DE69715714T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Kondensieren von Dampf - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Dampfkondensation, insbesondere einen zweistufigen luftgekühlten Dampfkondensator und ein Verfahren zum Kondensieren von Dampf in einem zweistufigen luftgekühlten Dampfkondensator.
• Viele industrielle Sektoren verwenden eine Wärmeübertragungsausrüstung, um Wasserdampf oder andere Dämpfe zu kondensieren. Solch eine Ausrüstung ist im allgemeinen mit dem Auslaß von Niederdruckturbinen verbunden, um den Dampf für die Wiederverwendung in Flüssigkeit zu kondensieren. Eine Hauptfunktion des Dampfkondensators ist es, einen niedrigen Gegen- bzw. Rückdruck zur Verfügung zu stellen, typischerweise in dem Bereich von etwa 1,0 bis 6,0 Inch Hg (etwa 3, 4 bis 20,4 kPa) Absolutdruck an dem Turbinenauslaß, um der Turbine zu erlauben, mit maximaler Effizienz zu arbeiten.
• Es gibt grundsätzlich zwei verfügbare Typen von Dampfkondensatoren, diejenigen, die wassergekühlt sind, und diejenigen, die luftgekühlt sind. Während wassergekühlte Dampfkondensatoren gegenwärtig die dominierende Technologie sind, werden luftgekühlte Dampfkondensatoren häufiger verwendet, um strikte Umweltanforderungen zu erfüllen.
• Einstufige luftgekühlte Dampfkondensationssysteme werden im allgemeinen in einer A- Rahmenform konstruiert mit einem Dampfkanal oder einem Verteiler an der Spitze des Dreiecks und einem Gebläse an seiner Basis bzw. Grundfläche. Dieses Gebläse wird verwendet, um Luft durch das seitliche geneigte Kondensatorrohrbündel zu drücken. Wasserdampf tritt in diese Rohrbündel ursprünglich an deren oberem Ende ein, wobei der Dampf und resultierendes Kondensat nach unten zu einem gemeinsamen unteren Kopf fließt.
• Jedes Röhrenbündel besteht im allgemeinen aus mehreren Lagen oder Schichten von einzelnen Röhren. Wenn Luft durch jede aufeinanderfolgende Lage tritt, erhöht sich auf natürliche Weise ihre Temperatur, was zu einer Absenkung der Temperaturdifferenz zwischen dieser Luft und jeder nachfolgenden Röhrenlage führt. In der Folge tritt weniger Kondensation und Dampffluß für jede nachfolgende Röhrenlage auf, wodurch ebenso der Dampfdruckabfall für diese Röhrenlage reduziert wird.
• In Kondensationskonstruktionen, bei denen sich ihre verschiedenen Röhrenlagen in einen gemeinsamen unteren Kopf entladen, werden Probleme auftreten. Diese Probleme ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Ausgangsdampfdrücke für jede der Röhrenlage. In der Folge werden Dampf und nicht kondensierbare Gase von den unter höheren Druck gesetzten Röhren (d. h.. diejenige, die am weitesten von dem Gebläse entfernt sind) die Endöffnungen der weniger unter Druck gesetzten Röhren (d. h. diejenigen, die am nächsten an dem Gebläse sind) eintreten und hierin gefangen werden. Nicht kondensierbare Gase, typischerweise Luft, treten in dem System aufgrund von Lecks an Verbindungen des Dampfrohrleitungssystems oder an den Turbinendichtungen auf. Da dieser Dampf nun in beide Enden einer Röhre eintritt, ist somit jedes eingefangene Kondensat dem Festfrieren und dem Aufbrechen während kaltem Wetter ausgesetzt. Während warmem Wetter kann ein solches Einfangen zu thermischen Leistungsverlusten führen. Diese Lufttaschen stören auch die Wärmeübertragungsfläche der Röhre, wodurch ihre Kühlkapazität reduziert wird.
• Folglich ist die technische Hauptherausforderung bei der Betrachtung von luftgekühlten Dampfkondensatoren es, das Kondensat effizient abzulassen und alle nicht kondensierbaren Gase aus den Röhren zu entfernen, während ebenso der Turbinengegendruck minimiert wird. Eine Lösung für dieses Problem ist der einstufige Kondensator, der in der US 4,129,180 von Larinoff gezeigt ist. In dieser einstufigen Anordnung wird die komplette und völlige Trennung der verschiedenen Röhrenlagen beibehalten. Die verschiedenen Röhrenlagen öffnen sich, statt daß sie sich in einen gemeinsamen unteren Kopf entleeren, in einen unterteilten unteren Kopf, so daß sie ihre Isolation voneinander beibehalten. Jeder Teil dieses unteren Kopfes wird dann unabhängig zu einem gemeinsamen Abflußtopf geleitet oder mit diesem verbunden, der Wasserschenkeldichtungen hat, die die unterschiedlichen Drücke ausgleichen. Um weiterhin eine solch komplette und völlig Trennung zwischen den verschiedenen Röhrenlagen beizubehalten, werden die Entlüftungsleitungen, die verwendet werden, um die nicht kondensierbaren Gase, die nach oben in den geneigten Röhren strömen, zu entlüften, unabhängig zu einzelnen Vakuumpumpen oder Ejektoren für das schlußendliche Ablassen an die Atmosphäre.
• Die US 4,903,491 von Larinoff bietet eine Variation der Schenkeldichtringe an, die in diesem einstufigen Kondensator verwendet werden, um die unterschiedlichen Drücke zwischen den getrennten Röhrenlagen eines einstufigen Kondensators auszugleichen.
• Eine alternative Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines zweistufigen Kondensators. Ein zweistufiger Kondensator ist aus Fig. 9 der US 4,129,180 bekannt. In solch einer Anordnung wird der erste oder Hauptkondensator verwendet, um etwa zwei Drittel des ankommenden Dampfes zu kondensieren, wobei das resultierende Kondensat und zusätzlicher Dampf in einen gemeinsamen unteren Kopf entleert wird. Solcher zusätzlicher Dampf, der durch den Hauptkondensator strömt, reinigt diese Röhrenlagen konsequent. Er egalisiert ebenso den Druckabfall entlang jeder Tubenlage, um einen Rückfluß in die Röhre zu verhindern.
• Dieser zusätzliche Dampf (und jegliches nicht kondensierbare Gas hierein) wird dann zu einem zweiten bzw. Nebenkondensator geliefert, typischerweise ein Dephlegmationskondensator. Dieser Nebenkondensator ist im allgemeinen ähnlich dem Hauptkondensator wie ein A- Rahmen konstruiert mit einem Gebläse an der Unterseite, das Luft durch die geneigten seitlichen Röhrenbündel drückt. Üblicherweise ist dieser Nebenkondensator so konfiguriert, daß er ein Viertel bis ein Drittel der gesamten Kondensatoroberfläche des zweistufigen Kondensators einnimmt, um den Durchgang des zusätzlichen Dampfes durch den Hauptkondensator zu gewährleisten.
• In einem Dephlegmationskondensator tritt der Dampf und nicht kondensierbares Gas in die Röhrenlagen von einem gemeinsamen unteren Einlaßkopf ein und fließt darin zu einem gemeinsamen oberen Auslaßkopf nach oben. Das resultierende Kondensat fließt im Gegensatz dazu nach unten entgegengesetzt zu dem Dampffluß zurück in den gemeinsamen unteren Einlaßkopf. Dieser gemeinsame untere Einlaßkopf leitet dann das Kondensat zu einem Abflußpunkt. Er kann ebenso einen Durchgang des zusätzlichen Dampfes von dem Hauptkondensator zu dem unteren Einlaßkopf des Dephlegmators zur Verfügung stellen.
• Leider arbeitet die obige Zweistufenkonstruktion üblicherweise am besten nur bei den Betriebsbedingungen des Dampfflusses, Umgebungstemperatur und Luftflußraten, für die sie ausgelegt ist. Jede Variation von diesen Konstruktionsbedingungen verändert die Betriebscharakteristiken des Kondensators signifikant. Beispielsweise wird eine Reduktion des Dampfflusses den zusätzlichen Dampf, der durch den Hauptkondensator in den Nebenkondensator fließt, reduzieren. Diese Reduktion des zusätzlichen Dampfes führt zu variierenden Ausgangsdampfdrücken und zu der Möglichkeit für den Dampf und das nicht kondensierbare Gas, in einige der Röhrenlagen entweder des Hauptkondensators oder des Nebenkondensators oder in beide zurückzuströmen.
• Andere Lösungen des obigen Einfang- und Einfrierproblems beinhalten feste Öffnungen oder Klappenventile für das Ausgleichen des Druckabfalls zwischen den Röhrenlagen. Manche Konstruktionen können ebenso den Abstand der Röhrenrippen, die Rippenhöhe oder die Rippenlänge von Lage zu Lage in einem Versuch variieren, ausgeglichene Dampfkondensation und einen Druckabfall über das Röhrenbündel zu erreichen. Noch andere Lösungen beinhalten horizontal angeordnete Röhren mit mehreren Durchgängen. Durch solch eine Anordnung erfährt der Fluß durch jede horizontale Röhre eine ähnliche Kühlmöglichkeit und hat daher eine ähnliche Kondensationsrate und einen ähnlichen Druckabfall. In jedem Fall arbeiten all die obigen Lösungen entweder nur bei den Dampfkondensationsarbeitsbedingungen, für die sie ausgelegt sind, oder haben ein großes Kosten/Nutzenverhältnis, wodurch ihre Wettbewerbsfähigkeit eliminiert wird.
• Ein Aspekt der Erfindung stellt einen zweistufigen luftgekühlten Dampfkondensator zur Verfügung, der aufweist:
• eine Hauptkondensatoreinrichtung für das teilweise Kondensieren von Dampf in diesem, wobei die Hauptkondensatoreinrichtung einen gemeinsamen unteren Auslaßkopf hat, der sowohl in sich überschüssigen bzw. zusätzlichen Dampf sammelt als auch derart angeschlossen ist, so daß Kondensat in einen Ablauftopf abgelassen wird,
• eine Abzugskondensatorvorrichtung, die stromabwärts von der Hauptkondensatoreinrichtung angeschlossen ist für das Kondensieren des überschüssigen Dampfes, wobei die Abzugskondensatorvorrichtung eine Mehrzahl von unabhängigen Rohrlagen hat, die den überschüssigen Dampf von einem gemeinsamen oberen Einlaßkopf erhalten,
• eine Leitungsvorrichtung für das Liefern des überschüssigen Dampfes von dem gemeinsamen unteren Auslaßkopf der Hauptkondensatoreinrichtung zu dem gemeinsamen oberen Einlaßkopf der Abzugskondensatorvorrichtung, wodurch der überschüssige Dampf und das resultierende Kondensat gleichzeitig abwärts innerhalb der Abzugskondensatorvorrichtung fließt,
• einen in Fächer unterteilten unteren Auslaßkopf, der an der Abzugskondensatorvorrichtung befestigt ist, wobei jedes Fach hiervon mit einer der Rohrreihen bzw. Rohrlagen verbunden ist für die getrennte Sammlung von Kondensat in diesen,
• getrennte Ablaufvorrichtungen, die mit jedem der Fächer verbunden sind für das getrennte Ablassen der getrennten Kondensate in den Ablauftopf,
• eine Wehrvorrichtung in dem Ablauftopf für das Entfernen des Kondensats aus dem Ablauftopf, wobei die Wehrvorrichtung eine Eingangsöffnung bei einer Höhe oberhalb der Ablaufenden von jedem der Ablaufvorrichtungen hat und
• eine gemeinsame Leitung zwischen den Ablaufvorrichtungen und dem Ablauftopf, wobei die Leitung in dem Ablauftopf bei einer Höhe unterhalb der Eingangsöffnung der Wehrvorrichtung abläuft, so daß im Betrieb nicht kondensierter Dampf von dem unteren Auslaßkopf der Hautkondensatorvorrichtung am Betreten des in Fächer unterteilten unteren Auslaßkopfes gehindert wird.
• Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Kondensieren von Dampf in einem zweistufigen luftgekühlten Dampfkondensator zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• teilweises Kondensieren von Dampf in einem Hauptkondensatoraufbau, wobei der Hauptkondensatoraufbau einen gemeinsamen unteren Auslaßkopf hat, der sowohl überschüssigen Dampf in sich sammelt als auch derart angeschlossen ist, daß er Kondensat in einen Ablauftopf entleert,
• Kondensieren des überschüssigen Dampfes in einem Abzugskondensatoraufbau, der stromabwärts vom Hauptkondensatoraufbau angeschlossen ist, wobei der Abzugskondensatoraufbau eine Mehrzahl von unabhängigen Rohrlagen aufweist, die den überschüssigen Dampf von einem gemeinsamen oberen Einlaßkopf erhalten,
• Liefern des überschüssigen Dampfes über einen Leitungsaufbau, der sich von dem gemeinsamen unteren Auslaßkopf des Hauptkondensatoraufbaus zu dem gemeinsamen oberen Einlaßkopf des Abzugskondensatoraufbaus erstreckt, wobei der überschüssige Dampf und das resultierende Kondensat gleichzeitig abwärts innerhalb des Abzugskondensatoraufbaus fließen,
• Befestigen eines in Fächer unterteilten unteren Auslaßkopfes (108) an dem Abzugskondensatoraufbau (92), wobei jedes Fach hiervon mit einer der Rohrlagen (102) für die getrennte Sammlung des Kondensats in diesen verbunden ist,
• Verbinden von getrennten Ablaufeinrichtungen mit jedem der Fächer für das getrennte Ablassen des getrennten Kondensats in den Ablauftopf,
• Konstruieren und Anordnen eines Wehraufbaus in dem Ablauftopf für das Entfernen des Kondensats von dem Ablauftopf, wobei der Wehraufbau eine Eingangsöffnung bei einer Höhe oberhalb des Ablaufendes von jedem der Ablaufeinrichtungen hat, und
• zur Verfügung stellen einer gemeinsamen Leitung, die zwischen den Ablaufvorrichtungen und dem Ablauftopf liegt, wobei die Leitung sich in den Ablauftopf bei einer Höhe unterhalb der der Eingangsöffnung des Wehraufbaus entleert, so daß nicht kondensierter Dampf in dem unteren Ablaufkopf des Hauptkondensatoraufbaus daran gehindert wird, den in Fächer aufgeteilten unteren Auslaßkopf zu betreten.
• Diese Erfindung stellt einen zweistufigen luftgekühlten Dampfkondensator zur Verfügung, der die Probleme eliminiert, die mit gefangenem nicht kondensierbaren Gasen verknüpft sind. Der bevorzugte Dampfkondensator kann einen niedrigen Gegendruck zu der Turbine beibehalten, während ein Einfrierschutz für das Kondensat, das gesammelt wird, zur Verfügung gestellt wird, der unter vielfältigen Bedingungen betreibbar ist, nicht nur bei den Bedingungen, für die er bemessen ist, und der in der Lage ist, Einfrierschutz unter diesen verschiedenen Bedingungen zur Verfügung zu stellen. Die Notwendigkeit für Kondensat- und Luftentfernungsrohre wird vermieden, wodurch die Kosten der Herstellung des Dampfkondensators reduziert werden. Kontinuierliches Reinigen der Rohrlagen wird möglich, wodurch das Auftreten jegliches Rückflusses verhindert wird.
• Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet werden, und in denen:
• Fig. 1 eine Prinzipansicht ist, die einen Abschnitt eines typischen einstufigen A-Rahmen- Dampfkondensators zeigt, in dem Dampffluß-, Kondensatfluß- und der Fluß nicht kondensierbarer Gase in eine Richtung erfolgt,
• Fig. 2 ist eine Prinzipansicht, die einen Abschnitt eines typischen zweistufigen Dampfkondensators, der einen Haupt- und einen Neben- bzw. Abzugskondensator zusammen mit einer gemeinsamen Richtung des Flusses des Dampfes, des Kondensats und der nicht kondensierbaren Gase in diesem aufnimmt, zeigt,
• Fig. 3 ist eine Prinzipansicht eines zweistufigen Dampfkondensators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die einen Hauptkondensator und einen Abzugskondensator zusammen mit der Flußrichtung des Dampfes, des Kondensates und der nicht kondensierbaren Gase, beinhaltet,
• Fig. 4 ist eine Schnittansicht, teilweise weggeschnitten, des Hauptkondensatorabschnittes von Fig. 3 entlang der Linien 4-4 von Fig. 3,
• Fig. 5 ist eine Schnittansicht, teilweise abgeschnitten, des Abzugskondensatorabschnittes von Fig. 3 entlang der Linie 5-5 von Fig. 3,
• Fig. 5A ist eine Prinzipexplosionsansicht eines Abschnittes von Fig. 5.
• Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, dort ist ein typischer einstufiger Dampfkondensator 10 gezeigt, der charakteristisch für viele der einstufigen Kondensatoren ist, die gegenwärtig in Verwendung sind. Der Dampfkondensator 10 ist in einer A-Rahmenform konfiguriert mit einem Dampfkopf 12 an der Spitze des Dreieckes und mit einem Gebläse 14, das die Basis des Dreiecks bildet. Geneigte Rohrbündel 16 erstrecken sich von dem Dampfkopf 12 nach unten und bilden die gegenüberliegenden Seiten dieser A-Rahmenform. Diese geneigten Röhrenbündel 16 entleeren sich in einen aufgegliederten unteren Kopf 18, der getrennte Kondensationsleitungen 20 und Abluftleitungen 22 beibehält. Die unabhängigen Kondensationsleitungen 20 von dem unteren Kopf 18 fließen zu einem gemeinsamen Ablaßtopf, der Wasserschenkeldichtungen beinhaltet, um die unterschiedlichen Drücke innerhalb jeder der Röhrenlagen 24 auszugleichen. Die unabhängigen Entlüftungsleitungen 22 von dem unteren Kopf 18 werden getrennt zu einzelnen Vakuumpumpen oder Ejektoren geleitet, für den schlußendlichen Auslaß an die Atmosphäre. Wie gezeigt, fließen Dampf und Kondensat 26 beide in derselben Richtung von dem Dampfkopf 12 nach unten zu dem unteren Kopf 18, während Luft 28 nach oben durch das Gebläse 14 fließt.
• Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Dort ist ein typischer zweistufiger Kondensator 40 gezeigt, der charakteristisch für viele der zweistufigen Kondensatoren ist, die gegenwärtig in Gebrauch sind. Solche zweistufigen Kondensatoren 40 bestehen aus einem Hauptkondensator 42 und einem in stromabwärtiger Richtung angeordnete Nebenkondensator bzw. Abzugskondensator 44, der typischerweise ein Dephlegmationskondensator ist. Im allgemeinen weist der Hauptkondensator 42 etwa zwei Drittel der Wärmetauscheroberfläche auf, die erforderlich ist, um den ankommenden Dampf völlig zu kondensieren, während der Nebenkondensator 44 den Rest des Oberflächenbereichs aufweist, um den überschüssigen Dampf, der von dem Hauptdampfkopf 46 empfangen wird, komplett zu kondensieren. Da der Hauptkondensator 42 nicht derart dimensioniert ist, daß er den gesamten ankommenden Dampf 48 kondensiert, fließt sowohl der überschüssige Dampf 50 als auch jedes Kondensat 52 gleichzeitig nach unten in den gemeinsamen unteren Kopf 54. Dieser zusätzliche Dampf 50 ist dafür vorgesehen, den Druckabfall über jede Rohrreihe 56 in dem Hauptkondensator 42 auszugleichen, um so jeglichen Rückfluß in irgendeine der Rohrlagen 56 zu verhindern. Der überschüssige Dampf 50 wird dann über einen gemeinsamen unteren Kopf 54 zu dem unteren Einlaß des Dephlegmators 44 geliefert. In dem Dephlegmator 44 fließt dieser Dampf 50 und alle nicht kondensierbaren Gase 58 (üblicherweise Luftleckage in dem System durch Rohrleitungsverbindungen oder Gerätedichtungen) nach oben, wobei das resultierende Kondensat 60 gleichzeitig entgegengesetzt nach unten in den gemeinsamen unteren Kopf 54 fließt. Danach wird das Kondensat 60 aus dem unteren Kopf 54 über normale Kanäle entfernt. Nicht kondensierbare Gase 58 treten in den gemeinsamen oberen Auslaßkopf 61 ein und werden über die gemeinsame Leitung 63 ausgelassen. Diese Konstruktion beinhaltet keinen Typus eines Druckausgleichmechanismus, um die Differenz in den Drücken auszugleichen, die zwischen den verschiedenen Röhrenlagen 62 des Nebenkondensators 44 auftreten können.
• Es ist in der Folge wahrscheinlich, daß in dem Nebenkondensator 44 der höhere Druck von einer Rohrlage 62 (d. h. diejenige, die von dem Gebläse am weitesten entfernt ist) einen Rückfluß in die anderen Rohrlagen 62 (d. h. diejenigen, die am nächsten an dem Gebläse sind) veranlassen wird. Es ist weiterhin in solch einem typischen zweistufigen Dampfkondenstor 40 ebenso wahrscheinlich, daß in dem Hauptkondensator 42 die stromabwärtigen Röhren (d. h. diejenigen, die von der Dampfturbine am weitesten entfernt sind) geringerem Druck ausgesetzt sind als benachbarte stromaufwärtige Röhren (d. h. diejenigen, die am nächsten an der Dampfturbine sind), was zu der Möglichkeit führt, daß ein Rückfluß in diese stromabwärtigen Röhren auftritt, wodurch Kondensat 52 in diesen gefangen wird. Zusätzlich kann in dem Hauptkondensator 42 und in dem flußabwärtigen Abschnitt hiervon ein Rückfluß von den oberen Röhren in die unteren Röhren (d. h. von denjenigen, die von dem Gebläse am weitesten entfernt sind, in diejenigen, die am nächsten an dem Gebläse sind) auftreten.
• Sollten daher die bemessenen Betriebsbedingungen des zweistufigen Kondensators 40 nicht wie beabsichtigt beibehalten werden, dann wird es somit wahrscheinlich, daß der aus dem Hauptkondensator 42 austretende Druck des überschüssigen Dampfes 50 variieren wird, wodurch die Möglichkeit für solch einen Dampf 50 und nicht kondensierbares Gas 58 besteht, in eine oder mehrere der Röhrenlagen 56 des Hauptkondensators zurückzufließen (s. Bereich 64). Zusätzlich kann solch eine Variation in dem Ausgangsdruck des überschüssigen Dampfes 50 ebenso einen Rückfluß des Dampfes 50 und des nicht kondensierbaren Gases in eine oder mehrere Rohrlagen 62 des Nebenkondensators 44 erlauben (s. Bereich 66). Das mögliche Problem des Einfrierens und des Rohrbrechens bleibt somit.
• In den Fig. 3-5 ist eine Ausführungsform der Erfindung, die hier beschrieben wird, gezeigt, die konstruiert ist, um die Nachteile der typischen ein- und zweistufigen Dampfkondensatoren, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind, zu überwinden. In Übereinstimmung mit dieser Erfindung ist ein zweistufiger luftgekühlter Dampfkondensator 70 mit einem Hauptkondensastor 72 konfiguriert, der in der typischen A-Rahmenform konstruiert ist mit einem Dampfverteiler 74 an der Spitze des Dreiecks und mit einem oder mehreren Gebläsen 76, die seine Basis bilden. Gewinkelte oder schräge Röhrenbündel 78, die jeweils im allgemeinen vier (mehr oder weniger) Röhrenlagen 80 in sich aufnehmen, erstrecken sich von dem Dampfverteiler 74 nach unten und bilden die gegenüberliegenden Seiten dieses Dreiecks des Hauptkondensators 72. Jede dieser Röhrenlagen 80 entleert sich in einen gemeinsamen unteren Kopf 82, der an dem Hauptkondensator 72 in der normalen Art und Weise wie gezeigt befestigt ist. Der Dampf 84 von dem Dampfverteiler 74 und jegliches resultierendes Kondensat 86 fließen beide nach unten durch den Hauptkondensator 72 zu dem gemeinsamen unteren Kopf 82.
• Der Wärmeübertragungsoberflächenbereich des Hauptkondensators 72 und der Luftstrom des Gebläses 76 sind derart konstruiert, daß über den gesamten Bereich der Betriebsbedingungen der Dampf 84 nicht komplett innerhalb des Hauptkondensators 72 kondensiert. Statt dessen verläßt der Dampf 88 kontinuierlich jede Röhrenlage 80 von jedem Röhrenbündel 78, wodurch diese Röhrenlagen 80 des Hauptkondensators 72 kontinuierlich von jeglichem darin befindlichen nicht kondensierbaren Gasen gereinigt werden. Solch ein Reinigen gleicht ebenso den Druck in dem gemeinsamen unteren Kopf 82 aus. Im allgemeinen ist der Hauptkondensator 72 in Modulen 90 aufgebaut (typischerweise 2,44 bis 4,575 m (8 bis 15 Fuß) breit), so daß der Transport und die Konstruktion erleichtert wird. Dieser Typ des Hauptkondensators 72 wird gemeinsam verwendet und ist ähnlich demjenigen, der in Bezug auf Fig. 2 beschrieben wurde.
• Die neuen Aspekte des luftgekühlten Dampfkondensators 70 liegen in der Konfiguration des benachbarten Abzugskondensators 92, der den Dampf 88 komplett kondensiert. Solcher Dampf 88 und alle nicht kondensierbaren Gase 94 von dem Hauptkondensator 72 werden in diesem Beispiel in der Leitung 96 zu dem oberen Ende des Abzugskondensators 92 geleitet, wie gezeigt ist. Dies steht im Gegensatz dazu, was bekannt ist und im Stand der Technik verwendet wird, der solche Produkte zu dem unteren Ende des benachbarten Nebenkondensators leitet (s. Fig. 2). Der Abzugskondensator 92, der hier in Betracht gezogen wurde, ist gefriergeschützt durch individuelles Stapeln unabhängiger Röhrenlagen 102 in einem Kondensatorflußmodul 98. Einige Kondensatorflußmodule 98, die jeweils im allgemeinen 2,44 bis 4,575 m (8 bis 15 Fuß) breit sind, um den Transport an die Konstruktion zu erleichtern, werden kombiniert, am den Abzugskondensator 92 zu bilden.
• Innerhalb des Abzugskondensators 92 fließen der zurückgeleitete Dampf 88 und das resultierende Kondensat 100 beide gleichzeitig nach unten von dem oberen Bereich des Abzugskondensators 92 (im Vergleich mit der Flußanordnung von Fig. 2, bei der solche Produkte in die entgegengesetzten Richtungen fließen). Das Fluid innerhalb jeder Röhrenlage 102 des Abzugskondensators 92 bleibt von dem in benachbarten Röhrenlagen 102 getrennt über ein unabhängiges Luftentfernungssystem 104 und durch Wasserschenkeldichtungen in den verschiedenen Ablaßleitungen 106. Diese unabhängigen Rohrlagen 102 und die Luftentfernungssysteme 104 verhindern jeglichen Rückfluß des Dampfes 88 in Lagen 102 als auch jegliches Einfangen von nicht kondensierbaren Gasen 94 darin, was zu Einfrieren führen kann. Das getrennte Ablaßrohrleitungssystem 106 ist, wie gezeigt ist, mit seinen entsprechenden Fächern des aufgeteilten unteren Ablaßkopfes 108 verbunden. Dieses Ablaßrohrleitungssystem 106 leitet das resultierende Kondensat 100 von dem Abzugskondensator 92 zu einer gemeinsamen Leitung 110, die unterhalb des unteren Auslaßkopfes 108 angeordnet ist. Die Höhe des Wassers (oder Kondensats 100) in jeder Auslaßleitung 106 gleicht die Druckdifferenzen zwischen den aufgeteilten Auslaßköpfen 108 aus. Damit jedoch die Dichtungsringe, die von den Auslaßrohren 106 zur Verfügung gestellt werden, so arbeiten wie beabsichtigt, muß die gemeinsame Leitung 110 komplett gefüllt sein und bleiben, um jeden Austausch von Gas zwischen benachbarten Ablaßrohren 106 und unteren Auslaßköpfen 108 zu verhindern.
• Solch ein Wasserniveau in der gemeinsamen Leitung 110 wird durch die Wehrleitung 112, die in dem Abflußtopf 114 angeordnet ist, beibehalten. Diese Wehrleitung 112 ist konstruiert, so daß ihr oberes offenes Ende 116 oberhalb der Höhe der gemeinsamen Leitung 110 ist. Das Beibehalten solch eines Wasserniveaus in der gemeinsamen Leitung 110 hindert ebenso jeglichen nicht kondensierten Dampf 88 von dem unteren Kopf 82 des Hauptkondensators 72 daran, in den aufgeteilten Auslaßkopf 108 des Abzugskondensators 92 einzudringen. Da es jedoch wahrscheinlich ist, daß der zweistufige luftgekühlte Dampfkondensator 70 Wartung erfordern wird, wird das Ablassen dieser Flüssigkeit in der gemeinsamen Leitung 110 und von dem unteren Kopf 82 des Hauptkondensators 72 durch Einfügen kleiner Löcher 118 um die Basis der Wehrleitung 112 innerhalb des Abflußtopfes 114 erreicht. Diese kleinen Löcher 118 sind derart dimensioniert, daß sie die Flüssigkeit von dem Ablaßtopf 114 ablassen, wenn immer der Dampfkondensator 70 nicht arbeitet, diese kleinen Löcher 118 sind jedoch zu klein dimensioniert, um die gesamte Flüssigkeitsmenge durchzulassen, die in das offene Ende 116 der Wehrleitung 112 fließt. Wie gezeigt, ist der gemeinsame untere Kopf 82 des Hauptkondensators ebenso mit dem Ablaßtopf 114 verbunden, so daß jedes Kondensat 86, das darin gesammelt ist, entweder über das offene Ende 116 der Wehrleitung 112 oder über die kleinen Löcher 118 in der Wehrleitung abgelassen werden.
• In den Fig. 5 und 5A nimmt das Luftentfernungssystem 104 des Brüdenkondensators 92 Entlüftungsröhren 120 auf, die von den verschiedenen Fächern des aufgeteilten Abflußkopfes 108 zu verschiedenen mit Rippen versehenen Kondensatorröhren, die hauptsächlich in der oberen oder äußeren Röhrenlage 102 des Abzugskondensators 92 angeordnet sind, geleitet werden. Beispielsweise erstreckt sich in Fig. 5A die Entlüftungsröhre 120 in das am weitesten unten gelegene Fach 120 des aufgeteilten Auslaßkopfes 108 und wird zu einer mit Rippen versehenen Röhre in der dritten Rohrlage 102 (gezählt von unten nach oben) des Abzugskondensators 92 geleitet. Da sich im allgemeinen nicht kondensierbares Gas 94 in dem Abzugskondensator 92 konzentrieren wird, ist es wahrscheinlich, daß mehrere Entlüftungsröhren 120 für jeden aufgeteilten Auslaßkopf 108 innerhalb jedes Moduls 98 erforderlich sein wird. Die einzelnen gerippten Röhren der verschiedenen Röhrenlagen 102 werden es dem Dampf 88 erlauben, zu kondensieren und nach unten zu dem aufgeteilten unteren Auslaßkopf 108 zu fließen, während nicht kondensierbares Gas 94 nach oben zu der oberen Seite des Abzugskondensators 92 fließt, wo es ausgestoßen wird. Dieses Luftentfernungssystem 104 behält die Unabhängigkeit von jeder Röhrenlage 102 bei durch Verbinden nur der einzelnen Kühlrippenröhren innerhalb eines Bündels oder Moduls 98 oder von unterschiedlichen Bündeln oder Modulen 98, die in der selben Röhrenlage 102 lokalisiert sind. Somit wird der Abzugskondensator 92 mit vier Röhrenlagen 102 ebenso vier Hauptluftentfernungskanäle 124 haben, die mit seinem Luftentfernungssystem 104 verknüpft sind. Jede dieser Hauptluftentfernungskanäle 124 werden getrennt zu dem Ejektor- oder Vakuumpumpenaufbau (nicht gezeigt) geleitet, der dieses nicht kondensierbare Gas 94 an die Atmosphäre abgibt.
• Andere alternative Konstruktionen von zweistufigen luftgekühlten Dampfkondensatoren 70 können unterschiedliche Proportionen des Wärmetauscheroberflächenbereichs zwischen dem Hauptkondensator 72 und dem Abzugskondensator 92 haben. Die Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, illustrieren Abzugskondensatoren 92 mit etwa einem Drittel der gesamten Wärmetauscheroberfläche des Dampfkondensators 70, dieser Wert oder dieser Anteil kann jedoch variieren abhängig von der gewünschten oder erforderlichen Größe des Einfrierschutzes. Ein Erhöhen des Anteils des Flächenbereichs des Abzugskondensators 92 wird den Einfrierschutz erhöhen, jedoch solch eine Erhöhung wird wahrscheinlich die Kosten des Dampfkondensators 70 erhöhen oder anheben.
• Während ebenso viele unabhängige Röhrenlagen des Abzugskondensators 92 gezeigt und veranschaulicht wurden, können tatsächlich mehr oder weniger eingesetzt werden abhängig von den Bedingungen und den Spezifikationen. Es ist ebenso möglich, daß der Hauptkondensator 72 und der Abzugskondensator 92 eine unterschiedliche Anzahl von Röhrenlagen 80 haben.
• Ein Vorteil, der mit diesen Ausführungsformen des luftgekühlten Dampfkondensators 70 verbunden ist, beinhaltet eine Reduktion in der Notwendigkeit für das Kondensat- und Luftentfernungskanalsystem verglichen zu gegenwärtigen Modellen und Konstruktionen. Solch eine Reduktion in dem Rohrleitungssystem führt zu signifikanten Kosteneinsparungen. Darüber hinaus eliminieren diese neuen Konstruktionen für luftgekühlte Dampfkondensatoren 70 die Möglichkeit, daß das Einfrieren in Abzugskondensatoren 92 auftritt. Dies löst ein Hauptproblem, das typische Dampfkondensatorkonstruktionen in der Vergangenheit plagte.
• Schließlich kann der Dampfkondensator 70 auch abweichend von dem A- Rahmendesign, das hier gezeigt wurde, konfiguriert sein. Beispielsweise kann der A-Rahmen invertiert sein, so daß die Lüfter, die hiermit verknüpft sind, an der Oberseite anstatt unter den Dampfkondensatoren lokalisiert sind. Dies würde zu einem V-förmigen Design für die Kondensatorröhrenbündel führen. Diese Röhrenbündel können ebenso mit einem Winkel geneigt sein, der sich von dem typischen Winkel von 60º, wie er hier dargestellt wurde, unterscheidet. Alternativ hierzu wären keine Lüfter erforderlich für Systeme, die sich auf den natürlichen Zug verlassen.

Claims (10)

1. Zweistufiger luftgekühlter Dampfkondensator, der aufweist:

eine Hauptkondensatoreinrichtung (72) für das teilweise Kondensieren von Dampf hierin, wobei die Hauptkondensatoreinrichtung (72) einen gemeinsamen unteren Auslaßkopf (82) hat, der sowohl in sich überschüssigen Dampf (88) sammelt als auch derart angeschlossen ist, so daß Kondensat (86) in einen Ablauftopf (114) abgelassen wird,

eine Abzugskondensatorvorrichtung (92), die stromabwärts von der Hauptkondensatoreinrichtung (72) verbunden ist für das Kondensieren des überschüssigen Dampfes (88), wobei die Abzugskondensatorvorrichtung (92) eine Mehrzahl von unabhängigen Rohrreihen (102) aufweist, die den überschüssigen Dampf (88) von einem gemeinsamen oberen Einlaßkopf erhalten,

eine Leitungsvorrichtung (96) für das Liefern des überschüssigen Dampfes (88) von dem gemeinsamen unteren Auslaßkopf (82) der Hauptkondensatoreinrichtung (72) zu dem gemeinsamen oberen Einlaßkopf der Abzugskondensatorvorrichtung (92), mit deren Hilfe der überschüssige Dampf (88) und resultierendes Kondensat gleichzeitig abwärts innerhalb der Abzugskondensatorvorrichtung (92) fließt,

einen in Fächer unterteilten unteren Auslaßkopf (108), der an der Abzugskondensatorvorrichtung (92) befestigt ist, wobei jedes Fach hiervon mit einer der Rohrreihen (102) verbunden ist für die getrennte Sammlung des Kondensats hierin,

getrennte Ablaufvorrichtungen (106), die mit jedem der Fächer verbunden sind für das getrennte Ablassen der getrennten Kondensate in dem Ablauftopf (114),

eine Wehrvorrichtung (112) in dem Ablauftopf (114) für das Entfernen des Kondensats aus dem Ablauftopf (114), wobei die Wehrvorrichtung (112) eine Eingangsöffnung (116) bei einer Höhe oberhalb des Ablaufendes von jedem der Ablaufvorrichtungen (106) hat und

eine gemeinsame Leitung (110) zwischen den Ablaufvorrichtungen (106) und dem Ablauftopf (114), wobei die Leitung (110) in den Ablauftopf (114) abläuft bei einer Höhe unterhalb der Eingangsöffnung (116) der Wehrvorrichtung (112), so daß im Betrieb nicht kondensierter Dampf von dem unteren Auslaßkopf (82) der Hauptkondensatorvorrichtung (72) am Betreten des in Fächer unterteilten unteren Auslaßkopfes (108) gehindert wird.

2. Dampfkühler nach Anspruch 1, der zumindest eine Ablauföffnung (118) innerhalb des Ablauftopfes (114) an der Grundfläche der Wehrvorrichtung (112) hat.

3. Dampfkühler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem die Leitungseinrichtungen (96) in den Ablauftopf (114) ablaufen.

4. Dampfkühler nach einem der vorherigen Ansprüche, in dem die Hauptkondensatorvorrichtung (72) und die Abzugskondensatorvorrichtung (92) modular sind.

5. Dampfkühler nach einem der vorherigen Ansprüche, der eine Luftejektorvorrichtung (120) aufweist, die mit jedem Fach des unteren Auslaßkopfes (108) der Abzugskondensatorvorrichtung (92) verbunden ist für das unabhängige Ablassen von Luft hieraus, wobei das Ablassen von Luft hieraus im Gegenstrom zu dem Fluß des überschüssigen Dampfes (88) und des resultierenden Kondensats in der Abzugskondensatorvorrichtung (92) erfolgt.

6. Verfahren zum Kondensieren von Dampf in einem zweistufigen luftgekühlten Dampfkondensator (70), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

teilweises Kondensieren von Dampf in einem Hauptkondensatoraufbau (72), wobei der Hauptkondensatoraufbau (72) einen gemeinsamen unteren Auslaßkopf (82) hat, der sowohl überschüssigen Dampf (88) hierin sammelt und der so angeschlossen ist, daß er Kondensat (86) in einen Ablauftopf (114) entleert,

Kondensieren des überschüssigen Dampfes (88) in einem Abzugskondensatoraufbau (92), der stromabwärts von dem Hauptkondensatoraufbau (72) angeschlossen ist, wobei der Abzugskondensatoraufbau (92) eine Mehrzahl von unabhängigen Rohrreihen (102) aufweist, die den überschüssigen Dampf (88) von einem gemeinsamen oberen Einlaßkopf erhalten,

Liefern des überschüssigen Dampfes (88) über einen Leitungsaufbau (96), der sich von dem gemeinsamen unteren Auslaßkopf (82) des Hauptkondensatoraufbaus (72) zu dem gemeinsamen oberen Einlaßkopf des Abzugskondensatoraufbaus (92) erstreckt, wobei der überschüssige Dampf (88) und das resultierende Kondensat gleichzeitig abwärts innerhalb des Abzugskondensatoraufbaus (92) fließt,

Befestigen eines in Fächer unterteilten unteren Auslaßkopfes (108) an dem Abzugskondensatoraufbau (92), wobei jedes Fach hiervon mit einer der Rohrreihen (102) für die getrennte Sammlung des Kondensats hierin verbunden ist,

Verbinden von getrennten Ablaufeinrichtungen (106) mit jedem der Fächer für das getrennte Ablassen des getrennten Kondensats in den Ablauftopf (114),

Konstruieren und Abordnung eines Wehraufbaus (112) in dem Ablauftopf (114) für das Entfernen des Kondensats von dem Ablauftopf (114), wobei der Wehraufbau (112) eine Eingangsöffnung (116) bei einer Höhe oberhalb des Ablaufendes von jedem der Ablaufeinrichtungen (106) hat, und

zur Verfügung stellen einer gemeinsamen Leitung (110), die zwischen den Ablaufvorrichtungen (106) und dem Ablauftopf (114) liegt, wobei die Leitung (110) sich in den Ablauftopf (114) bei einer Höhe unterhalb der der Eingangsöffnung (116) des Wehraufbaus (112) entleert, so daß nicht kondensierter Dampf von dem unteren Ablaufkopf (82) des Hauptkondensatoraufbaus (72) daran gehindert wird, den in Fächer aufgeteilten unteren Auslaßkopf (108) zu betreten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das den Schritt des Konstruierens und Anordnens von zumindest einer Ablauföffnung (118) innerhalb des Ablauftopfes (114) an der Grundfläche des Wehraufbaus (112) aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, das den Schritt des Entleerens des Leitungsaufbaus (96) in den Ablauftopf (114) aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, das den Schritt des Konstruierens und Anordnens des Hauptkondensatoraufbaus (72) und des Abzugskondensatoraufbaus (92) als eine Kombination von getrennten Modulen aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, das den Schritt des Koppelns eines Luftejektoraufbaus (120) mit jedem der Fächer des unteren Auslaßkopfes (108) des Abzugskondensatoraufbaus (92) aufweist für das unabhängige Ablassen von Luft hiervon, wobei das Ablassen von Luft hiervon im Gegenstrom zu dem Fluß des überschüssigen Dampfes (88) und des resultierenden Kondensats in dem Brüdenkondensatoraufbaus (92) erfolgt.