EP0509298B1 - Hochdruck-Speisewasservorwärmer - Google Patents

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EP0509298B1
EP0509298B1 EP92105389A EP92105389A EP0509298B1 EP 0509298 B1 EP0509298 B1 EP 0509298B1 EP 92105389 A EP92105389 A EP 92105389A EP 92105389 A EP92105389 A EP 92105389A EP 0509298 B1 EP0509298 B1 EP 0509298B1
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EP
European Patent Office
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desuperheating
steam
chamber
condensation
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EP92105389A
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Mustafa Dr. Youssef
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Alstom SA
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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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
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall

Definitions

  • the invention relates to a regenerative high-pressure feedwater preheater of the standing type with a U-shaped tube bundle, with a built-in desuperheating zone, with a condensation zone, with an integrated, flooded subcooling zone and with a water chamber underneath, the desuperheating zone and the subcooling zone each being shielded from the condensation zone.
  • the subcooler's flooding level creates a pressure reserve that makes it difficult to re-evaporate the condensate.
  • the flooding is ensured by appropriate design of the condensate drain regulation and the level control range.
  • the highest regulated condensate level must be below the end baffle of the desuperheater so that no condensate can flow back into the desuperheating zone.
  • the correct dimensioning of the desuperheating zone is also extremely important.
  • the superheated bleed steam is led to the feed water at a certain speed in countercurrent or cross-countercurrent.
  • the heat transfer to the pipe on the steam side takes place in a convective manner.
  • the desuperheating zone is too large, the condensation can already start at a point where the outer wall of the pipe reaches the local saturation temperature.
  • the laws of condensation apply to the heat transfer to the pipe on the steam side and erosion-corrosion can be expected. For reasons of operational safety, this condition must be avoided over the entire load range of the device.
  • the desuperheating zone can be dimensioned incorrectly. This applies in particular to the case where, for example, the supercooling zone has to be enlarged in order to lower the condensate outlet temperature and thus also the steam flow.
  • Such a design usually leads to a subcooling zone, which is divided into several chambers by means of baffles and thus has a greater height in the longitudinal direction of the apparatus.
  • the invention is based on the object of creating measures for a three-zone feed water preheater of the type mentioned at the outset by which the occurrence of condensation nuclei in the desuperheating zone is reliably avoided.
  • this is achieved in that a chamber not flowed through by the steam is arranged around the tube bundle in the desuperheating zone.
  • both the cover and the bottom of the chamber are formed from tube support plates. According to the harassment of the desuperheating zone, only the supporting plates involved then have to be covered with a simple sheet metal to form the chamber.
  • the high-pressure feed water preheater of the standing type is clad with an outer jacket 1, at the lower end of which a steam inlet opening 2 and a condensate outlet opening 3 are arranged opposite each other.
  • a desuperheating zone 4 is provided in the left part of the apparatus. This is provided up to the condensation zone 5 with a cover 6 in the form of an end baffle. The interior of the desuperheating zone 4 is harassed by means of steam baffles 7, 7 'and 7' ', which at the same time perform the function as pipe support plates.
  • the upper end of the desuperheating zone 4 opens into a steam distribution shaft 8 which is delimited by end walls 17.
  • This shaft runs centrally between one U-shaped tube bundle, the two legs of which form a right cold tube bundle part 9 and a left warm tube bundle part 10.
  • the shaft is arranged so that its longitudinal openings opposite each other act as a steam outlet.
  • These longitudinal openings are provided with perforated cover plates 12, which have steam outlet openings 11 in the shaft plane on the one hand and steaming holes 13 in the plane of the pipe-covered zone on the other hand.
  • a ventilation duct 15 is recessed, in which a ventilation tube 14 is guided.
  • Pipe supports 16 are arranged in the condensation zone 5 in such a way that the condensate can trickle downwards.
  • a harassed hypothermia zone 18 is provided in the right part of the apparatus.
  • the baffles 19 acting as tube support plates divide the supercooling zone into several chambers and force the condensate to cross-flow to the feed water which flows in the tubes of the tube bundle.
  • This supercooling zone is likewise provided with a cover 20 in the form of an end baffle towards the condensation zone 5.
  • a control element 21 is arranged in the condensate drain line, not shown, with which the drain flow is regulated. Above the end baffle 20, the level of flooding of the condensate is indicated at 22. 29 denotes the level control range.
  • the cold tube bundle part 9 opens out on the underside of the preheater via a tube plate 26 into a collecting chamber 27, through which the feed water flows into the tubes from the bottom up. After heating, the feed water is discharged from the apparatus via the collecting chamber 28, into which the warm leg 10 of the Rorb bundle opens.
  • a thermally inactive zone is created therein.
  • the easiest way to do this is to provide a steam-free chamber 23 around the warm tube bundle part 10 within the desuperheating zone.
  • the steam guide plates 7 'and 7' ' can be used for this. These plates, which are anyway welded on one side to the partition 30 between the heating zone and the supercooling zone, form the cover and the bottom of the chamber 23. They are encased in a simple sheet 24, which creates a closed space that is not exposed to the steam. Corresponding to the outer contour of the plates 7 'and 7' ', this sheet 24 can have an almost semi-cylindrical or polygonal shape.
  • the support plates 7 ′ and 7 ′′ could strike the outer jacket 25 of the desuperheater as well, with a corresponding adaptation of the plate 24 in the semi-cylindrical interior of the heating zone.
  • superheated steam enters the desuperheating zone 4 through the steam inlet opening 2, flows around the steam baffle 7 arranged therein and the chamber 23 and arrives directly in the steam distribution shaft 8, which is flowed through from bottom to top .
  • the steam From the opposite steam outlet openings 11 in the cover plates 12, the steam enters the annular space of the condensation zone 5 and is distributed therein. It hits the condensation surface of the tube bundles 9, 10 at a comparatively low speed in the direction of the arrow in FIG. 2 and flows radially through the bundle from the outside inwards.
  • the condensate flows downward and collects above the supercooling zone, the level of the condensate covering the subcooler being adjusted to the desired level. Air and non-condensable gases are drawn off through the ventilation tubes 14 within the tube bundles 9 and 10 after the condensation has been completed.
  • the feed water in the pipes is preheated in a three-stage process, first in the supercooling zone 18, then in the condensation zone 5 and finally in the desuperheating zone 4.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen regenerativen Hochdruck-Speisewasservorwärmer der stehenden Bauart mit U-förmigem Rohrbündel, mit eingebauter Enthitzungszone, mit Kondensationszone, mit integrierter, überfluteter Unterkühlungszone und mit untenliegender Wasserkammer, wobei die Enthitzungszone und die Unterkühlungszone mit je einer Abdeckung gegen die Kondensationszone abgeschirmt sind.
    • Stand der Technik
  • Ein solcher Vorwarmer ist bekannt aus dem Fachartikel "The effect of condensate reheat on mean temperature difference in feedwater heater subcooling zones", publiziert in der Literaturstelle "Transactions of the ASME", Oktober 1957, Seiten 1494-1500, Fig. 3a.
  • Bei derartigen Vorwärmern mit integrierter und überfluteter Unterkühlungszone kann in keinem Betriebsfall Dampf aus der Kondensationszone in die Unterkühlungszone gelangen. Dennoch müssen die wärmeübertragenden Zonen mit grösster Sorgfalt gestaltet werden, denn auch äussere und innere Leckagen sind zu minimieren. So wird durch entsprechend dicke Abschlussschikanen des Unterkühlers, durch kleine strömungsbedingte Druckverluste in der Eintrittspartie und durch kleine Ringspalte das Eindringen von Kondensatströmen in die Unterkühlungszone klein gehalten. Innere Leckagen werden minimiert durch dicht an den Unterkühlermantel angeschweisste Schikanen und durch kleine Ringspalte an den Rohrdurchführungen.
  • Bei dieser Art von Vorwärmern bildet die Überflutungshöhe des Unterkühlers eine Druckreserve, die das Wiederverdampfen des Kondensates erschwert. Die Überflutung wird durch eine entsprechende Auslegung der Kondensat-Abflussregulierung und des Niveau-Regelbereiches sichergestellt. Hierbei muss sich das höchste geregelte Kondenatniveau unterhalb der Abschlussschikane des Enthitzers befinden, damit kein Kondensat in die Enthitzungszone zurückströmen kann.
  • Andererseits kommt der richtigen Dimensionierung der Enthitzungszone ebenfalls grösste Bedeutung zu. Der überhitzte Anzapfdampf wird im Enthitzer mit einer bestimmten Geschwindigkeit im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom zum Speisewasser geführt. Solange die Aussenwandungen der vom überhitzten Dampf beaufschlagten Rohre trocken ist, erfolgt der dampfseitige Wärmeübergang zum Rohr auf konvektivem Wege. Bei zu gross dimensionierter Enthitzungszone kann die Kondensation bereits an einer Stelle einsetzen, bei welcher die Rohraussenwand die örtliche Sättigungstemperatur erreicht. In diesem Fall gelten für den dampfseitigen Wärmeübergang zum Rohr die Gesetze der Kondensation und es ist mit Erosion-Korrosion zu rechnen. Aus Gründen der Betriebsicherheit muss dieser Zustand über dem ganzen Lastbereich des Apparates vermieden werden.
  • Bedingt durch die oben erwähnte notwendige Höhendifferenz zwischen Abschlussschikane der Enthitzungszone und höchstmöglichem Überflutungsniveau oberhalb der Unterkühlungszone kann es folglich zu einer Fehldimensionierung der Enthitzungszone kommen. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass beispielsweise die Unterkühlungszone vergrössert werden muss, um die Kondensataustrittstemperatur und damit auch den Dampfstrom zu senken. Eine solche Auslegung führt in der Regel zu einer Unterkühlungszone, die mittels Schikanen in mehrere Kammern unterteilt ist und somit eine grössere Höhe in Längsrichtung des Apparates aufweist.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, bei einem Dreizonen-Speisewasservorwärmer der eingangs genannten Art Massnahmen zu schaffen, durch welche das Auftreten von Kondensationskernen in der Enthitzungszone mit Sicherheit vermieden wird.
  • Erfindungsgemäss wird dies dadurch ereicht, dass in der Enthitzungszone eine nicht vom Dampf durchströmte Kammer um das Rohrbündel herum angeordnet ist.
  • Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere in der Einfachheit der neuen Massnahme zu sehen. Dem Konstrukteur bleibt es überlassen, das derart geschaffene strömungstechnisch und damit auch wärmetechnisch inaktive Volumen beliebig in die Enthitzungszone zu integrieren, gegebenenfalls in mehrere Kammern zu unterteilen.
  • Es ist besonders zweckmässig, wenn sowohl der Deckel als der Boden der Kammer aus Rohr-Stützplatten gebildet sind. Entsprechend der Schikanierung der Enthitzungszone müssen dann zur Bildung der Kammer nur noch die beteiligten Stützplatten mit einem einfachen Blech ummantelt werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig.1
    einen Teillängsschnitt durch einen Speisewasservorwärmer;
    Fig.2
    einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig.1
    Fig.3
    einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig.1
  • Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigte. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.
    • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Der Hochdruck-Speisewasservorwärmer der stehenden Bauart ist mit einem Aussenmantel 1 umkleidet, an dessen unterem Ende einander gegenüberliegend je eine Dampfeinlassöffnung 2 und eine Kondensatauslassöffnung 3 angeordnet sind. Im linken Teil des Apparates ist eine Enthitzungszone 4 vorgesehen. Diese ist nach oben zur Kondensationszone 5 hin mit einer Abdeckung 6 in Form einer Abschlussschikane versehen. Das Innere der Enthitzungszone 4 ist schikaniert mittels Dampfleitblechen 7, 7' und 7'', welche gleichzeitig die Funktion als Rohrstützplatten ausüben.
  • Das obere Ende der Enthitzungszone 4 mündet in einen Dampfverteilungsschacht 8, welcher durch Abschlusswände 17 begrenzt ist. Dieser Schacht verläuft zentral zwischen einem U-förmigen Rohrbündel, dessen beide Schenkel einen rechten kalten Rohrbündelteil 9 und einen linken warmen Rohrbündelteil 10 bilden. Der Schacht ist so angeordnet, dass seine einander gegenüberliegenden Längsöffnungen als Dampfaustritt wirken. Diese Längsöffnungen sind mit gelochten Abdeckblechen 12 versehen, welche einerseits in der Schachtebene Dampfaustrittsöffnungen 11 und andererseits in der Ebene der berohrten Zone Bedampfungslöcher 13 aufweisen. Im zentralen Raum in den Rohrbündelteilen 9 und 10 ist je ein Entlüftungskanal 15 ausgespart, in welchem ein Entlüftungsrohr 14 geführt ist. In der Kondensationszone 5 sind Rohrabstützungen 16 so angeordnet, dass das anfallende Kondensat nach unten rieseln kann.
  • Im rechten Teil des Apparates ist eine schikanierte Unterkühlungszone 18 vorgesehen. Die als Rohrstützplatten wirkenden Schikanen 19 unterteilen die Unterkühlungszone in mehrere Kammern und zwingen das Kondensat zu einer Kreuz-Gegenströmung zum Speisewasser, welches in den Rohren des Rohrbündels strömt. Diese Unterkühlungszone ist nach oben zur Kondensationszone 5 hin ebenfalls mit einer Abdeckung 20 in Form einer Abschlussschikane versehen. In der nicht dargestellten Kondensatabflussleitung ist ein Regelorgan 21 angeordnet, mit dem der Abflussstrom reguliert wird. Oberhalb der Abschlussschikane 20 ist das Überflutungsniveau des Kondensates mit 22 angegeben. 29 bezeichnet den Niveau-Regelbereich.
  • Das kalte Rohrbündelteil 9 mündet an der Unterseite des Vorwärmers über einen Rohrboden 26 in eine Sammelkammer 27, durch welche das Speisewasser von unten nach oben in die Rohre hineinströmt. Nach der Aufheizung wird das Speisewasser über die Sammelkammer 28, in welche der warme Schenkel 10 des Rorbündels mündet, aus dem Apparat abgeführt.
  • Soweit sind Drei-Zonen-Speisewasservorwärmer bekannt. Es kann nunmehr vorkommen, dass gemäss Spezifikationen des Betreibers die Kondensataustrittstemperatur auf ein besonders tiefes Niveu gesenkt werden muss, damit unter anderem die angesaugte Dampfmenge reduziert werden kann. Eine Senkung der Kondensataustrittstemperatur führt zu einer Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche in der Unterkühlungszone. Bei gegebenem Aussendurchmesser des Apparates bedeutet dies eine Vergrösserung der Unterkühlungszone in Längsrichtung des Apparates, also in der Höhe. Um nun die Bedingung zu erfüllen, dass das höchstmögliche Überflutungsniveau auf jeden Fall unterhalb der Abschlussschikane im Enthitzer liegen muss, führt dies zwangsläufig auch zu einer Anhebung dieser Abschlussschikane und damit zu einer unerwünschten Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche in der Enthitzungszone, sofern nicht Gegenmassnahmen getroffen werden.
  • Hier setzt nun die Erfindung ein: Um die Wärmeaustauschfläche in der Enthitzungszone trotz erhöhtem Gesamtvolumen auf ein erträgliches Mass zu reduzieren, wird darin eine wärmetechnisch inaktive Zone geschaffen. Am einfachsten geschieht dies dadurch, dass innerhalb der Enthitzungszone eine vom Dampf nichtdurchströmte Kammer 23 um das warme Rohrbündelteil 10 vorgesehen wird. Gemäss dargestelltem Ausführungsbeispiel können hierzu die Dampfleitbleche 7' und 7'' benutzt werden. Diese an einer Seite ohnehin mit der Trennwand 30 zwischen Enthitzungszone und Unterkühlungszone verschweissten Platten bilden dabei den Deckel und den Boden der Kammer 23. Sie werden mit einem einfachen Blech 24 ummmantelt, wodurch ein geschlossener, nicht vom Dampf beaufschlagter Raum entsteht. Entsprechend der Aussenkontur der Platten 7' und 7'' kann dieses Blech 24 von nahezu halbzylindrischer oder aber von mehreckiger Form sein.
  • Es versteht sich, dass beispielsweise bei mehrfach schikanierter Enthitzungszone die Stützplatten 7' und 7'' genau so gut am Aussenmantel 25 des Enthitzers anschlagen könnten mit entsprechender Anpassung des Bleches 24 im halbzylindrischen Innenraum der Enthitzungszone.
  • Die Betriebsweise des 3-Zonen-Apparates wird nachstehend erläutert: Durch die Dampfeinlassöffnung 2 tritt überhitzter Dampf in die Enthitzungszone 4 ein, umströmt das darin angeordnete Dampfleitblech 7 sowie die Kammer 23 und gelangt unmittelbar in den Dampfverteilumngsschacht 8, welcher von unten nach oben durchströmt wird. Aus den einander gegenüberliegenden Dampfaustrittsöffnungen 11 in den Abdeckblechen 12 tritt der Dampf unmittelbar in den Ringraum der Kondensationszone 5 ein und verteilt sich darin. Mit vergleichsweiser geringer Geschwindigkeit trifft er gemäss Pfeilrichtung in Fig.2 auf die Kondensationsfläche der Rohrbündel 9, 10 und durchströmt die Bündel radial von aussen nach innen. Nach Wärmeabgabe und Kondensation des Heizdampfes fliesst das Kondensat abwärts und sammelt sich oberhalb der Unterkühlungszone, wobei das Niveau des den Unterkühler überfutenden Kondensates auf das jeweils gewünschte Mass eingeregelt ist. Durch die Entlüftungsrohre 14 innerhalb der Rohrbündel 9 und 10 werden Luft und nichtkondensierbare Gase nach abgeschlossenener Kondensation abgezogen.
  • Das Speisewasser in den Rohren wird in einem dreistufigen Vorgang zunächst in der Unterkühlungszone 18, danach in der Kondensationszone 5 und schliesslich in der Enthitzungszone 4 vorgewärmt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aussenmantel
    2
    Dampfeinlassöffnung
    3
    Kondensatauslassöffnung
    4
    Enthitzungszone
    5
    Kondensationszone
    6
    Abdeckung
    7,7',7''
    Dampfleitblech
    8
    Dampfverteilungsschacht
    9
    kaltes Rohrbündelteil
    10
    warmes Rohrbündelteil
    11
    Dampfaustrittsöffnung
    12
    Abdeckblech
    13
    Bedampfungsloch
    14
    Entlüftungsrohr
    15
    Entlüftungskanal
    16
    Rohrabstützung
    17
    Abschlusswand
    18
    Unterkühlungszone
    19
    Schikane
    20
    Abdeckung
    21
    Regelorgan
    22
    Überflutungsniveau
    23
    Kammer
    24
    Blech
    25
    Aussenmantel
    26
    Rohrboden
    27
    Sammelkammer
    28
    Sammelkammer
    29
    Niveau-Regelbereich
    30
    Trennwand

Claims (2)

  1. Regenerativer Hochdruck-Speisewasservorwärmer der stehenden Bauart mit U-förmigem Rohrbündel (9, 10), mit eingebauter Enthitzungszone (4), mit kondensationszone (5), mit integrierter, überfluteter Unterkühlungszone (18) und mit untenliegender Wasserkammer (27, 28), wobei die Enthitzungszone und die Unterkühlungszone mit je einer Abdeckung (6 respektiv 20) gegen die Kondensationszone (5) abgeschirmt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Enthitzungszone (4) eine nicht vom Dampf durchströmte Kammer (23) um das Rohrbündel (10) herum angeordnet ist.
  2. Regenerativer Kochdruck-Speisewasservorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Deckel als auch der Boden der Kammer (23) aus Rohr-Stützplatten (7', 7'') gebidet sind, welche mit einem Blech (24) ummantelt sind.
EP92105389A 1991-04-15 1992-03-28 Hochdruck-Speisewasservorwärmer Expired - Lifetime EP0509298B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1117/91 1991-04-15
CH1117/91A CH682692A5 (de) 1991-04-15 1991-04-15 Hochdruck-Speisewasservorwärmer.

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Publication Number Publication Date
EP0509298A1 EP0509298A1 (de) 1992-10-21
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CH (1) CH682692A5 (de)
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489645C1 (ru) * 2011-12-27 2013-08-10 Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") Пароводяной подогреватель

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AU654536B2 (en) 1994-11-10
ATE123129T1 (de) 1995-06-15
DE59202292D1 (de) 1995-06-29
AU1404792A (en) 1992-10-22

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