröhren 39b besteht. Ähnlich zu 8a,
b verwendet der Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35b innerhalb
der Wärmetauscherröhre 39b nur
einen Wasserkühlungskanal 35b. Dieser
Kanal ist ebenfalls der äußere Kanal
der Wärmetauscher-Rohrleitung 39b,
welche auf der Seite angeordnet ist, wo die Kühlluft eintritt. Weiter läuft in diesem
Fall der Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35b nicht
entlang der gesamten Länge
der Wärmetauscherröhre, aber
bei einer Zwischenhöhe ist
er mit einer oberen Schließkomponente 33 aus dem
Dampf-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35a begrenzt.
Jedoch wird das erwärmte
bzw. aufgeheizte Kühlwasser 13 nicht
durch eine Verteilungsrohrleitung außerhalb des Wärmetauscherbündels hereingelassen,
sondern mit der Hilfe von einem Wasser-Verteilerraumteil 36a,
welches in der unteren Sammelkammer 25a hergestellt wird.
Im Unterschied zu dem Fall der Lösung,
welche in 8 beschrieben wird, strömt in diesem
Fall das Kühlwasser
aufwärts und
der Rückkühlprozess
endet, wenn das Wasser den oberen Teil des Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitts 35b erreicht.
Von hier wird das Kühlwasser durch
Düsen 10 in
einen Wärmetauscher-Rohleitungsabschnitt
injiziert, welcher einen benachbarten kombinierten Dampf-Luft-Kondensator
und einen Direktkontaktkondensatorraum 35c ausbildet. Am
oberen Ende ist der Abschnitt, welcher als ein kombinierter Dampfkondensator
und Mischkondensatorraum 35c dient, ebenfalls durch eine
oberen Schließkomponente 33 begrenzt,
während
er auf einer Seite von dem Wasser-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitt 35b mit
einer Trennwand 32 abgetrennt ist, und auf der anderen
Seite ist er von dem Dampf-Luft-Wärmetauscher-Rohrleitungsabschnitt 35a durch
eine andere Trennwand 43 abgetrennt. Der verbleibende Dampf
tritt von den Kanälen
des Dampf-Luft-Wärmetauscherröhrenabschnitts 35a ein
(Kondensatorteil), welche entlang seiner gesamten Länge verlaufen
in die untere Sammelkammer 25a ein, dann ändert er die Richtung
und strömt
aufwärts
in den Abschnitt, welcher als ein kombinierter Dampf-Kondensator
und Direktkontaktkondensator-Raum 35c dient, bis er als Ergebnis
des Kühlwassers
kondensiert, welches durch Düsen
aus dem Wasser-Luft-Wärmetauscherabschnitt 35b injiziert
wird. Die nicht kondensierten Gase werden im oberen Teil des Wärmetauscherröhrenabschnitts
konzentriert, welcher den Kondensatorraum 35c ausbildet.
Diese Gase werden durch Luftentnahmerohrleitungen 44 eines
kleinen Durchmessers entfernt, welche entlang des Abschnitts verlaufen,
welcher den kondensierenden Raum 35c ausbildet. Diese Luftentnahmerohrleitungen
treffen die Luftentnahme-Sammelrohrleitung 45, welche in der
unteren Kombinations-Funktions-Kammer 25a platziert
ist, und von da gehen sie zu durch die Luftentnahme 11 zu
dem Ausstoßvorrichtungssystem.
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5. Zusammenfassung
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Das
luftgekühlte
System gemäß der Erfindung,
welches einen Dampf-Luft-Kühlabschnitt
enthält,
welcher aus mit Rippen versehenen Wärmetauscherröhren und
einem seriell verbundenen Wasser-Luft-Kühlabschnitt besteht, zeigt
bedeutende Vorteile, verglichen mit direkter Kühlung durch Luft, welche nur
herkömmliche
Dampf-Luft-Wärmetauscher
enthält,
und zwar als ein Ergebnis von
- a. Anpassung
an externe Umstände,
- b. die Möglichkeit,
Dephlegmatoren wegzulassen,
- c. Zunahme der Flexibilität
und Sicherheit des Betriebs,
- d. zunehmende Steuerbarkeit,
- e. die Möglichkeit,
Einrichtungskosten zu verringern.
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Bei
dem luftgekühlten
System gemäß der Erfindung
resultiert die Integration des Dampf-Luft-Kühlabschnitts und des Wasser-Luft-Kühlabschnitts
in ihren mit Rippen versehenen Wärmetauscherröhren in
einer weiteren bedeutenden Zunahme der obigen Vorteile.