EP0327488B1 - Kondensator - Google Patents

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EP0327488B1
EP0327488B1 EP89730011A EP89730011A EP0327488B1 EP 0327488 B1 EP0327488 B1 EP 0327488B1 EP 89730011 A EP89730011 A EP 89730011A EP 89730011 A EP89730011 A EP 89730011A EP 0327488 B1 EP0327488 B1 EP 0327488B1
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EP
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housing
condenser
condensate
steam
shell
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EP89730011A
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EP0327488A1 (de
Inventor
Helmuth Sauerbrey
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Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/32—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters arranged to be heated by steam, e.g. bled from turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/02—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using water or other liquid as the cooling medium

Definitions

  • the invention relates to a capacitor with the features of the preamble of patent claim 1.
  • the task of such devices is to bring a vaporous medium, in particular water vapor, into indirect contact with a cooling medium and thereby cool it down to such an extent that it is separated off in liquid form and can be discharged.
  • the vaporous medium is under a certain pressure, which is significantly above the bypass pressure.
  • thermal processes e.g. in power plants, district heating plants
  • the amount of evaporation formed is usually discharged into the atmosphere by means of a vertically upward evaporation line.
  • the object of the invention is therefore to develop a condenser of the generic type in such a way that it can be used in vertically guided steam lines, in which steam is expanded to virtually atmospheric pressure, and also ensures safe discharge of the steam from the flash tank in the event of coolant supply disruptions.
  • the device should be characterized by a simple and as compact as possible design, so that it can also be retrofitted in existing systems without difficulty.
  • the capacitor shown has a sheet metal housing, preferably with a circular cross section.
  • the cross-sectional shape can, however, also easily be different, e.g. square, be designed.
  • the housing consists of a cylindrical tubular housing jacket 1, which is closed at the top by a housing cover 2 and at the bottom by a housing base 3.
  • a pipe socket is guided through the housing base 3 to the outside.
  • the steam inlet 4 is continued as a sieve tube 5, the arrangement of the pipe socket and the sieve tube 5 being approximately coaxial with the vertical longitudinal axis of the housing shell 1.
  • the sieve tube 5 ends at a distance in front of the housing cover 2 and is closed at the top with a cover 20.
  • an inner jacket 6 is arranged at a distance from the housing jacket 1, which is preferably aligned coaxially to the housing jacket 1.
  • An annular gap 8 is thus formed between the housing jacket 1 and the inner jacket 6 and a likewise annular space is formed between the inner jacket 6 and the sieve tube 5, through which the heat exchanger tubes 11 are guided for the passage of a cooling medium and which represents the actual condensation chamber.
  • the inner jacket 6 is sealed at the top by an inner cover 7, but is open at the bottom.
  • the annular gap 8 has an upward connection to a steam collecting space 9, which is formed by the housing cover 2 and the inner cover 7.
  • This steam collecting space 9 has a steam emergency outlet 10 designed as a pipe socket, the function of which will be explained further below.
  • the condenser has a standing design with heat exchanger tubes 11 for the cooling medium which run essentially vertically and which advantageously run in a loop shape.
  • the coolant inlet 12 and the coolant outlet 13 are each guided from the outside through the housing jacket 1; both end in accordance with the cylindrical housing shape in ring manifolds 14 and 15, to which the loop-shaped heat exchanger tubes 11 are connected.
  • One of the connections for the cooling medium or both could of course also be led through the housing base 3 or the housing cover 2.
  • the heat exchanger tubes 11 could also run, for example, transversely or spirally through the condensation space without returning to the housing side of the coolant inlet. It is only essential that a condensation space sealed upwards and downwards is created.
  • the jacket 6 in operation falls below that in the Ab Education as a dashed horizontal line of filling level of the condensate collecting space 21 located in the lower part of the housing is sufficient, so the inner jacket 6 is immersed in the condensate.
  • the pipe socket of the steam inlet '4 must protrude above this fill line so that the condensate collected cannot escape through the steam inlet.
  • the level is determined by the design of the condensate drain as a siphon, more precisely by the overflow height in this siphon.
  • the siphon can be designed, for example, in the form of an inverted U-tube bend or also in the form shown in the figure:
  • a tube bend 16 guides the condensate through the housing base 3 into a vertically standing jacket tube 17, the upper and lower end faces of which are closed with bottoms .
  • An overflow standpipe 18 leads through the lower bottom of the casing tube 17 for the discharge of the condensate to the outside.
  • this overflow standpipe 18 determines the height at which the condensate drains from the jacket pipe into the overflow standpipe 18, that is to say ultimately the fill level in the condenser. So that neither underpressure nor overpressure can arise in the jacket tube 17 above the condensate level, the jacket tube 17 is expediently connected through its upper cover via the pipeline 19 to the annular gap 8, which always has ambient pressure.
  • the heat exchanger tubes 11 should expediently protrude into the condensate collecting space in order to achieve subcooling of the condensate formed.
  • the operation of the condenser according to the invention is as follows: through the steam inlet 4, water vapor which has been released almost to ambient pressure is introduced upward into the condenser at a temperature of, for example, 105 ° C.
  • the steam flows in a radial direction through the sieve tube 5 into the condensation space and, with respect to the axes of the heat exchanger tubes 11, strikes these tubes approximately perpendicularly.
  • the heat exchanger tubes 11 are flowed through by a coolant, for example, water at 60 ° C. from the return of a building heating system or a district heating system. With the heat being given off to the coolant, the steam condenses on the surface of the heat exchanger tubes 11 and runs off into the condensate collecting space 21.
  • the fill level of the condensate in the condensate collection chamber 21 is always kept at the same level. Since the heat exchanger tubes 11 dip into the condensate, the condensate is cooled significantly below the boiling point. The waste heat absorbed by the coolant from the exhaust steam is available for other use (e.g. building heating) and is not lost.
  • the condenser according to the invention ensures a safe discharge of the exhaust steam, so that there can be no disruptive effects on the thermal process. Since insufficient steam is condensed when there is a lack of coolant, the steam pressure in the condensation chamber increases slightly. As a result, the condensate level in the area between the jacket 6 and the pipe socket of the steam inlet 4 is pressed down until the fill level has reached the lower edge of the inner jacket 6. The amount of condensate displaced flows through the overflow standpipe 18.
  • the pressure rise in the condensation chamber can be set to any desired value compared to normal operation, so that the pressure rise has no repercussions on the thermal process.
  • the construction according to the invention ensures the complete recovery of the steam vapor using the simplest means in the trouble-free operation.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • Aufgabe derartiger Geräte ist es, ein dampfförmiges Medium, insbesondere Wasserdampf mit einem Kühlmedium in einen indirekten Kontakt zu bringen und dadurch soweit abzukühlen, daß es in flüssiger Form abgeschieden wird und abgeleitet werden kann. Das dampfförmige Medium steht dabei unter einem gewissen Druck, der deutlich oberhalb des Umgehungsdrucks liegt. Kondensatoren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gehören zum allgemein bekannten Stand der Technik.
  • Weiterhin ist es bekannt, bei thermischen Prozessen (z.B. in Kraftwerken, Fernheizwerken) Notabläufe von unter Druck stehenden heißen Wässern, Kondensatabläufe von überhitztem Wasserdampf oder Anfahrleitungen von Dampfsystemen in einem Entspannungsgefäß auf nahezu atmosphärischen Druck zu entspannen. Die sich dabei bildende Abdampfmenge wird üblicherweise mittels einer vertikal nach oben geführten Abdampfleitung in die Atmosphäre abgeleitet.
  • Diese Vorgehensweise ist mit dem Nachteil verbunden, daß nennenswerte Energiemengen - typischerweise liegt die Abdampftemperatur bei ca. 105°C - ungenutzt freigesetzt werden. Darüberhinaus geht auch ein Teil des im Prozeß benötigten Brauchwassers, dessen Aufbereitung mit entsprechenden Kosten verbunden ist, verloren. Schließlich ist auch auf Beeinträchtigungen der Umwelt durch die abgelassenen Dampfschwaden (z.B. im Winter Vereisungsgefahr) hinzuweisen.
  • Es besteht daher der Wunsch, die Abgabe von Dampfschwaden nach Möglichkeit völlig zu vermeiden. Hierzu würde sich an sich der Einsatz eines Kondensators bekannter Bauart anbieten; für die Kondensation von nahezu auf atmosphärischen Druck entspanntem Wasserdampf sind die bekannten Kondensatoren unter den geforderten Einsatzbedingungen jedoch nicht geeignet. Dies ist insbesondere deswegen der Fall, weil die Funktion eines nahezu drucklosen Ablassens des Abdampfes aus dem Entspannungsgefäß auch unter der Bedingung gesichert sein muß, daß das im Kondensator benutzte Kühlmittel nicht oder nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht. Bei den bekannten Kondensatoren würde es in einem solchen Störungsfall zu einem unzulässigen Druckanstieg im Entspannungsgefäß kommen, da der Abdampf nicht oder nicht schnell genug kondensiert und auch nicht anderweitig abgeleitet würde.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kondensator der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, daß er in vertikal geführten Abdampfleitungen, in denen praktisch auf Umgebungsdruck entspannter Abdampf geführt wird, einsetzbar ist und auch bei Störungen der Kühlmittelzufuhr eine sichere Ableitung des Abdampfes aus dem Entspannungsgefäß gewährleistet. Das Gerät soll sich durch eine einfache und möglichst kompakte Bauweise auszeichnen, um auch in vorhandenen Anlagen ohne Schwierigkeiten noch nachträglich eingebaut werden zu können.
  • Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch einen gattungsgemäßen Kondensator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 - 7 angegeben.
  • Anhand des in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
  • Der dargestellte Kondensator weist ein Blechgehäuse mit vorzugsweise Kreisquerschnitt auf. Die Querschnittsform kann aber ohne weiteres auch anders, z.B. quadratisch, gestaltet sein. In der bevorzugten Form besteht das Gehäuse aus einem zylinderrohrförmigen Gehäusemantel 1, der oben durch einen Gehäusedeckel 2 und unten durch einen Gehäuseboden 3 verschlossen ist. Als Dampfeinlaß 4 ist ein Rohrstutzen durch den Gehäuseboden 3 nach außen geführt. Nach innen ist der Dampfeinlaß 4 als Siebrohr 5 fortgesetzt, wobei die Anordnung des Rohrstutzens und des Siebrohres 5 etwa koaxial zur vertikalen Längsachse des Gehäusemantels 1 ist. Das Siebrohr 5 endet im Abstand vor dem Gehäusedeckel 2 und ist mit einem Deckel 20 oben verschlossen. Im Inneren des Kondensators ist im Abstand von dem Gehäusemantel 1 ein Innenmantel 6 angeordnet, der vorzugsweise koaxial zum Gehäusemantel 1 ausgerichtet ist. Zwischen dem Gehäusemantel 1 und dem Innenmantel 6 wird somit ein Ringspalt 8 und zwischen dem Innenmantel 6 und dem Siebrohr 5 ein ebenfalls ringförmiger Raum gebildet, durch den die Wärmetauscherrohre 11 für die Durchleitung eines Kühlmediums geführt sind und der die eigentliche Kondensationskammer darstellt.
  • Der Innenmantel 6 ist nach oben durch einen Innendeckel 7 abgedichtet, nach unten hin jedoch offen. Im Gegensatz hierzu besitzt der Ringspalt 8 nach oben eine Verbindung zu einem Dampfsammelraum 9, der durch den Gehäusedeckel 2 und den Innendeckel 7 gebildet wird. Dieser Dampfsammelraum 9 weist einen als Rohrstutzen ausgebildeten Dampf-Notauslaß 10 auf, dessen Funktion weiter unten noch erläutert wird.
  • Entsprechend der bevorzugten Ausführung weist der Kondensator eine stehende Bauart mit im wesentlichen vertikal verlaufenden Wärmetauscherrohren 11 für das Kühlmedium auf, die vorteilhaft in Schleifenform verlaufen. Der Kühlmitteleinlaß 12 und der Kühlmittelauslaß 13 ist jeweils von außen durch den Gehäusemantel 1 geführt; beide enden entsprechend der zylindrischen Gehäuseform in Ringverteilern 14 und 15, an die die schleifenförmigen Wärmetauscherrohre 11 angeschlossen sind. Einer der Anschlüsse für das Kühlmedium oder beide könnten selbstverständlich auch durch den Gehäuseboden 3 oder den Gehäusedeckel 2 geführt werden. Die Wärmetauscherrohre 11 könnten anstelle der Schleifenform auch ohne Rückführung zur Gehäuseseite des Kühlmitteleintritts z.B. transversal oder spiralförmig durch den Kondensationsraum verlaufen. Wesentlich ist nur, daß ein nach oben und unten abgedichteter Kondensationsraum entsteht. Letzteres ist dadurch sichergestellt, daß der Mantel 6 im Betriebsfall bis unter die in der Abbildung als gestrichelte Horizontale eingezeichnete Füllstandslinie des im unteren Teil des Gehäuses befindlichen Kondensatsammelraums 21 reicht, der Innenmantel 6 also in das Kondensat eintaucht. Umgekehrt muß der Rohrstutzen des Dampfeinlaß' 4 über diese Füllstandslinie nach oben hinausragen, damit das gesammelte Kondensat nicht durch den Dampfeinlaß entweichen kann. Die Füllstandshöhe wird durch die Gestaltung der Kondensatableitung als Siphon, genauer gesagt durch die Überlaufhöhe in diesem Siphon festgelegt. Der Siphon kann z.B. in Form eines umgekehrt angeordneten U-Rohrbogens oder auch in der in der Abbildung dargestellten Form gestaltet sein: Ein Rohrbogen 16 führt das Kondensat durch den Gehäuseboden 3 in ein vertikal stehendes Mantelrohr 17, dessen obere und untere Stirnflächen mit Böden verschlossen sind. Durch den unteren Boden des Mantelrohres 17 führt ein Überlaufstandrohr 18 für die Ableitung des Kondensates nach außen.
  • Die Länge dieses Überlaufstandrohres 18 bestimmt die Höhenlage, bei der das Kondensat von dem Mantelrohr in das Überlaufstandrohr 18 abläuft, also letztlich die Füllstandshöhe im Kondensator. Damit in dem Mantelrohr 17 oberhalb des Kondensatspiegels weder Unter- noch Überdruck entstehen kann, wird das Mantelrohr 17 zweckmäßigerweise durch seinen oberen Deckel hindurch über die Rohrleitung 19 mit dem Ringspalt 8, der stets Umgebungsdruck aufweist, verbunden. Zweckmäßigerweise sollten die Wärmetauscherrohre 11 in den Kondensatsammelraum hineinragen, um eine Unterkühlung des gebildeten Kondensates zu erreichen.
  • Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kondensators ist wie folgt: Durch den Dampfeinlaß 4 wird nahezu auf Umgebungsdruck entspannter Wasserdampf bei einer Temperatur von z.B. 105°C nach oben in den Kondensator eingeleitet. Der Dampf tritt in radialer Richtung durch das Siebrohr 5 hindurch in den Kondensationsraum und trifft bezogen auf die Achsen der Wärmetauscherrohre 11 etwa senkrecht auf diese Rohre auf. Die Wärmetauscherrohre 11 sind von einem Kühlmittel, z.B. von 60°C warmem Wasser aus dem Rücklauf einer Gebäudeheizung oder einer Fernheizung durchströmt. Unter Wärmeabgabe an das Kühlmittel kondensiert der Dampf auf der Oberfläche der Wärmetauscherrohre 11 und läuft in den Kondensatsammelraum 21 ab. Durch die Höhe des Überlaufstandrohres 18 im Mantelrohr 17 der Kondensatableitung wird die Füllstandshöhe des Kondensates im Kondensatsammelraum 21 stets auf derselben Höhe gehalten. Da die Wärmetauscherrohre 11 in das Kondensat hineintauchen, wird das Kondensat deutlich unter den Siedpunkt abgekühlt. Die aus dem Abdampf vom Kühlmittel aufgenommene Abwärme steht für eine anderweitige Verwendung (z.B. Gebäudeheizung) zur Verfügung und geht nicht verloren.
  • Darüberhinaus wird auch das Prozeßwasser, das bei einer einfachen Dampfableitung nach dem Stand der Technik kontinuierlich eingebüßt würde, in Form des Kondensates mit samt der darin enthaltenen thermischen Energie zurückgewonnen und kann mittels Pumpen in den thermischen Prozeß, in dem der Abdampf angefallen ist, zurückbefördert werden. Dadurch werden Energie- und Wasseraufbereitungskosten eingespart.
  • Im Störungsfall, wenn nicht genügend Kühlmittel zur Kondensation des Abdampfes zur Verfügung steht, gewährleistet der erfindungsgemäße Kondensator dennoch in einfacher Weise eine sichere Ableitung des Abdampfes, so daß es nicht zu störenden Rückwirkungen auf den thermischen Prozeß kommen kann. Da bei Kühlmittelmangel nicht genügend Dampf kondensiert wird, steigt der Dampfdruck in der Kondensationskammer geringfügig an. Hierdurch wird der Kondensatspiegel im Bereich zwischen dem Mantel 6 und dem Rohrstutzen des Dampfeinlaß' 4 nach unten gedrückt, bis der Füllstand den unteren Rand des Innenmantels 6 erreicht hat. Die verdrängte Kondensatmenge fließt durch das Überlaufstandrohr 18 ab. Sobald der Kondensatspiegel den unteren Rand des Innenmantels 6 erreicht hat, kann der überschüssige Dampf zunächst in den Ringraum 8, über diesen in den Dampfsammelraum 9 und schließlich über den Dampf-Notauslaß 10 in die Atmosphäre abgeleitet werden. Durch entsprechende Beeinflussung der Höhendifferenz zwischen der Unterseite des Innenmantels 6 und der Oberkante des Überlaufstandrohres 18 kann der Druckanstieg im Kondensationsraum gegenüber dem Normalbetrieb auf beliebig kleine Werte eingestellt werden, so daß der Druckanstieg keine Rückwirkungen auf den thermischen Prozeß hat. Andererseits gewährleistet die erfindungsgemäße Konstruktion mit einfachsten Mitteln im störungsfreien Betrieb eine vollständige Rückgewinnung der Dampfschwaden.

Claims (7)

1. Kondensator mit einem Gehäusemantel (1), einem Gehäuseboden (3) und einem Gehäusedeckel (2) bestehenden Gehäuse, einem Dampfeinlaß, einem Kondensatsammelraum (21), einer Kondensatableitung und mit einem Einlaß (12) und einem Auslaß (13) für ein Kühlmedium, das innerhalb des Kondensatorgehäuses durch Rohrleitungen (11) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfeinlaß (4) etwa koaxial zur vertikalen Längsachse des Gehäuses durch den Gehäuseboden (3) geführt ist und sich im Gehäuseinneren in einem Siebrohr (5) fortsetzt, welches nach oben mit einem Deckel (20) verschlossen ist, daß im Inneren des Kondensators im Abstand vom Gehäusemantel (1) ein Innenmantel (6) angeordnet ist, der nach oben durch einen Innendeckel (7) dicht verschlossen ist und dessen unten offene Stirnfläche im Abstand über dem Gehäuseboden (3) endet, daß die Rohrleitungen (11) für die Durchleitung des Kühlmediums in dem zwischen dem Siebrohr (5) und dem Innenmantel (6) gebildeten Hohlraum verlaufen, daß der zwischen dem Gehäusemantel (1) und dem Innenmantel (6) gebildete Ringspalt (8) zu einem Dampfsammelraum (9), der zwischen dem Gehäusedeckel (2) und dem Innendeckel (7) gebildet ist, offen ist, daß der Dampfsammelraum (9) einen Dampf-Notauslaß (10) aufweist, und daß die Kondensatableitung siphonartig ausgebildet ist, wobei die Füllstandshöhe des Kondensates durch die Festlegung der Überlaufhöhe im Siphon so eingerichtet ist, daß die Stirnseite des Innenmantels (6) unterhalb dieser Füllstandshöhe liegt.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator in stehender Bauart ausgeführt ist.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatormantel (1) eine zylindrische Form hat.
4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (11) fürdas Kühlmedium schleifenförmig mit im wesentlichen paralleler Ausrichtung zur Vertikalachse des Kondensators geführt sind.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (11) für das Kühlmedium in den unterhalb der Füllstandshöhe über dem Kondensatorboden (3) liegenden Kondensatsammelraum (21) hineinragen.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb der Füllstandshöhe liegende freie Raum der Kondensatableitung durch eine Rohrleitung (19), die mit dem Ringspalt (8) verbunden ist, belüftbar ist.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatableitung eine vom Gehäuseboden (3) ausgehende Rohrleitung (16) aufweist, die in ein vertikal ausgerichtetes, Mantelrohr (17) mündet, welches stirnseitig jeweils mit einem Boden verschlossen ist und in dem koaxial ein durch den unteren Boden nach außen geführtes Überlaufstandrohr (18) angeordnet ist.
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