EP0384200A1 - Dampfkondensator - Google Patents

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Publication number
EP0384200A1
EP0384200A1 EP90102198A EP90102198A EP0384200A1 EP 0384200 A1 EP0384200 A1 EP 0384200A1 EP 90102198 A EP90102198 A EP 90102198A EP 90102198 A EP90102198 A EP 90102198A EP 0384200 A1 EP0384200 A1 EP 0384200A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bundle
steam
bundles
cooler
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP90102198A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0384200B1 (de
Inventor
Francisco Dr. Blangetti
Vaclav Svoboda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0384200A1 publication Critical patent/EP0384200A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0384200B1 publication Critical patent/EP0384200B1/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/02Condensers 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/10Auxiliary systems, arrangements, or devices for extracting, cooling, and removing non-condensable gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00Heat exchange
    • Y10S165/184Indirect-contact condenser
    • Y10S165/205Space for condensable vapor surrounds space for coolant
    • Y10S165/207Distinct outlets for separated condensate and gas
    • Y10S165/211Distinct outlets for separated condensate and gas including concave member adjacent to vapor outlet and partially covering a group of coolant tubes

Definitions

  • the invention relates to a steam condenser for ground-level arrangement with a steam turbine, the steam being deposited on pipes through which cooling water flows and which are combined in separate sub-bundles, and wherein the pipes of a bundle arranged in rows enclose a cavity in which a cooler for the non-condensable gases is arranged ,
  • Such a steam condenser for the so-called underfloor arrangement, is known from Swiss Patent No. 423 819.
  • the condenser tubes are arranged in several, so-called sub-bundles in a condenser housing.
  • the steam flows through an exhaust pipe into the condenser housing and is distributed in the room through flow channels. These narrow in the general direction of the flow in such a way that the flow velocity of the steam in these channels remains at least approximately constant.
  • the free inflow of steam to the outside tubes of the partial bundles is ensured.
  • the steam then flows through the bundles with a small resistance due to the low pipe depth.
  • the sub-bundles in the condenser are arranged next to each other in such a way that flow channels are created between them, which appear in the sectional view in the same order of magnitude as the sub-bundles themselves. Furthermore, the tubes in the successive rows form a self-contained wall, which is preferably continuous is of the same thickness.
  • This known condenser has the advantage that due to the loose arrangement of the partial bundles, all peripheral tubes of a partial bundle are well charged with steam without any noticeable pressure loss.
  • the requirement for at least approximately the same "wall thickness" of the tube-shaped sub-bundle around the cavity results in a relatively large overall height of the sub-bundle.
  • This known solution is less suitable for steam condensers of power plants, in which the condenser and the turbine are located approximately at the same height of the machine house foundation, for example due to a limitation in the height. In such cases, the capacitor can be arranged coaxially with the turbine shaft or laterally along the turbine. Underfloor arrangements are also not possible with watercraft driven by a steam turbine with a shallow draft.
  • the invention is therefore based on the object of providing a capacitor of the type mentioned at the outset which, while maintaining the known advantages of the partial bundle concept, is furthermore distinguished by low production costs.
  • this is achieved by - that the partial bundles are oriented horizontally in their longitudinal extent, that several sub-bundles are arranged one above the other in the vertical, - And that the cooler is formed asymmetrically within the sub-bundle and that its intake cross-section has its center of gravity below the longitudinal center line of the sub-bundle.
  • the tubes of the cooler are provided in the cavity of the bundle with a cover plate, which is also designed as a closed suction channel that communicates with the cooler zone via panels.
  • the multifunctional cover plate protects the cooler pipes from the condensate running down.
  • the heat exchanger shown is a surface condenser in a rectangular design, as it is suitable for the so-called "on floor” arrangement. As a rule, such capacitors have useful power ranges of ⁇ 300 MWe.
  • the steam flows into the condenser neck 1 via an evaporation nozzle 10, with which the condenser is connected to the turbine.
  • the best possible homogeneous flow field is generated therein in order to carry out a clean steam purging of the bundles 2 arranged downstream over their entire length.
  • the condensation space inside the condenser jacket contains four separate bundles 2. This has the aim, among other things, that a partial shutdown on the cooling water side can also be carried out during system operation, for example for the purpose of an inspection of a shutdown bundle on the cooling water side.
  • the independent application of cooling water is expressed in that the water chambers 7 (FIG. 2) are divided into compartments by horizontal partition walls (not shown).
  • the bundles consist of a number of tubes 5, which are fastened at their two ends in tube plates 6. Beyond the tube sheets, the water chambers 7 are arranged. The condensate flowing off from the bundles 2 is collected in the condensate collecting vessel 12 and from there it reaches the water / steam circuit, not shown.
  • a cavity 13 is formed in the interior of each bundle 2, in which the cavity contains gases that cannot be condensed - hereinafter called air - collects enriched steam.
  • An air cooler 14 is accommodated in this cavity 13. The steam-air mixture flows through this air cooler, with most of the steam condensing. The rest of the mixture is suctioned off at the cold end.
  • a cuboidal capacitor shell - the shape of the four bundles 2 is adapted so that the following goals are achieved: - Good use of the temperature gradient - Small pressure drop in the tube bundle despite the high packing density of the tubing - No stagnant air accumulation in the steam lanes and the bundles - No undercooling of the condensate - Good degassing of the condensate.
  • the bundles are designed in such a way that all pipes in the periphery have a good flow of steam without noticeable pressure loss.
  • the existing flow paths between the four bundles 2 on the one hand and between the outer bundles and their adjacent condenser wall are designed as follows:
  • the steam is now decelerated to zero speed with a simultaneous pressure recovery. This is achieved by making the second part of the flow path divergent. It should also be noted here that the channel expansion does not have to be optically recognizable due to the increasing decrease in the mass flow. It is important that the residual steam flowing towards the condenser bottom 8 generates a dynamic pressure there. This deflects the steam and also supplies the lower parts of the bundle.
  • the increase in temperature caused by the dynamic pressure benefits the condensate flowing down from pipe to pipe by heating up again if it has cooled below the saturation temperature. This ensures two advantages: There are no thermodynamic losses due to condensate hypothermia and the oxygen content of the condensate is reduced to a minimum.
  • the air cooler 14 is arranged in the interior of the bundle at the level at which the bundle of pressure runs through a relative minimum on both sides of the bundle.
  • the air cooler is therefore located in the rear half of the sub-bundle.
  • the bundle is designed so that the vapor intake into the hollow Room 13 - taking into account the effective pressure at the pipe periphery and due to the different pipe row thickness - acts homogeneously in the radial direction across all pipes in the cavity 13. This results in a homogeneous pressure gradient and thus a clear direction of flow of the steam and the non-condensable gases in the direction of the air cooler 14.
  • the cavity 13 opens upstream into a compensation lane 16 inside the bundle, which also ensures that the air-enriched steam from the core of the front half the bundle finds a smooth way to the air cooler.
  • the sheets cover the bundles, but in any case leave enough free space for pressure equalization and for pressure regeneration by stagnation of the residual steam speed at the end of the condensation path, i.e. impossible in the region of the capacitor bottom 8.
  • the resulting steam cushion causes any condensate subcooling to regress and the residual degassing of the condensate, which is finely divided at this point.
  • the entire condenser shell assembly ie housing, as well as partial bundles and condensate collecting plates, is in the longitudinal direction of the pipe slightly inclined about the turbine axis 24 in order to promote the rapid drainage of the condensate.
  • the air coolers within the partial bundles are asymmetrical in shape and of an ascentric position within the cavity 13.
  • the bundles 2 are subjected to a highly asymmetrical load when installed horizontally, since gravity and the inertial force of the vapor velocity are almost perpendicular to each other.
  • this asymmetry mainly relates to the condensate load in the bundle, which also leads to an asymmetrical localization of the pressure minimum in the pipe structure with regard to the geometrical bundle contours.
  • the location of the minimum pressure dictates the location of the air cooler as it is the location of the accumulation of non-condensable gases.
  • the condensate raining down from above increases the steam-side pressure loss in the lower half of the bundle and thus causes the pressure minimum to shift downwards.
  • the air cooler is therefore configured and arranged in such a way that it takes account of the asymmetry mentioned.
  • the air is drawn in below the longitudinal center line 22 of the bundle due to the chosen cooler configuration.
  • the air cooler 14 has the task of removing the non-condensable gases from the condenser. During this process, the steam losses are to be kept as low as possible. This is achieved in that the steam / air mixture is accelerated in the direction of the suction duct 17. The high speed results in good heat transfer, which leads to extensive condensation of the residual steam. In order to accelerate the mixture, the cross section in the direction of flow is increasingly smaller, as can be seen in FIG. 5. The air is sucked off through orifices 18 into the channel 17.
  • These covers, which are attached to the youngest part of the radiator cover are the physical separation of the condensation space from the suction channel. They are distributed several times over the entire length of the pipe and, by creating a pressure loss, ensure that the suction effect is homogeneous in all compartments of the condenser.
  • Part of the wall of the suction channel 17 is also designed as a funnel-shaped cover plate 19. This sheet is placed over the pipes of the cooler and protects them from the steam and condensate flow flowing from top to bottom. This also specifies the direction of entry of the mixture to be cooled, namely from the back to the front towards the screens 18.
  • the drainage of the suction channel 17 takes place through holes 23 arranged several times in the longitudinal direction of the channel at the lowest point of the channel.
  • a corresponding number of tubes 5 are left out of the bundles 2. Depending on the size and staggering of the tubes 5, this involves omitting either one or two rows of tubes. A plurality of suction lines 20 penetrating the bundle upward are led out through this recess. Parallel to the bundle, these suction lines are led to the condenser bottom 8, where they open into a collecting line 15 leading to the suction device.
  • vapor barriers The free space created by the omission of the pipes is filled with vapor barriers.
  • the primary goal of these is to prevent steam bypass.
  • these are dummy pipes which do not prevent the vertical exchange of steam or condensate. In the direction of the steam lane / cooler, they form a flow obstacle that should have the same pressure loss as the original pipe.
  • these blind pipes can also be used as support anchors between the pipe support plates, not shown.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown and described.
  • longitudinal, staggered, baffle-like sheets could be used as vapor barriers instead of the dummy pipes.
  • the vapor barriers could also be dispensed with entirely if the non-condensable gases are led out of the condenser in the longitudinal direction of the tube instead of across the bundle.
  • the suction channel respectively. the suction line connected to it penetrate one of the two tube plates 6 and the corresponding water chamber 7.
  • the condenser can of course also be divided into two and arranged on both sides of the turbine. Likewise, it can be set up in the extension of the turbine axis.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

In einem ebeneerdig aufgestellten Dampfkondensator, in dem der Dampf an kühlwasserdurchflossenen, in separaten Bündeln (2) zusammengefassten Rohren (5) niedergeschlagen wird, wobei die in Reihen angeordneten Rohren (5) eines Bündels einen Hohlraum (13) umschliessen, ist im Hohlraum (13) ein Kühler (14) für die nicht kondensierbaren Gase angeordnet.
Die Teilbündel (2) sind in ihrer Längserstreckung horizontal ausgerichtet und sind vertikal übereinander angeordnet. Der Kühler (14) für die nicht kondensierbaren Gase hat seine Saug­wirkung auf eine Zone unterhalb der Längsmittellinie (22) des ein­zelnen Bündels (2) gerichtet.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Dampfkondensator zur ebenerdigen Anordnung mit einer Dampfturbine, wobei der Dampf an kühlwas­serdurchflossenen, in separaten Teilbündeln zusammengefassten Rohren niedergeschlagen wird, und wobei die in Reihen angeord­neten Rohre eines Bündels einen Hohlraum umschliessen, in dem ein Kühler für die nicht kondensierbaren Gase angeordnet ist,
  • Stand der Technik
  • Ein derartiger Dampfkondensator, allerdings für die sogenannte Unterfluranordnung, ist aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 423 819 bekannt. Dort sind in einem Kondensatorgehäuse die Kondensatorrohre in mehreren, sogenannten Teilbündeln angeord­net. Der Dampf strömt durch einen Abdampfstutzen in das Kon­densatorgehäuse ein und verteilt sich im Raum durch Strö­mungskanäle. Diese verengen sich in der allgemeinen Richtung der Strömung derart , dass die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes in diesen Kanälen zumindest annähernd konstant bleibt. Die freie Zuströmung des Dampfes zu den aussenliegenden Rohren der Teilbündel ist gewahrt. Durch die Bündel strömt der Dampf anschliessend mit durch die geringe Rohrreihentiefe bedingtem kleinen Widerstand hindurch. Um die Bedingung der in den Zu­strömkanälen konstant zu haltenden Dampfgeschwindigkeit erfül­ len zu können, sind die Teilbündel im Kondensator so nebenein­ander angeordnet, dass zwischen ihnen Strömungskanäle entste­hen, die im Schnittbild in der gleichen Grössenordnung er­scheinen wie die Teilbündel selbst. Des weiteren bilden die Rohre in den hintereinanderfolgenden Reihen eine in sich ge­schlossene Wand, die vorzugsweise durchwegs von gleicher Dicke ist.
  • Dieser bekannte Kondensator weist den Vorteil auf, dass durch die lockere Anordnung der Teilbündel alle peripheren Rohre ei­nes Teilbündels ohne merklichen Druckverlust gut mit Dampf be­schickt sind. Andererseits bedingt das Erfordernis nach zumin­dest annähernd gleicher "Wandstärke" des berohrten Teilbündels um den Hohlraum herum eine relativ grosse Bauhöhe des Teilbün­dels. Hieraus resultiert die hervorragende Eignung dieses Teilbündelkonzeptes für Grosskondensatoren, bei denen eine Mehrzahl von Teilbündeln stehend nebeneinander angeordnet wer­den. Weniger geeignet ist diese bekannte Lösung für Dampfkon­densatoren von Kraftwerksanlagen, bei denen sich der Kondensa­tor und die Turbine ungefähr auf der gleichen Höhe des Maschi­nenhausfundamentes befinden, bspw. infolge Beschränkung der Bauhöhe. In solchen Fällen kann der Kondensator koaxial mit der Turbinenwelle oder seitlich entlang der Turbine angeordnet sein. Auch bei mittels Dampfturbine angetriebenen Wasserfahr­zeugen mit geringem Tiefgang sind Unterfluranordnungen nicht möglich.
  • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kon­densator der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich bei Beibehaltung der bekannten Vorteile des Teilbündelkonzeptes zudem durch niedrige Fertigungskosten auszeichnet.
  • Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht,
    - dass die Teilbündel in ihrer Längserstreckung horizontal gerichtet sind,
    - dass mehrere Teilbündel in der Vertikalen übereinander angeordnet sind,
    - und dass der Kühler innerhalb der Teilbündel asymmetrisch ausgebildet ist und dass sein Ansaugquerschnitt seinen Schwerpunkt unterhalb der Längsmittellinie der Teilbündel hat.
  • Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass infolge der bewusst realisierten Druckabsenkung in den durchströmten Gassen auf der Höhe des Luftkühlers zu beiden Seiten des je­weiligen Bündels der dampfseitige Druckabfall über das Bündel etwa konstant ist, so dass sich ein homogener Druckgradient in Richtung Kühler ergibt. Mit dieser Massnahme wird eine gute Dampfdurchspülung durch das Bündel erreicht. Nach Durchlauf der maximalen Geschwindigkeit erfährt der Dampf in den Gassen eine Abbremsung bis auf Null mit Druckrückgewinn auf dem Ni­veau des Kondensatsammelbehälters. Dies bewirkt eine Erhöhung der Sättigungstemperatur des Dampfes und damit eine Rückbil­dung der stattgefundenen Kondensatunterkühlung und der Sauer­stoffkonzentration im Kondensat. Dadurch, dass durch die ge­wählte Strömungsführung der Stau erst am unteren Bündelende erfolgt, werden zudem Ansammlungen von nichtkondensierbaren Gasen in den Bündelgassen selbst vermieden.
  • Aufgrund des regenerativen Charakters dieser Bündelart und der gezielten Anordnung des Luftkühlers ist somit mit einer spezi­fischen Kondensationsleistung zu rechnen, die mindestens 10% über dem durch "Heat Exchanger Institute Standards" festgeleg­ten Modell liegt.
  • Daneben sind weitere Vorteile in der einfachen und schnellen Fertigung des Fundamentes sowie in kurzen Inbetriebssetzungs-­Zeiten zu sehen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, auf die bisherigen Dehnungsorgane zu verzichten und den Kondensator direkt an das Abdampfgehäuse der Turbine anzuschliessen, und durch einfache Gleitschuhe abzustützen.
  • Es ist zweckmässig, wenn die Rohre des Kühlers im Hohlraum des Bündels mit einem Abdeckblech versehen sind, welches zudem als geschlossener Absaugkanal ausgebildet ist, der mit der Kühler­zone über Blenden kommuniziert. Das multifunktionale Abdeck­blech schützt dabei die Kühlerrohre vor dem herabrinnenden Kondensat.
  • Zum Herauszuführen aus dem Kondensator empfiehlt es sich, dass das vom Kühler in den Saugkanal einströmende Dampf-Luftgemisch aus dem Kanal über mindestens eine, jedes Bündel durchdrin­gende Saugleitung abzusaugen, wozu an der Trennfläche zwischen den beiden Flüssen ein resp. zwei Rohrreihen im ansonsten ge­schlossenen Mantel fehlen und durch Blindrohre ersetzt sind. Diese als Dampfsperren wirkende Blindrohre verhindern ein di­rektes Einströmen des Dampfes zu den Luftkühlern.
  • Eine ähnliche Abschirmung ist zwar aus der bereits genannten CH-PS 423 819 bekannt. Indes handelt es sich dort um eine ge­schlossene Verschalung, welche in der Vertikalen ein Strö­mungshindernis darstellt, insbesondere für das herabtropfende Kondensat.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­hand eines Kraftwerkkondensators schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 und 2 eine skizzenhafte Vorderansicht und Draufsicht einer Niederdruckturbine mitsamt Kondensator;
    • Fig.3 einen Querschnitt durch den Kondensator;
    • Fig.4 einen Querschnitt durch ein Teilbündel;
    • Fig.5 einen Querschnitt durch einen Kühler.
  • Beim dargestellten Wärmeaustauscher handelt es sich um einen Oberflächenkondensator in rechteckiger Bauform, wie er ge­eignet ist für die sogenannte "on floor"- Anordnung. In der Regel weisen derartige Kondensatoren sinnvolle Leistungsberei­che von <300 MWe auf.
  • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Ueber einen Abdampfstutzen 10, mit dem der Kondensator an der Turbine angeschlossen ist, strömt der Dampf in den Kondensa­torhals 1 ein. Darin wird ein möglichst gutes homogenes Strö­mungsfeld erzeugt, um eine saubere Dampfbespülung der stromab­wärts angeordneten Bündel 2 über deren ganze Länge vorzuneh­men.
  • Der Kondensationsraum im Innern des Kondensatormantels bein­haltet vier getrennte Bündel 2. Dies hat unter anderem zum Ziel, dass auch während des Anlagenbetriebes eine kühlwasser­seitige Teilabschaltung vorgenommen werden kann, beispiels­weise zum Zwecke einer kühlwasserseitigen Inspektion eines ab­geschalteten Bündels. Die unabhängige Kühlwasserbeaufschlagung kommt dadurch zum Ausdruck, dass die Wasserkammern 7 (Fig.2) durch nicht gezeigte horizontale Trennwände in Kompartimente unterteilt sind.
  • Die Bündel bestehen aus einer Anzahl Rohre 5, die an ihren beiden Enden jeweils in Rohrböden 6 befestigt sind. Jenseits der Rohrböden sind jeweils die Wasserkammern 7 angeordnet. Das von den Bündeln 2 abfliessende Kondensat wird im Kondensatsam­melgefäss 12 aufgefangen und gelangt von dort in den nicht dargestellten Wasser/Dampf-Kreislauf.
  • Gemäss Fig.3 ist im Innern jedes Bündels 2 ein Hohlraum 13 ausgebildet, in dem sich der mit nicht kondensierbaren Gasen - nachstehend Luft genannt - angereicherte Dampf sammelt. In diesem Hohlraum 13 ist ein Luftkühler 14 untergebracht. Das Dampf-Luftgemisch durchströmt diesen Luftkühler, wobei der grösste Teil des Dampfes kondensiert. Der Rest des Gemisches wird am kalten Ende abgesaugt.
  • Abgesehen von der horizontalen Ausrichtung sind Teilbündelkon­densatoren soweit bekannt. Dabei ist zu beachten, dass der sich im Innern des Rohrbündels befindliche Luftkühler die Wir­kung hat, dass das Dampf-Gasgemisch innerhalb des Kondensator­bündels beschleunigt wird. Dadurch verbessern sich die Ver­hältnisse insofern, als keine kleinen Strömungsgeschwindigkei­ten vorherrschen, die den Wärmeübergang beeinträchtigen könn­ten.
  • Ausgehend von der vorgegebenen Aussenform des Kondensators - im vorliegenden Fall eine quaderförmige Kondensatorschale -, ist die Form der vier Bündel 2 so angepasst, dass folgende Ziele erreicht werden:
    - Gute Ausnützung des Temperaturgefälles
    - Kleiner Druckabfall im Rohrbündel trotz hoher Packungs­dichte der Berohrung
    - Keine stagnierenden Luftansammlungen in den Dampfgassen und den Bündeln
    - Keine Unterkühlung des Kondensates
    - Gute Entgasung des Kondensates.
  • Hierzu sind die Bündel so gestaltet, dass aller Rohre der Pe­ripherie ohne merklichen Druckverlust gut mit Dampf angeströmt sind. Um nun eine homogene, saubere Dampfströmung zu gewähr­leisten und insbesondere um Stauungen innerhalb des Bündels auszuschliessen, sind die vorhandenen Strömungspfade zwischen den vier Bündeln 2 einerseits sowie zwischen den äusseren Bün­deln und deren benachbarter Kondensatorwand folgendermassen ausgebildet:
  • Zunächst wird vorausgesetzt, dass über dem gesamten Ausström­querschnitt des Kondensatorhalses 1 ein einigermassen homoge­nes Strömungsfeld vorherrscht. Der überwiegende erste Teil des Strömungspfades zwischen Bündelanfang und Bündelende ist kon­vergent ausgebildet. Darin erfährt der strömende Dampf eine räumliche Beschleunigung mit entsprechender Senkung des stati­schen Druckes. Dies verläuft ungefähr homogen an beiden Seiten der Bündel. Bei der vorzunehmenden Kanalverengung beidseits der Bündel ist dabei der Tatsache Rechnung zu tragen, dass in­folge der Kondensation der Dampfmassenstrom zunehmend geringer wird.
  • Nach Erreichen der maximal vorgegebenen Geschwindigkeit wird der Dampf nunmehr bis auf die Geschwindigkeit Null abgebremst mit gleichzeitigem Druckrückgewinn. Dies wird dadurch er­reicht, dass der zweite Teil des Strömungspfades divergent ausgeführt wird. Auch hier gilt es zu beachten, dass die Kana­lerweiterung infolge der zunehmenden Abnahme des Massenstromes optisch nicht erkennbar sein muss. Massgebend ist, dass der zum Kondensatorboden 8 hinströmende Restdampf dort einen Stau­druck erzeugt. Dadurch wird der Dampf umgelenkt und versorgt so auch die unteren Teile der Bündel. Die durch den Staudruck bedingte Temperaturerhöhung kommt dem von Rohr zu Rohr hinab­fliessenden Kondensat zugute, indem es sich, falls es sich un­ter Sättigungstemperatur abgekühlt hatte, wieder erwärmt. Da­durch sichert man sich zwei Vorteile: Thermodynamische Verlu­ste wegen Kondensatunterkühlung sind nicht vorhanden und der Sauerstoffgehalt des Kondensates ist auf ein Minimun redu­ziert.
  • Als weitere Massnahme, die der gleichmässigen Bündelbeauf­schlagung mit Dampf dient, wird der Luftkühler 14 im Bündelin­nern auf jenem Niveau angeordnet, auf dem beidseitig der Bün­del der Druckverlauf in der durchströmten Gasse ein relatives Minimum durchläuft. Im gezeigten Beispiel befindet sich der Luftkühler somit in der hinteren Hälfte der Teilbündel. Das Bündel ist so gestaltet, dass die Dampfansaugung in den Hohl­ raum 13 - unter Berücksichtigung des wirksamen Druckes an der Rohrperipherie und auf Grund der unterschiedlichen Rohrreihen­dicke - in radialer Richtung homogen über alle im Hohlraum 13 angrenzenden Rohre wirkt. Daraus resultiert ein homogener Druckgradient und damit eine eindeutige Fliessrichtung des Dampfes und der nicht kondensierbaren Gase in Richtung Luft­kühler 14. Der Hohlraum 13 mündet stromaufwärts in eine bün­delinterne Ausgleichgasse 16, die dafür sorgt, dass auch der mit Luft angereicherte Dampf aus dem Kern der vorderen Hälfte des Bündels einen reibungsfreien Weg zum Luftkühler findet.
  • Im Betrieb kondensiert der Dampf an den Rohren 5 und das Kon­densat tropft gegen Kondensatsammelbleche 11 ab. Dieses Ab­tropfen erfolgt innerhalb der Bündel, wobei das Kondensat mit Dampf steigenden Druckes in Berührung kommt. Diese Bleche 11 sind angebracht, um den Einfluss des herabfliessenden Konden­sates auf die darunter liegenden Bündel zu vermeiden. Zwischen dem obersten und dem zweitobersten sowie zwischen den unter­sten und dem zweituntersten Bündeln reichen diese Bleche von der Ebene des Lüftkühlers 14 bis in den Bereich des Kondensa­torbodens 8. Zwischen den mittleren Bündeln erstreckt sich das Blech 11 bis zur oberen Kante der Bündel. Der sparsame Umgang mit Kondensatsammelblechen ist dadurch begründet, dass diese gleichzeitig eine Abbremsung der Dampfströmung in der Dampf­versorgungsgasse hervorrufen und dadurch die Druckregeneration verhindern. Die Bleche überdecken die Bündel, lassen aber in jedem Fall ausreichend freien Platz zum Druckausgleich und um die Druckregeneration durch Stauung der Dampfrestgeschwindig­keit am Ende der Kondensationsstrecke, d.h. im Bereich des Kondensatorbodens 8 zu verunmöglichen. Das resultierende Dampfpolster bewirkt die Rückbildung jeglicher Kondensatunter­kühlung und die Restentgasung des an dieser Stelle fein zer­teilten Kondensates.
  • Die gesamte Baueinheit Kondensatorschale, d.h. Gehäuse, sowie Teilbündel und Kondensatsammelbleche ist in Rohrlängsrichtung leicht um die Turbinenachse 24 geneigt, um das rasche Abflies­sen des Kondensates zu fördern.
  • Wie insbesondere aus den Fig.4 und 5 ersichtlich, sind die Luftkühler innerhalb der Teilbündel von asymmetrischer Form und von aszentrischer Lage innerhalb des Hohlraumes 13. Im Un­terschied zur bereits erwähnten Unterfluranordnung des Konden­sators werden die Bündel 2 bei der horizontalen Aufstellung nämlich stark asymmetrisch belastet, da die Schwerkraft und die Trägheitskraft der Dampfgeschwindigkeit nahezu senkrecht zueinander gerichtet sind. Diese Asymmetrie bezieht sich al­lerdings hauptsächlich auf die Kondensatbelastung im Bündel, was bezüglich der geometrischen Bündelkonturen zu einer eben­falls asymmetrischen Lokalisierung des Druckminimums im Rohr­verband führt.
  • Die Lage des minimalen Druckes diktiert die Lage des Luftküh­lers, da dieser der Ort der Ansammlung der nichtkondensierba­ren Gase ist. Das von oben herabregnende Kondensat verstärkt den dampfseitigen Druckverlust in der unteren Bündelhälfte und verursacht damit die Verlagerung des Druckminimums nach unten. Der Luftkühler ist deshalb so konfiguriert und angeordnet, dass er der genannten Asymmetrie Rechnung trägt. Das Ansaugen der Luft geschieht infolge der gewählten Kühlerkonfiguration unterhalb der Längsmittellinie 22 des Bündels.
  • Der Luftkühler 14 hat die Aufgabe, die nichtkondensierbaren Gase aus dem Kondensator zu entfernen. Bei diesem Vorgang sind die Dampfverluste so gering wie möglich zu halten. Dies wird dadurch erreicht, dass das Dampf/Luftgemisch in Richtung Ab­saugkanal 17 beschleunigt wird. Die hohe Geschwindigkeit hat einen guten Wärmeübergang zur Folge, was zu einer weitgehenden Kondensation des Restdampfes führt. Zwecks Beschleunigung des Gemisches wird der Querschnitt in Strömungsrichtung zunehmend kleiner bemessen, wie es aus Fig. 5 hervorgeht. Die Luft wird über Blenden 18 in den Kanal 17 abgesaugt. Diese Blenden, wel­che an der jüngsten Stelle der Kühlerabdeckung angebracht sind, stellen die physikalische Trennung des Kondensationsrau­mes vom Absaugkanal dar. Sie sind mehrfach über die ganze Rohrlänge verteilt und bewirken durch die Erzeugung eines Druckverlustes, dass die Saugwirkung in allen Kompartimenten des Kondensators homogen ist.
  • Ein Teil der Wandung des Absaugkanals 17 ist gleichzeitig als trichterförmiges Abdeckblech 19 konzipiert. Dieses Blech ist über die Rohre des Kühlers gestülpt und schützt diese vor der von oben nach unten fliessenden Dampf- und Kondensatströmung. Damit ist auch die Eintrittsrichtung des abzukühlenden Gemi­sches vorgegeben, nämlich von hinten nach vorn zu den Blenden 18 hin.
  • Die Entwässerung des Absaugkanals 17 erfolgt durch in Kanal­längserstreckung mehrfach angeordnete Löcher 23 am jeweils tiefsten Punkt des Kanals.
  • Um die Luft aus dem Absaugkanal 17 zum nicht dargestellten Saugapparat zu leiten, sind eine entsprechende Anzahl Rohre 5 aus den Bündeln 2 ausgespart. Je nach Grösse und Staffelung der Rohre 5 handelt es sich dabei um das Fortlassen entweder einer oder zweier Rohrreihen. Durch diese Aussparung werden mehrere, das Bündel nach oben durchdringende Saugleitungen 20 herausgeführt. Parallel zum Bündel werden diese Saugleitungen bis zum Kondensatorboden 8 geführt, wo sie in eine zum Saugap­parat führende Sammelleitung 15 münden.
  • Der durch das Fortlassen der Rohre entstehende freie Raum wird mittels Dampfsperren bestückt. Diese haben primär zum Ziel, einen Dampfbypass zu verhindern. Es handelt sich im vorliegen­den Fall um Blindrohre, welche den vertikalen Dampf- oder Kon­densataustausch nicht unterbinden. In Richtung Dampfgasse/­Kühler bilden sie ein Strömungshindernis, das den gleichen Druckverlust aufweisen sollte wie die Originalberohrung. Dane­ben können diese Blindrohre auch als Stützanker zwischen den nicht gezeigten Rohrstützplatten verwendet werden.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnten beispielsweise als Dampfsperren statt der Blindrohre genau so gut längsgerichtete, gestaffelte, schikanartige Bleche zur An­wendung gelangen. Man könnte auch ganz auf die Dampfsperren verzichten, wenn die nichtkondensierbaren Gase - statt quer durch die Bündel - in Rohrlängsrichtung aus dem Kondensator herausgeführt werden. In diesem Fall müsste der Absaugkanal resp. die daran angeschlossene Saugleitung einen der beiden Rohrböden 6 und die entsprechende Wasserkammer 7 durchdringen In Abweichung zur beschriebenen Lösung, gemäss der der ganze Kondensator leicht gegenüber der Turbinenachse geneigt ist, bestünde auch die Möglichkeit, nur die Kondensatsammelbleche und den Saugkanal zwecks Kondensatablauf leicht zu neigen. Schliesslich kann der Kondensator selbstverständlich auch zweigeteilt sein und beidseitig der Turbine angeordnet sein. Desgleichen kann er in der Verlängerunng der Turbinenachse aufgestellt sein.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1 Kondensatorhals
    • 2 Teilbündel
    • 3 Turbine
    • 4 Kondensatormantel
    • 5 Rohr
    • 6 Rohrboden
    • 7 Wasserkammer
    • 8 Kondensatorboden
    • 9 Fundament
    • 10 Abdampfstutzen
    • 11 Kondensatsammelblech
    • 12 Kondensatsammelgefäss
    • 13 Hohlraum
    • 14 Luftkühler
    • 15 Sammelleitung
    • 16 Ausgleichgasse
    • 17 Saugkanal
    • 18 Blende
    • 19 Abdeckblech
    • 20 Saugleitung
    • 22 Längsmittellinie von 2
    • 23 Entwässerungsloch in 17
    • 24 Turbinenachse

Claims (5)

1. Dampfkondensator zur ebenerdigen Anordnung mit einer Dampfturbine, wobei der Dampf an kühlwasserdurchflosse­nen, in separaten Teilbündeln (2) zusammengefassten Roh­ren (5) niedergeschlagen wird, und wobei die in Reihen angeordneten Rohre eines Bündels einen Hohlraum (13) um­schliessen, in dem ein Kühler (14) für die nicht konden­sierbaren Gase angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Teilbündel (2) in ihrer Längserstreckung horizontal gerichtet sind,
- dass mehrere Teilbündel in der Vertikalen übereinander angeordnet sind,
- und dass der Kühler (14) innerhalb der Teilbündel asymmetrisch ausgebildet ist und dass sein Ansaug­querschnitt seinen Schwerpunkt unterhalb der Längs­mittellinie (22) der Teilbündel hat.
2. Dampfkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Kühlers (14) im Hohlraum (13) des Bün­dels (2) mit einem Abdeckblech (19) versehen sind, wel­ches als geschlossener Saugkanal (17) ausgebildet ist, wobei letzterer mit der kältesten Kühlerzone über Blenden (18) kommuniziert.
3. Dampfkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Kühler in den Saugkanal einströmende Dampf-­Luftgemisch aus dem Kanal über mindestens eine, das Bün­del durchdringende Saugleitung (20) abgezogen wird, wozu innerhalb des Teilbündels ein resp. zwei Rohrreihen im ansonsten geschlossenen Mantel fehlen und durch Blind­rohre (21) ersetzt sind.
4. Dampfkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen je zwei Teilbündeln (2) ein horizontal aus­gerichtetes Kondensatsammelblech (11) angeordnet ist, welches sich mindestens von der Ebene des Kühlers (14) bis in den Bereich des Kondensatorbodens (8) erstreckt.
5. Dampfkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit Kondensatorschale/Teilbündel/Kon­densatsammelbleche in Rohrlängsrichtung gegenüber der Turbinenachse (24) leicht geneigt ist.
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