EP0939288A1 - Kondensationssystem - Google Patents

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Publication number
EP0939288A1
EP0939288A1 EP98810150A EP98810150A EP0939288A1 EP 0939288 A1 EP0939288 A1 EP 0939288A1 EP 98810150 A EP98810150 A EP 98810150A EP 98810150 A EP98810150 A EP 98810150A EP 0939288 A1 EP0939288 A1 EP 0939288A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
condenser
mixing
water
steam
condensate
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.)
Withdrawn
Application number
EP98810150A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mustafa Dr. Youssef
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
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
Priority to EP98810150A priority Critical patent/EP0939288A1/de
Priority to US09/255,711 priority patent/US6233941B1/en
Priority to HU9900470A priority patent/HU222391B1/hu
Publication of EP0939288A1 publication Critical patent/EP0939288A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B5/00—Condensers employing a combination of the methods covered by main groups F28B1/00 and F28B3/00; Other condensers

Definitions

  • the invention relates to a system for the condensation of turbine exhaust gas with a Condenser system and a cooling system, two in the condenser system different condensation principles are combined and two in the cooling system Cooling types, a circulation cooling or a circulation / continuous cooling, with the Capacitor system are connected.
  • Water-cooled surface condensers are characterized by a large number of cooling pipes through which cooling water flows, into which the water is directed through large water chambers and on which the steam that flows from a turbine is deposited.
  • This type of condenser however, the production of the cooling pipes and water chambers is complex.
  • Surface condensers are now realized with continuous cooling or with circulation cooling, for example with a wet or dry cooling tower. In continuous cooling, the water of a natural body of water is used as a coolant for condensers in an open circuit. This type of cooling is used in locations where such fresh water is available in sufficient quantities at a reasonable cost.
  • cooling towers and wet cooling towers, the coolant being cooled in the first in an open and air-accessible system and in the latter in a closed, air-inaccessible system.
  • Wet cooling towers are efficient due to the favorable heat transfer between water and air, the heat transferred leads to evaporation of approx. 1 to 2% of the water flow.
  • they have the well-known disadvantage that evaporation creates fog, freezing rain and shadows, which are becoming less and less accepted in residential and agricultural regions.
  • the evaporated water must be replaced by fresh water.
  • Dry cooling towers have the advantage of not causing such fog, but they are less powerful than wet cooling towers and require additional and complex cooling surfaces in the cooling tower.
  • cooling towers realized today are the wet-dry cooling towers, also known as hybrid cooling towers, as are described, for example, in DE 24 52 123 and in "Cutting the fog", The Chemical Engineer, October 29, 1992. These meet in particular the requirements of environmental protection and the reduction of water loss, avoiding fog, freezing rain and shadows caused by the fog.
  • the cooling water of a surface condenser is cooled in two cycles, with a dry cooling tower part and with a wet cooling tower part.
  • dry cooling the cooling water is led through finned heat exchange tubes, whereby the air in the dry part of the cooling tower is heated by convective heat transfer. With wet cooling, the air heats up in direct contact between air and water.
  • Evaporation of the water increases the humidity and creates air saturated with water. This saturated air mixes with the warm, dry air of the dry part of the cooling tower, resulting in a humid air flow and no more fog. In order to reduce the humidity of the wet air to a practical value, approximately 20% of the heat has to be given off in dry cooling.
  • the advantages of both cooling processes can be combined in the hybrid cooling towers, namely the high cooling capacity of the wet process and the absence of steam due to the dry process.
  • the degree of hybridization can be varied depending on the weather by bypassing the cooling water between the dry and wet part to optimize the final humidity of the air mixture.
  • a condensation system also called a Heller system, is, for example, in L. Heller and L.
  • the system has the disadvantage that a complex heating surface is required in the dry cooling tower.
  • this area is larger compared to a system with the same output with surface condenser and wet cooling tower, since the heat transfer to the air is poorer.
  • a condensation system which is inexpensive to manufacture while maintaining the advantages of the systems mentioned and at the same time achieves a performance gain for the turbine by reducing the condenser pressure.
  • This object is achieved by a condensation system according to the preamble of claim 1, which has a surface condenser and a mixed condenser in its condenser system, the two condensers working in combination and the condenser coolants passing through separate cooling circuits in the cooling system.
  • the two condensers of the system are housed in a single, common housing in which both types of condensation take place, those on the surface of cooling pipes and those on their own sprayed condensate.
  • the two capacitors are each arranged in a separate, separate housing.
  • the steam is fed to the housings of the surface condenser and the mixing condenser via a common turbine exhaust connection.
  • the condenser system is connected in two separate circulation circuits via circulation lines to a wet-dry or hybrid cooling tower, with the cooling water of the surface condenser in the wet part being evaporatively cooled by evaporation and the condensate of the mixing condenser in the dry part of the hybrid cooling tower.
  • the main advantage of this condensation system is the use of a mixed condenser as part of the condenser system together with a surface condenser instead of a single surface condenser.
  • This system uses the opportunity to build a mixing condenser for the dry part of a hybrid cooling tower, where the coolant is inaccessible to the air. This results in savings in material and manufacturing costs.
  • the total cost of a surface condenser is largely determined by the cost of tubing, support plates for the pipes and water chambers.
  • the tubular heating surface, support plates and water chambers can be reduced, for example, by up to 50%, whereby an estimated 35% of the total costs of the condenser system can be saved.
  • the overall cost of the system can be further reduced by reducing the volume of the mixing condenser with the same output.
  • the condensate is not sprayed as drops in the mixing condenser but is distributed as a very thin and turbulent water film.
  • the heat transfer on a film of this type achieves a multiple of the heat transfer on drops, so that the same performance can be achieved in a smaller volume.
  • the use of a mixed capacitor has the advantage that the degree of roughness of the mixed capacitor part reaches zero.
  • the reduction in the degree of roughness also causes a reduction in the condenser pressure, as a result of which the turbine gains power.
  • FIG 1 is a system for condensing the exhaust steam of a low pressure turbine 20 shown.
  • This has a capacitor system 25 in which two capacitors, a surface capacitor 30 combined with a mixed capacitor 35 in one common housing with a common condensate collector (Hotwell) 31 are arranged.
  • the steam from the low pressure turbine 20 flows over one Evaporating nozzle 21 in the housing of the condenser system 25.
  • There it condenses in the surface condenser 30 on cooling tubes which are in tube bundle 1 are summarized, and in the mixing condenser 35 on sprayed condensate.
  • the mixed condenser part of the combined condenser system according to the invention is connected to a dry cooling tower and the surface condenser part is connected to continuous cooling with cooling water from a natural body of water.
  • the surface condenser part is connected to a separate wet cooling tower and the mixed condenser part is connected to a separate dry cooling tower.
  • the exhaust air from the two cooling towers is brought together and mixed via pipes, which reduces the moisture and avoids fog.
  • the condensate is freed of non-condensable gases (air) as far as possible. In surface condensers, this is achieved, for example, as shown in FIG.
  • the mixing condenser 35 is equipped with an internal degasser 23. This is arranged in the mixing condenser 35 in a kind of cabin, which is formed by flat partition walls 24 and the housing wall of the mixing condenser 35, the rear partition wall being indicated by a dashed line.
  • the degasser 23 has spray nozzles 26 from which a partial flow of the cooling condensate is sprayed via a packing or internals 34.
  • the steam flows through an opening in the upper region of the partition walls 24 from below and upwards in the same counter-current to the condensate flow.
  • the vent is arranged between the two cocurrent and countercurrent columns, as is known from EP 0 461 515.
  • the make-up water can also be introduced into the degasser 23, so that only one degasser is built in the mixing condenser space.
  • the mixed condenser 35 likewise has an internal degasser 23.
  • the degasser 23 and the packing 34 arranged therein are preferably cylindrical.
  • the degassing takes place in a manner similar to that in FIG. 3.
  • a steam line leads from the surface condenser 30 to the degasser 23, whereby the steam flows in countercurrent to the condensate flow.
  • the condensate is conducted via a connecting line 46 from the degasser 23 to the hotwell 31 of the surface condenser 30.
  • An additional water degasser can, for example, be integrated in the second mixing condenser room.
  • the vapor-air mixture of the mixing condenser and its internal degasser is supplied to the venting condenser 15. This is attached to the mixing capacitor 35, but can also be integrated within the housing.
  • the steam-air mixture flows via several different lines into the venting condenser 15, via line 17 from the additional water degasser 28, via line 36 of the mixing condenser and via line 37 from the degasser 23 of the mixing condenser.
  • the majority of the steam is deposited there on condensate, which is sprayed by spray nozzles 18.
  • the spray nozzles 18 are fed via a line 9 with bypass condensate from the circulation line of the dry cooling 33.
  • the non-condensable gases are sucked away by a steam / gas mixture from the venting condenser 15 via a suction pipe 8.
  • the level of the condensate level in the vent condenser is held by a siphon that leads from the vent condenser into the mixing condenser.
  • the resulting condensate from both condensers runs down into a condensate collecting vessel 31, of which it is supplied partly to the cooling circuit via the circulation pump 6 and partly to the water-steam circuit (not shown) via the feed water pump 10.
  • the Hotwell 31 has a weir 39 for the purpose of separating the high-quality condensate from the surface condenser 30 and the degasser 23 for the water-steam circuit and the condensate of inferior quality from the mixing condenser and additional water degasser.
  • the level of the condensate for the water-steam circuit is regulated by a conventional control valve (not shown) after the pump 10 and by an overflow option into or out of the condensate of the mixing condenser and additional water degasser.

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Abstract

Ein Kondensationssystem zur Kondensation von Turbinenabdampfes weist eine Kondensatoranlage (25) auf, in der ein Oberflächenkondensator (30) und ein Mischkondensator (35) in Kombination arbeiten. Die beiden Kondensatoren (30,35) sind dabei entweder in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse oder je in einem separaten Gehäuse angeordnet. Die Kondensatoranlage (25) ist gemäss einer Ausführung in einer Umlaufschaltung für die Kühlmittel mit einem Nass-Trocken-Kühlturm oder Hybridkühlturm (40) verbunden. Das Kühlwasser des Oberflächenkondensators (30) wird dabei im Nassteil (42) und das Kühlkondensat des Mischkondensators (35) im Trockenteil (41) des Hybridkühlturms (40) rückgekühlt. Das erfindungsgemässe Kondensationssystem hat die Vorteile, dass die Herstellungskosten der Kondensatoranlage (25) durch Einsparung von Rohrheizfläche reduziert sind, die Leistung der Turbine (20) durch Reduktion des Kondensatordrucks erhöht wird, keine Nebelschwaden durch den Hybridkühlturm (40) verursacht werden und eine geringere Menge an Zusatzkühlwasser erforderlich ist. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein System zur Kondensation von Turbinenabdampf mit einer Kondensatoranlage und einer Kühlanlage, wobei in der Kondensatoranlage zwei verschiedene Kondensationsprinzipien kombiniert sind und in der Kühlanlage zwei Kühlungsarten, eine Umlaufkühlung oder eine Umlauf-/Durchlaufkühlung, mit der Kondensatoranlage verbunden sind.
Stand der Technik
Unter den Kondensatoranlagen sind verschiedene Typen bekannt, wie zum Beispiel wassergekühlte Oberflächenkondensatoren und Misch- oder Einspritzkondensatoren. Wassergekühlte Oberflächenkondensatoren zeichnen sich durch eine Vielzahl, von Kühlwasser durchflossene Kühlrohre aus, in die das Wasser über grosse Wasserkammern geleitet wird und an denen von einer Turbine herströmender Abdampf niedergeschlagen wird. Bei diesem Typ Kondensator ist jedoch die Herstellung der Kühlrohre und Wasserkammern aufwendig. Oberflächenkondensatoren werden heute mit Durchlaufkühlung oder mit einer Umlaufkühlung zum Beispiel mit einem Nass- oder Trockenkühlturm realisiert. In Durchlaufkühlungen wird in einer offenen Schaltung das Wasser eines natürlichen Gewässers als Kühlmittel für Kondensatoren verwendet. Diese Art Kühlung wird an Standorten angewendet, wo solches Frischwasser in genügend grossen Mengen zu vertretbaren Kosten vorhanden ist. Dabei sind auch die Einflüsse auf die Umwelt wie z.B. die Erwärmung von Flusswasser zu berücksichtigen. Durchlaufkühlung ist auch nur für jene Kondensatoren wie zum Beispiel Oberflächenkondensatoren anwendbar, bei denen das Kühlmittel mit dem Turbinendampf nicht in direkten Kontakt kommt.
Ist Frischwasser nicht in genügender Menge vorhanden oder aus Umweltschutzgründen kein günstiges Kühlmittel, werden verschiedene Umlaufschaltungen mit Rückkühlung des Kühlmittels angewendet. In einer Umlaufschaltung durchfliesst das Kühlmittel die Kondensatoranlage, in der es sich durch die Kondensation von Turbinenabdampf erwärmt und wird sodann zur Rückkühlung einem Kühlturm zugeführt und schliesslich zum Kondensator zurückgepumpt. Unter den Kühltürmen unterscheidet man Nasskühltürme und Trockenkühltürme, wobei das Kühlmittel bei den ersten in einem offenen und der Luft zugänglichen System und bei letzteren in einem geschlossen, der Luft unzugänglichen System gekühlt wird. Nasskühltürme sind durch den günstigen Wärmeübergang zwischen Wasser und Luft leistungsfähig, die übertragene Wärme zu einer Verdunstung von ca. 1 bis 2% des Wasserstroms führt. Sie haben jedoch den bekannten Nachteil, dass sie durch die Verdunstung Nebelschwaden, Eisregen und Schatten verursachen, die in Wohn- und Landwirtschaftsregionen immer weniger akzeptiert werden. Ferner muss das verdunstete Wasser durch Frischwasser ersetzt werden. Trockenkühltürme haben den Vorteil, solche Nebelschwaden nicht zu verursachen, sind aber im Vergleich zu Nasskühltürmen weniger leistungsfähig und erfordern im Kühlturm zusätzliche und aufwendige Kühlfläche.
Weitere heute realisierte Kühltürme sind die Nass-Trocken-Kühltürme, auch unter Hybridkühltürme bekannt, wie sie zum Beispiel in der DE 24 52 123 und in "Cutting the fog", The Chemical Engineer, 29 October 1992, beschrieben sind. Diese kommen insbesondere den Forderungen des Umweltschutzes und der Reduktion des Wasserverlustes nach, Nebelschwaden, Eisregen und durch die Nebelschwaden verursachte Schatten zu vermeiden. Hierzu wird das Kühlwasser eines Oberflächenkondensators in zwei Umläufen gekühlt, mit einem trockenen Kühlturmteil und mit einem nassen Kühlturmteil. Bei der Trockenkühlung wird das Kühlwasser durch berippte Wärmetauschrohre geführt, wodurch sich die Luft des trockenen Kühlturmteils durch konvektive Wärmeübertragung erwärmt. Bei der Nasskühlung erwärmt sich die Luft in direktem Kontakt zwischen Luft und Wasser. Durch Verdunstung des Wassers erhöht sich die Luftfeuchtigkeit und es entsteht mit Wasser gesättigte Luft. Diese gesättigte Luft mischt sich mit der warmen Trockenluft des trockenen Kühlturmteils, sodass ein feuchter Luftstrom sich ergibt und keine Nebelschwaden mehr entstehen. Um die Feuchtigkeit der nassen Luft auf einen praktischen Wert zu reduzieren, muss ungefähr 20% der Wärme bei der Trockenkühlung abgegeben werden. In den Hybridkühltürmen können die Vorteile beider Kühlverfahren vereinigt werden, nämlich die hohe Kühlleistung des nassen Verfahrens und die Schwadenfreiheit durch das trockene Verfahren. Der Grad der Hybridisierung kann dabei je nach Witterung durch einen Bypass des Kühlwassers zwischen Trocken- und Nassteil variiert werden, um die Endfeuchtigkeit der Luftmischung zu optimieren.
Ein Kondensationssystem, auch Heller-System genannt, ist zum Beispiel in L. Heller und L. Forgo, "Betriebserfahrungen und weitere Entwicklungsergebnisse mit dem Heller-System bei Luftkondensation für Kraftwerke", Energietechnik 13, Dezember 1963 oder Grosse Kraftwerke, Dritter Band, Springer Verlag 1968 beschrieben. Hier wird der Turbinenabdampf in einem Mischkondensator durch eigenes Kondensat kondensiert, wovon ein Teil des Kondensats dem Wasser-Dampf-Kreislauf und der übrige Teil einem Kühlumlauf mit einem Trockenkühlturm zugeführt wird. Einer der Vorteile eines Mischkondensators gegenüber einem Oberflächenkondensator ist seine sehr niedrige oder gar Null-Grädigkeit, wodurch der Kondensatordruck gesenkt und die Turbinenleistung erhöht wird. Ferner ist dieser Typ Kondensator günstiger in der Herstellung, da die teure Berohrung im Kondensator und die Wasserkammern wegfallen. Schliesslich entstehen im Trockenkühlturm keine Wasserverluste. Das System hat jedoch den Nachteil, dass eine aufwendige Heizfläche im Trockenkühlturm erforderlich ist. Insbesondere ist diese Fläche grösser im Vergleich zu einem System gleicher Leistung mit Oberflächenkondensator und Nasskühlturm, da der Wärmeübergang an die Luft schlechter ist.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kondensationssystem zu schaffen, das unter Beibehaltung der Vorteile der erwähnten Systeme in seiner Herstellung kostengünstig ist und zugleich durch Reduktion des Kondensatordrucks einen Leistungsgewinn der Turbine erzielt. Diese Aufgabe wird durch ein Kondensationssystem gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, das in seiner Kondensatoranlage einen Oberflächenkondensator und einen Mischkondensator aufweist, wobei die beiden Kondensatoren in Kombination arbeiten und die Kondensatorkühlmittel getrennte Kühlschaltungen in der Kühlanlage durchlaufen.
In einer ersten Ausführung sind die beiden Kondensatoren der Anlage in einem einzigen, gemeinsamen Gehäuse untergebracht, in dem beide Arten von Kondensation stattfinden, jene an der Oberfläche von Kühlrohren und jene an eigenem versprühten Kondensat. In einer zweiten Ausführung sind die beiden Kondensatoren je in einem separaten, eigenen Gehäuse angeordnet. Der Dampf wird dabei über einen gemeinsamen Turbinenabdampfstutzen zu den Gehäusen des Oberflächenkondensators und Mischkondensators geführt.
Die Kondensatoranlage ist in zwei separaten Umlaufschaltungen über Umlaufleitungen mit einem Nass-Trocken- oder Hybridkühlturm verbunden, wobei das Kühlwasser des Oberflächenkondensators im nassen Teil durch Verdunstung und das Kondensat des Mischkondensators im trockenen Teil des Hybridkühlturms konvektiv rückgekühlt wird.
Der Hauptvorteil dieses Kondensationssystems liegt in der Verwendung eines Mischkondensators als Teil der Kondensatoranlage zusammen mit einem Oberflächenkondensator anstelle eines einzigen Oberflächenkondensators. In diesem System wird die Gelegenheit genutzt, für den Trockenteil eines Hybridkühlturms, bei dem das Kühlmittel der Luft unzugänglich ist, einen Mischkondensator zu bauen. Hieraus resultiert eine Einsparung von Material und Fabrikationsaufwand. Die Gesamtkosten eines Oberflächenkondensators werden zu einem Grossteil durch die Kosten der Berohrung, Stützplatten für die Rohre und Wasserkammern bestimmt. Durch die Verwendung eines Mischkondensatorteils in der erfindungsgemässen Anlage können die Rohrheizfläche, Stützplatten und Wasserkammern zum Beispiel bis zu 50% reduziert werden, wodurch schätzungsweise 35% der Gesamtkosten der Kondensatoranlage eingespart werden können. Die Gesamtkosten der Anlage können noch weiter gesenkt werden, indem das Volumen des Mischkondensators bei gleicher Leistung reduziert wird. Dies ist möglich, wenn im Mischkondensator das Kondensat nicht als Tropfen versprüht sondern als sehr dünner und turbulenter Wasserfilm verteilt wird. Die Wärmeübertragung an einem Film dieser Art erreicht ein Mehrfaches der Wärmeübertragung an Tropfen, sodass die gleiche Leistung in einem kleineren Volumen erreicht werden kann. Schliesslich erbringt die Verwendung eines Mischkondensators den Vorteil, dass die Grädigkeit des Mischkondensatorteils den Nullwert erreicht. Die Reduzierung der Grädigkeit bewirkt zugleich eine Senkung des Kondensatordrucks, wodurch ein Leistungsgewinn der Turbine erzielt wird.
Die Vorteile eines Hybridkühlturmes in Bezug auf die Umwelt, wie zum Beispiel die Vermeidung von Nebelschwaden, werden beim erfindungsgemässen Kondensationssystem beibehalten. Auch das Erfordernis von weniger frischem Zusatzkühlwasser im Vergleich zu reinen Nasskühltürmen bleibt erhalten, da nur ein Teil des Kühlwassers der gesamten Kondensatoranlage im Nassverfahren gekühlt wird.
Ein Bypass zwischen dem Nass- und Trockenkühlkreislauf zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit am Kühlturmaustritt ist in diesem System nicht möglich. Eine solche Regulierung ist jedoch nicht nötig, da der Wärmefluss der Trockenkühlung bis zu 50% betragen kann und die Feuchtigkeit der austretenden Luftmischung bei allen Betriebslasten und Jahreszeiten weit vom gesättigten Bereich entfernt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
  • Figur 1: Ein Kondensationssystem mit einer Kondensatoranlage mit zwei kombinierten Kondensatortypen in einem einzigen Gehäuse angeordnet und mit einer Hybridkühlanlage geschaltet,
  • Figur 2: Eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Kondensationssystems mit einem Oberflächenkondensator und einem Mischkondensator in separaten Gehäusen angeordnet,
  • Figur 3: Eine Ansicht und eine Seitenansicht einer kombinierten Kondensatoranlage mit einem Entlüftungskondensator und internen Entgasern für Kühlkondensat und Zusatzwasser.
    • Weg der Ausführung der Erfindung
    In Figur 1 ist ein System zur Kondensation des Abdampfes einer Niederdruckturbine 20 gezeigt. Diese weist eine Kondensatoranlage 25 auf, in der zwei Kondensatoren, ein Oberflächenkondensator 30 kombiniert mit einem Mischkondensator 35 in einem gemeinsamen Gehäuse mit einem gemeinsamen Kondensatsammelgefäss (Hotwell) 31 angeordnet sind. Der Dampf von der Niederdruckturbine 20 strömt über einen Abdampfstutzen 21 in das Gehäuse der Kondensatoranlage 25. Dort kondensiert er im Oberflächenkondensator 30 an Kühlrohren, die in Rohrbündel 1 zusammengefasst sind, und im Mischkondensator 35 an versprühtem Kondensat.
    Gemäss den Pfeilrichtungen strömt ein Teil des Dampfes in die Strömungsgassen um und in die Rohrbündel 1 und ein weiterer Teil um ein Strömungsführungsblech 14 herum in den Mischkondensatorteil 35. Das Blech 14 bewirkt, dass der Dampf im Bereich der Sprühdüsen 2 des Mischkondensators 35 von unten nach oben im Gegen-Kreuzstrom zum Sprühregen des Kondensats strömt. Durch die Umlenkung des Dampfstroms wird einerseits im Idealfall ein Gegenstrom zum Kondensatstrom bewirkt anderseits aber auch ein Druckverlust verursacht, der minimiert werden soll. Um die Strömungsverhältnisse im Mischkondensator zu optimieren bei gleichzeitiger Minimierung des Druckverlusts wird zum Beispiel mittels einem oder mehreren schrägen oder gekrümmten Blechen die Strömung geführt.
    Diese Bleche 14 haben insbesondere die Funktion die Entgasung des Kondensats im Mischkondensator zu optimieren. Das herabfallende Kondensat verliert während des Herabregnens stets Sauerstoff und andere Gase. Es ist dabei zu vermeiden, dass Dampf im Mischkondensator mit höherem Sauerstoffgehalt mit dem Hotwell in Berührung kommt, da sonst der Sauerstoff in das Hotwell gelangt und der Sauerstoffgehalt im Kondensat sich erhöht. Hierzu sind die Bleche 14 so angeordnet, dass der von der Turbine heranströmende neue Abdampf, der einen niederen Sauerstoffgehalt besitzt, direkt zum Hotwell 31 hinuntergeführt wird und über der Kondensatoberfläche im Hotwell 31 ein Polster von neuem Abdampf bildet, der mit dem Kondensat noch nicht Berührung gekommen ist. Der Dampf mit höherem Sauerstoffgehalt strömt vom Hotwell 31 weg nach oben. Um weiter eine Berührung zwischen dem Hotwell und dem Dampf im Mischkondensator zu minimieren, erstreckt sich das Hotwell 31 beispielsweise nur über den Boden des Oberflächenkondensators und nicht über den Boden des Mischkondensatorteils. Die Bleche 14 bewirken weiter, dass der Frischdampfstrom von möglichst weit unten her im Gegenstrom zum Kondensatstrom verläuft.
    Durch die Ersetzung eines Teils des Oberflächenkondensators durch einen Mischkondensator entfällt die Stützung des Gehäuses durch die Stützplatten der Rohrbündel. Massnahmen zur Stützung des Gehäuses der kombinierten Kondensatoranlage sind beispielsweise Rohre, Anker oder Bleche zwischen Stützplatten und Kondensatorwand.
    Die kombinierte Kondensatoranlage 25 ist über Umlaufleitungen 32, 33 mit einem Hybridkühlturm 40 geschaltet, in dem die Kühlmittel der Kondensatoranlage rückgekühlt werden. Das Kühlwasser für den Oberflächenkondensator 30 gelangt über nicht dargestellte Wasserkammern in die Rohre der Rohrbündel 1. Nach Durchfliessen der Kühlrohre wird es über eine Umlaufleitung 32 mithilfe einer Umlaufpumpe 5 zum Nassteil 42 des Hybridkühlturms 40 geleitet, wo es von Sprühdüsen 44 über eine Füllung oder einen Füllkörper 3 versprüht wird. Kühle Luft strömt gemäss der Pfeilrichtung durch Luftfilter 43 und Füllkörper 3, wobei das Wasser sich abkühlt, in ein Sammelgefäss fliesst und über die Pumpe 5 zum Oberflächenkondensator 30 zurückgepumpt wird.
    Der Mischkondensator 35 weist mehrere Sprühdüsen 2 oder Sprühventile auf, welche gekühltes Kondensat fast von Speisewasserqualität in den Dampfraum versprühen. Der Dampf von der Turbine kondensiert hier in direktem Kontakt mit dem kühlen Kondensat, wobei bei diesem Prozess eine Grädigkeit von ca. Null erreicht werden kann. Das versprühte Kondensat fällt zusammen mit dem neu gebildeten Kondensat in das Sammelgefäss 31. Von diesem führen zwei Leitungen weg, die eine zu einer Speisewasserpumpe 10, welche einen Anteil des Kondensats entsprechend des Abdampfstroms in den Wasser-Dampf-Kreislauf zurückführt, die andere zu einer Umlaufpumpe 6, welche den restlichen, grossen Kondensatstrom in einen geschlossenen, der Luft nicht zugänglichen Kühlumlauf führt. Durch die Umlaufpumpe 6 wird es über die Umlaufleitung 33 durch berippte Wärmetauscherrohre 4 geführt, wo es konvektiv Wärme an die Luft abgibt, die gemäss der Pfeilrichtung durch Luftfilter 43 und die Wirkung von Ventilatoren 45 oder durch natürlichen Luftzug an den Rohren vorbei nach oben fliesst und sich mit der Nassluft aus der Nasskühlung mischt. Das Kondensat gelangt nach Durchfliessen der Wärmetauscherrohre 4 über die Umlaufleitung 33 zurück in den Mischkondensator 35.
    In einem Kühlumlauf durch einen Nasskühlturm entstehen Wasserverluste durch Verdunstung. Etwa 1 bis 2% des zu kühlenden Stroms gehen verloren. Durch Ersetzen dieser Wassermengen steigt das Salzgehalt des Wassers. Durch die Beifügung von grösseren Mengen von frischem Zusatzwasser und Ableitung von Salzwasser wird einerseits das verdunstete Wasser ersetzt, andererseits der Salzgehalt im Kühlumlauf stabilisert. Am Hybridkühlturm 40 sind hierzu zwei Wasserleitungen 12, 13 angeordnet, wobei die eine für die Zufuhr von Frischwasser und die andere der Ableitung des salzigen Wassers dient. Pro Umlauf von Kühlwasser des Oberflachenkondensators wird eine Menge von frischem Zusatzwassser hinzugefügt, die ca. 5% der Kühlwassermenge des offenen Umlaufs entspricht. Im Vergleich beträgt die erforderliche Zusatzwassermenge einer Kondensationsanlage mit nur Oberflächenkondensator und Rückkühlung durch Nasskühlturm bis zu 5% der Gesamtmenge. Im erfindungsgemässen System reduziert sich diese Zusatzwassermenge entsprechend der Aufteilung der Kondensation auf Oberflächen- und Mischkondensator bis auf die Hälfte, da ein Teil der Kondensationsleistung durch den Mischkondensator übernommen wird und sein Kühlkondensat in einem geschlossenen, nahezu verlustlosen Umlauf fliesst. In einer weiteren Ausführung der Erfindung gemäss Figur 2 ist das Kondensationssystem gleich ausgelegt wie in Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, dass der Oberflächenkondensatorteil und der Mischkondensatorteil getrennt sind, indem jeder in einem eigenen Gehäuse untergebracht ist. Figur 2 zeigt diese Ausführung am Beispiel eines zylindrischen Oberflächenkondensators 30 und eines Mischkondensators 35, die über einen Abdampfstutzen mit der Turbine 20 verbunden sind. Anstelle eines Mischkondensators können auch mehrere Mischkondensatoren, wie in der Draufsicht gezeigt, angeordnet sein.
    In den Figuren sind nur zwei mögliche Ausführungen der Kombination von einem Oberflächen- und einem Mischkondensator gezeigt. Weitere denkbare Anordnungen sind zum Beispiel:
  • a) In der sogenannten Tischaufstellung ist die Kondensatoranlage unter der Turbine angeordnet und die Dampfströmung verläuft von der Turbine vertikal wie in Figur 1 und
    • der Mischkondensator ist in zwei Teile aufgeteilt, die beidseitig des Oberflächenkondensators angeordnet sind, oder
    • der Mischkondensator ist statt neben dem Oberflächenkondensator hinter diesem angeordnet.
  • b) In der sogenannten Bodenaufstellung (floor mounted) sind die Turbine und die Kondensatoranlage ebenerdig angeordnet und die Dampfströmung verläuft horizontal und seitlich von der Turbine weg oder in Richtung der Turbinenachse, und
    • der Mischkondensator ist neben dem Oberflächenkondensator, oder
    • hinter dem Oberflächenkondensator angeordnet.
    • In einer Variante ist der Mischkondensatorteil der erfindungsgemässen kombinierten Kondensatoranlage mit einem Trockenkühlturm und der Oberflächenkondensatorteil mit einer Durchlaufkühlung mit Kühlwasser aus einem natürlichen Gewässer verbunden.
    In einer weiteren Variante ist der Oberflächenkondensatorteil mit einem separaten Nasskühlturm und der Mischkondensatorteil mit einem separaten Trockenkühlturm geschaltet. Die Abluft der beiden Kühltürme wird über Leitungen zusammengeführt und vermischt, wodurch die Feuchtigkeit reduziert wird und Nebelschwaden vermieden werden.
    Um in der Kondensatoranlage einen möglichst tiefen Druck zu erreichen und die Leistung der Turbine zu erhöhen wird das Kondensat von nicht kondensierbaren Gasen (Luft) möglichst befreit. In Oberflächenkondensatoren wird dies wie zum Beispiel in Figur 1 gezeigt, dadurch realisiert, indem das Dampf-Luft-Gemisch in Luftkühlern 7 in einer Tiefstdruckzone jedes Rohrbündels 1 angesammelt und über nicht dargestellte Absaugrohre weggesaugt wird.
    Im Mischkondensatorteil werden gemäss Figur 3 nicht kondensierbare Gase durch eine Anzahl Entlüftungsrohre 36, 37, 17 über einen Entlüftungskondensator 15 aus dem Kondensatorgehäuse entfernt. In der Ausführung gemäss Figur 3 ist der Mischkondensator 35 mit einem internen Entgaser 23 ausgerüstet. Dieser ist im Mischkondensator 35 in einer Art Kabine angeordnet, die durch ebene Trennwände 24 und die Gehäusewand des Mischkondensators 35 gebildet wird, wobei die hintere Trennwand durch eine strichlierte Linie angedeutet ist. Die Trennwände 24, welche auch zylindrisch ausgebildet sein können, erstrecken sich von der Decke des Mischkondensatorraumes nach unten, reichen jedoch nicht ganz bis zum Boden des Raumes, sodass Dampf von unten her in die Kabine strömen kann. Der Entgaser 23 weist Sprühdüsen 26 auf, aus denen ein Teilstrom des Kühlkondensats über eine Packung oder Einbauten 34 versprüht wird. Ein weiterer Entgaser 28 für Zusatzwasser, das zur Kompensierung von Verlusten durch Prozessdampfentnahme dem Wasser-Dampf-Kreislauf hinzugeführt wird, ist wie der Entgaser 23 durch Trennwände in einer Art Kabine gebildet und weist Sprühdüsen auf, die Kühlkondensat über eine Packung oder Einbauten 34 versprühen. In beiden Entgasern 23, 28 strömt der Dampf von unten her im Gegenstrom zum Kondensatstrom. In einer Variante strömt der Dampf über eine Öffnung im oberen Bereich der Trennwände 24 von herab sowie von unten her hinauf im Gleich-Gegenstrom zum Kondensatstrom. In diesem Fall wird die Entlüftung zwischen den beiden Gleichstrom- und Gegenstromkolonnen angeordnet wie aus EP 0 461 515 bekannt. Das Zusatzwasser kann auch in den Entgaser 23 eingeführt werden, sodass nur ein Entgaser im Mischkondensatorraum gebaut wird.
    In der Ausführung der Kondensatoranlage 25 mit separaten Kondensatorgehäusen gemäss Figur 2 weist der Mischkondensator 35 ebenfalls einen internen Entgaser 23 auf. Vorzugsweise sind der Entgaser 23 und die darin angeordnete Packung 34 zylindrisch ausgebildet. Die Entgasung findet ähnlich wie in Figur 3 statt. Eine Dampfleitung führt vom Oberflächenkondensator 30 zum Entgaser 23, wodurch der Dampf im Gegenstrom zum Kondensatstrom fliesst. Das anfallende Kondensat wird über eine Verbindungsleitung 46 vom Entgaser 23 zum Hotwell 31 des Oberflächenkondensators 30 geleitet. Ein Zusatzwasserentgaser kann zum Beispiel im zweiten Mischkondensatorraum integriert werden.
    In Figur 3 wird das Dampf-Luft-Gemisch des Mischkondensators und seiner internen Entgaser dem Entlüftungskondensator 15 zugeführt. Dieser ist dem Mischkondensator 35 angebaut, kann aber auch innerhalb des Gehäuses integriert werden. Das Dampf-Luft-Gemisch strömt über mehrere verschiedene Leitungen in den Entlüftungskondensator 15, über die Leitung 17 vom Zusatzwasserentgaser 28, über die Leitung 36 des Mischkondensators sowie über die Leitung 37 vom Entgaser 23 des Mischkondensators. Der Grossteil des Dampfes wird dort an Kondensat, das von Sprühdüsen 18 versprüht wird, niedergeschlagen. Die Sprühdüsen 18 werden dabei über eine Leitung 9 mit Bypass-Kondensat aus der Umlaufleitung der Trockenkühlung 33 gespiesen. Die nicht kondensierbaren Gase werden durch ein Dampf/Gas-Gemisch aus dem Entlüftungskondensator 15 über ein Absaugrohr 8 weggesaugt. Das Niveau des Kondensatspiegels im Entlüftungskondensator wird durch einen Syphon gehalten, der vom Entlüftungskondensator in den Mischkondensator führt.
    Das resultierende Kondensat aus beiden Kondensatoren rinnt in ein Kondensatsammelgefäss 31 herab, wovon es teils über die Umlaufpumpe 6 dem Kühlumlauf und teils über die Speisewasserpumpe 10 dem Wasser-Dampf-Kreislauf (nicht dargestellt) zugeführt wird. Das Hotwell 31 weist ein Wehr 39 auf zwecks Trennung des Hochqualitätskondensats aus dem Oberflächenkondensator 30 und dem Entgaser 23 für den Wasser-Dampf-Kreislauf und des Kondensats minderer Qualität aus Mischkondensator und Zusatzwasserentgaser. Das Niveau des Kondensats für den Wasser-Dampf-Kreislauf wird durch ein übliches Regelventil (nicht dargestellt) nach der Pumpe 10 sowie durch eine Überlaufmöglichkeit in das bzw. aus dem Kondensat des Mischkondensators und Zusatzwasserentgasers geregelt. Es besteht ein Überlaufmöglichkeit zwischen dem Kondensat des Mischkondensators und dem des Oberflächenkondensators mit Entgaser 23 sowie Öffnungen im oberen Bereich des Wehrs 39, welche das Kondensat durchlassen.
    Wie bekannt wird bei der Rückführung von heissem Kondensat in Oberflächenkondensatoren das Kondensat zuerst in einem Expansionsgefäss oder Flashbox entspannt, in dem der sich bildende Dampf nach oben steigt während das Kondensat nach unten fällt. In einem Mischkondensator ist im Vergleich zu einem Oberflächenkondensator mehr freier Raum vorhanden. Gemäss einer besonderen Ausführung der Erfindung weist der Mischkondensator 35 in Figur 2 eine interne Flashbox 50 mit einem flachen oder gewölbtem Prallblech auf. Dampf strömt an diesem Blech entlang, verteilt sich im Mischkondensator 35 und kondensiert an versprühtem Kondensat während Kondensat in das Sammelgefäss 31 hinabrinnt.
    Bezugszeichenliste
    1
    Rohrbündel
    2
    Sprühdüsen, Sprühventile
    3
    Füllung, Füllkörper
    4
    Wärmetauscherrohre
    5
    Umlaufpumpe der Nasskühlung
    6
    Umlaufpumpe der Trockenkühlung
    7
    Luftkühler
    8
    Saugleitung
    9
    Kondensatzuleitung zum Entlüftungskondensator
    10
    Speisewasserpumpe
    11
    Abluft
    12
    Zusatzwasserleitung für Kühlwasser
    13
    Wasserableitung
    14
    Strömungsführungsblech
    15
    Entlüftungskondensator
    17
    Entlüftungsleitung für Zusatzwasserentgaser
    18
    Sprühdüse des Entlüftungskondensators
    19
    Zuleitung
    20
    Turbine
    21
    Abdampfstutzen
    23
    internen Entgaser
    24
    Entgasertrennwand
    25
    Kondensatoranlage
    26
    Sprühdüsen des Mischkondensators
    28
    Zusatzwasserentgaser
    30
    Oberflächenkondensator
    31
    Kondensatsammelgefäss (Hotwell)
    32
    Umlaufleitung der Nasskühlung
    33
    Umlaufleitung der Trockenkühlung
    34
    Packung, Einbauten
    35
    Mischkondensator
    36
    Entlüftungsleitung des Mischkondens.
    37
    Entlüftungsleitung des Entgasers
    39
    Wehr
    40
    Hybrid-Kühlturm
    41
    Trockenteil
    42
    Nassteil
    43
    Luftfilter
    44
    Sprühdüsen
    45
    Ventilator
    46
    Verbindungsleitung zum Hotwell
    47
    Dampfleitung zum Entgaser
    50
    Flashbox

    Claims (10)

    1. Kondensationssystem zur Kondensation von Turbinenabdampf, der über einen oder mehrere Turbinenabdampfstutzen (21) zu einer Kondensatoranlage (25) geleitet wird, und mit einer Kühlanlage für Kondensatorkühlmittel,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Kondensatoranlage (25) einen Oberflächenkondensator (30) und einen Mischkondensator (35) und die Kühlanlage zwei getrennte Kühlmittelschaltungen aufweist, wobei die Kühlmittel des Oberflächenkondensators (30) und Mischkondensators (35) die Kühlmittelschaltungen getrennt durchlaufen.
    2. Kondensationssystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Oberflächenkondensator (30) und der Mischkondensator (35) in einem gemeinsamen Kondensatorgehäuse angeordnet sind und der Turbinenabdampfstutzen (21) zum gemeinsamen Kondensatorgehäuse führt.
    3. Kondensationssystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Oberflächenkondensator (30) und der Mischkondensator (35) je in einem eigenen Kondensatorgehäuse angeordnet sind und der Dampf über einen gemeinsamen oder zwei getrennte Turbinenabdampfstutzen (21) zum Oberflächenkondensator (30) und Mischkondensator (35) geführt wird.
    4. Kondensationssystem nach Anspruch 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Kondensatoranlage (25) in zwei Umlaufschaltungen über Umlaufleitungen (32, 33) mit einem Nass-Trocken-Kühlturm (40) verbunden ist, wobei das Kühlmittel des Oberflächenkondensators (30) im Nassteil (42) des Nass-Trocken-Kühlturms (40) und das Kühlmittel des Mischkondensators (35) im Trockenteil (41) des Nass-Trocken-Kühlturms (40) rückgekühlt wird.
    5. Kondensationssystem nach den Anspruch 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Oberflächenkondensator (30) der Kondensatoranlage (25) in einer Durchlaufschaltung mit einem natürlichen Gewässer und der Mischkondensator (35) in einer Umlaufschaltung mit einem Trockenkühlturm geschaltet ist.
    6. Kondensationssystem nach Anspruch 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      in dem Kondensatorgehäuse für den Mischkondensator (35) Strömungsführungsbleche (14) angeordnet sind, durch welche von der Turbine direkt heranströmender neuer Abdampf über das Hotwell (31) geführt wird und über dem Hotwell (31) sich von diesem neuen Abdampf ein Polster bildet und der Dampfstrom im Gegen-Kreuz-Strom zum Kondensatstrom des Mischkondensators (35) verläuft.
    7. Kondensationssystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Mischkondensator (35) einen Entlüftungskondensator (15) aufweist, der dem Mischkondensator (35) angebaut oder im Mischkondensatorraum integriert ist.
    8. Kondensationssystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Mischkondensator (35) einen internen Entgaser (23) mit Einbauten oder einer Packung (34) zur Entgasung von Kondensat und Erhöhung der Wasserqualität im Wasser-Dampf-Kreislauf aufweist, wobei der Dampfstrom im Gegenstrom oder Gleich-Gegenstrom zum Kondensat verläuft.
    9. Kondensationssystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Mischkondensator (35) einen internen Zusatzwasserentgaser (28) mit Einbauten oder einer Packung (34) zur Entgasung von Zusatzwasser für den Wasser-Dampf-Kreislauf aufweist, wobei der Dampfstrom im Gegenstrom oder Gleich-Gegenstrom zum Kondensat verläuft.
    10. Kondensationssystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Mischkondensator (35) ein internes Expansionsgefäss (50) mit einem Prallblech aufweist.
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