EP1174672A2 - Kombi- oder Dampfkraftanlage - Google Patents

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EP1174672A2
EP1174672A2 EP01114086A EP01114086A EP1174672A2 EP 1174672 A2 EP1174672 A2 EP 1174672A2 EP 01114086 A EP01114086 A EP 01114086A EP 01114086 A EP01114086 A EP 01114086A EP 1174672 A2 EP1174672 A2 EP 1174672A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
steam
cooling
heat exchange
jacket
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Withdrawn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
EP01114086A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1174672A3 (de
Inventor
Mustafa Dr. Youssef
Vaclaf Svoboda
Pengcheng Zhang
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
Alstom Schweiz AG
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 Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Schweiz AG
Publication of EP1174672A2 publication Critical patent/EP1174672A2/de
Publication of EP1174672A3 publication Critical patent/EP1174672A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/02—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using water or other liquid as the cooling medium

Definitions

  • the invention relates to a combination or steam power plant with an apparatus for Condensation of turbine steam and cooling of water from one In addition to the cooling circuit.
  • Steam condensers in combination or steam power plants are generally known.
  • the expanded turbine steam is led into a steam chamber enclosed by a steam jacket, where it is deposited on cooled pipes, which are arranged in pipe bundles.
  • the condensate formed on the pipes flows down into a hotwell, from where it is carried on in the water-steam cycle.
  • To cool the condenser tubes cooling water is taken from a natural river, for example in the case of a closed circuit, and passed through the tubes, after which it is returned to the river.
  • the cooling water is also used for other purposes in the combined or steam power plant, such as for cooling water or condensate in a secondary cooling circuit with a water-water cooler.
  • FIG. 1 shows a cooling system for a steam power plant according to the prior art.
  • the coolant is taken from a river by means of a main cooling water pump 1 and a line 2, for example. Part of this river water is supplied to the water inlet chambers 3 of a steam condenser 4. From there it flows through the cooling pipes of the steam condenser, for example a single-flow condenser system, is collected in water outlet chambers 5 and from there is finally returned to the river via line 6.
  • the steam condenser can also contain a two-flow system with a deflection chamber (not shown here).
  • the river water is branched off from line 2 and fed to one or more separate apparatuses, one or more water-water coolers 9 by means of a second pump 7 via line 8. After flowing through these coolers 9, the river water is again conducted into the return line 6.
  • the water-water cooler 9 basically consists of a jacket which encloses a heat exchange or cooling space with cooling pipes, a water inlet chamber 10, a water outlet chamber 11 and, in the case of a two-flow system, a water deflection chamber.
  • the cooling water and the cooling circuit liquid, the pure water flow in countercurrent through the cooler, the cooling water flowing through the cooling tubes and the pure water flowing around the cooling tubes.
  • the river water is in the water inlet chamber 10 to the cooling tubes, flows from there through the cooling tubes, possibly also a deflection chamber, and is again collected in the water outlet chamber 11, after which it is fed to the return line 6 via a line.
  • the pure water or condensate to be cooled is led via lines 12 to the water-water cooler, flows around the cooling pipes through which the river water flows, the flow path of the pure water being extended by baffles and baffles, and leaves the cooler via lines 13.
  • the water-water cooling normally consists of two or more identical devices that are connected in parallel.
  • the steam condenser is located in the machine house.
  • a Steam power plant is an arrangement of water-water coolers within as well as outside the machine house. With a combination system however, the space is sufficient for an arrangement of water-water coolers not from why they are located outside the nacelle are. There are more for the supply of the cooling water to the water-water cooler Pumps and lines necessary.
  • a combination or steam power plant with an apparatus for steam condensation and water-water cooling, for which the same coolant is used, according to claim 1.
  • steam condensation and water-water cooling are integrated in a single apparatus.
  • the apparatus has a steam or condenser jacket which encloses a steam space with bundles of cooling tubes for the steam condensation, the ends of the cooling tubes being anchored in tube sheets.
  • At least one heat exchange chamber for water-water cooling is attached to the outside of the steam jacket, the heat exchange room being enclosed by a part of the steam jacket and a second jacket part.
  • cooling pipes are arranged, the ends of which are anchored in the tube sheets.
  • the apparatus also has at least one common water inlet chamber for steam condensation and water-water cooling and at least one common water outlet chamber, each of which is formed on one side by the tube sheets for the cooling tubes for steam condensation and water-water cooling. From the common water inlet chamber, the cooling pipes for steam condensation lead through the steam room and the cooling pipes for water-water cooling through the heat exchange room for water-water cooling to the common water outlet chamber.
  • a coolant for example river water
  • a coolant for example river water
  • the second jacket part of the Heat exchange room for water-water cooling in the form of a semicircular cylinder formed.
  • this shape Given the pressure difference between the vapor space in which there is a vacuum and the Heat exchange room, in which there is a pressure of, for example, 5 bar, is suitable this shape best.
  • To support and strengthen the Condenser steam jacket provide pipe support plates that are used in the heat exchange space water-water cooling to support the cooling pipes and as chicanes Extension of the flow path of the pure water flowing on the jacket side are arranged, a contribution. They also serve to strengthen the Jacket of the heat exchange room for water-water cooling.
  • the second jacket part of the heat exchange space is for the Water-water cooling cylindrical, but not semicircular cylindrical, or cuboid in the manner of a box with corresponding supports or sufficient jacket thickness designed to reinforce the jacket walls.
  • the common one Water inlet chamber and water outlet chamber for the coolant for the Steam condensation and water-water cooling each divided into two parts.
  • the Cooling water flows from the first part of the water inlet chamber through the pipes in the first heat exchange room for water-water cooling and part of Pipes for steam condensation and is in the first part of the Water outlet chamber collected; from the second part of the water inlet chamber the cooling water flows through the pipes of the second heat exchange chamber for the Water-water cooling and another part of the pipes for the Steam condensation and is in the second part of the water outlet chamber collected.
  • the integrated apparatus has, for example, two Heat exchange rooms for water-water cooling as well as two common Water inlet and outlet chambers.
  • first Water inlet and water outlet chamber the cooling water for the first Heat exchange space and a first part of the steam condenser collected, while in the second water inlet and outlet chamber Cooling water for the second heat exchange space and a second part of the Steam condenser is collected.
  • the first part of the steam condenser consists for example of two tube bundles and the second part of two more Tube bundles.
  • the integrated apparatus is for Steam condensation and water-water cooling as a two-flow system designed and has at least one for steam condensation and Water-water cooling common deflection chamber for the cooling water.
  • Another apparatus is with the one described at the beginning Apparatus identical in that it has common water inlet chambers and Heat exchange rooms for water-water cooling, which are on the outside of the Steam jacket are grown.
  • the common one Water outlet chambers separate water outlet chambers for the cooling water for steam condensation and for cooling water for water-water cooling on and one or more water deflection chambers. These serve the Redirection of the cooling water for steam condensation or the cooling water for water-water cooling.
  • This apparatus contains for the Steam condensation is an inflow system for the cooling water and for water-water cooling a two-flow system for the cooling water.
  • the Apparatus for water-water cooling an inflow system for the cooling water and for the steam condensation a two-flow system for the cooling water.
  • the apparatus according to the invention has the primary advantage that Extension of the heat exchange room for water-water cooling and common water chambers of the integrated apparatus that There is no cooling water system for a separately placed water-water cooler and the coolant only by means of the main cooling water pump and without additional Pipes and auxiliary pumps to the cooling pipes for steam condensation as well for water-water cooling is supplied at the same time.
  • This is the Space requirements for water-water cooling are greatly reduced and for combination and Steam power plants place the water-water cooling within the Nacelle or with steam power plants enables space savings.
  • instead of two or more devices there is now a single device necessary, reducing the cost of design, manufacture and installation as well as for testing, operational safety and maintenance are reduced.
  • there is only one for the integrated apparatus according to the invention only pipe cleaning system necessary, which the pipes for the Both steam condensation and water-water cooling are waiting can.
  • FIG. 2 shows the integrated apparatus according to the invention for steam condensation and water-water cooling.
  • a main cooling water pump 1 supplies river water or cooling water from another source, such as a cooling tower, via line 2 to the integrated apparatus 20.
  • the cooling water is first collected in two water inlet chambers 21, common for steam condensation and water-water cooling, where it is simultaneously distributed to the cooling pipes in the steam room for steam condensation and to the cooling pipes of one of the two heat exchange rooms 23 for water-water cooling. After flowing through these cooling tubes, it arrives in the common water outlet chambers 24, in which it is again collected and which it leaves via lines. These lines finally lead to the return line 6, which returns the cooling water to the river or cooling tower.
  • Lines 25 and 26 are part of a secondary cooling circuit for water or condensate.
  • the former lead to the apparatus 20 through which the water or condensate to be cooled enters the heat exchange rooms 23. It is cooled there in the heat exchange with the cooling tubes and leaves the heat exchange spaces 23 via the lines 26.
  • the two heat exchange spaces 23 can be connected in parallel by lines 25 and 26.
  • the diagram shows common water inlet chambers 21 and common water outlet chambers 24 for steam condensation and water-water cooling. Cooling determined.
  • the second water inlet chamber and water outlet chamber are intended for the cooling tubes in the lower tube bundle in the steam chamber and the lower heat exchange chamber for water-water cooling. This division enables a part of the integrated apparatus to be switched off for partial load, inspection, pipe cleaning or maintenance.
  • the diagram also shows the common jacket walls for the steam room and the heat exchange room for water-water cooling. By integrating steam condensation and water-water cooling in a single device, the cooling water inflow and pipe cleaning system for water-water cooling is eliminated.
  • FIG. 3 and FIG. 4 represent a preferred embodiment of the integrated apparatus 20 according to the invention.
  • FIG. 3 shows the arrangement and preferred semicircular cylindrical shape of the heat exchange rooms for water-water cooling, which are connected to the steam jacket for steam condensation.
  • a steam jacket 30 encloses a steam chamber 31 for steam condensation with a plurality of tube bundles 32 arranged horizontally and one above the other. Steam flows from the turbine into the steam chamber, where it is deposited on cooling pipes 33 through which cooling water flows. The resulting condensate is collected in Hotwell 34.
  • Two heat exchange spaces 41 for water-water cooling are arranged on an outer side of the steam jacket 30. Each heat exchange chamber 41 is enclosed by a part 43 of the steam jacket 30 and the semicircular cylindrical second jacket part 40 which is welded to the steam jacket 30.
  • the semicircular cylindrical shape of the second jacket part 40 is most suitable.
  • Other shapes for the second jacket part 40 such as, for example, rounded shapes or box shapes with correspondingly reinforced walls, can also be realized.
  • Cooling tubes 42 are arranged in the heat exchange spaces, which run parallel to the cooling tubes 33 in the steam space 31 and through which the same cooling water flows.
  • An inlet connector 44 and an outlet connector 45 are arranged on the second jacket part 40. Pure water or condensate flows through the inlet connection 44 into the heat exchange chamber 41 and flows around the cooling pipes 42 and arrives from the heat exchange chamber 41 via the outlet connection 45.
  • the apparatus shown has, for example, two common water inlet chambers and two common water outlet chambers, the first inlet and Outlet chambers for the upper heat exchange chamber and the two tube bundles arranged at the top in the steam space and the second inlet and outlet chambers for the lower heat exchange space and the two tube bundles arranged at the bottom are intended.
  • the arrangement of the common water chambers for water-water cooling and steam condensation is shown in FIG.
  • the common water inlet chamber 21 is arranged on a first side of the apparatus 20. River water or other cooling water is fed into the water inlet chamber 21 via inlet connections 27 or collected there. It then flows into the cooling tubes 33 and 42 for steam condensation or water-water cooling, which are anchored in the tube sheets 29.
  • On the opposite side of the apparatus 20 there is a common water outlet chamber 24 into which the cooling water flows and is collected. It then reaches the return line via outlet connection 27 '.
  • the water inlet and water outlet chambers can be divided by a horizontal partition wall (not shown here) or consist of two individual water inlet and water outlet chambers.
  • the cooling water from the water chamber parts or the individual water chambers flows through the integrated apparatus 20 as shown in FIG. 2.
  • the water to be cooled flows around the cooling tubes 42 and tube support plates 48, 48 ', which additionally support the steam jacket 30, 43 and the semicircular cylindrical jacket 40.
  • its flow path leads around a plurality of support plates, which at the same time serve as baffles or deflection plates 48, 48 ', which extends the cooling flow path.
  • the baffle plates 48 are each with the steam jacket part 43 and with a part of the semicircular cylindrical, second part man 40, while the baffle plates 48 'are welded with a large part of the semicircular cylindrical jacket 40.
  • the invention is applicable to combination and steam power plants, the steam condenser under the turbine and in which the turbine steam flows out in the vertical direction to the steam condenser. Furthermore, it can also be used in systems whose steam condenser is arranged at ground level with respect to the steam turbine and in which the turbine steam flows out into the steam condenser in a horizontal direction.

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Abstract

Eine Kombi- oder Dampfkraftanlage weist einen Apparat (20) auf, in dem Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung integriert sind. Der erfindungsgemässe Apparat (20) weist einen Dampfmantel (30) auf, der einen Dampfraum (31) mit Kühlrohren (33) für die Dampfkondensation umschliesst. Der Dampfmantel (30) weist an einer Aussenseite einen oder mehrere Wärmetauschräume (41) für die Wasser-Wasser-Kühlung auf, die von einem Teil (43) des Dampfmantels (30) und jeweils einem zweiten, vorzugsweise halbkreisförmigen zylindrischen zweiten Mantelteil (41) umschlossen sind. Der Apparat (20) weist für die Dampfkondensation und die Wasser-Wasser-Kühlung gemeinsame Wassereintritts- und Wasseraustrittskammern (21, 24) für das Kühlmittel auf.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kombi- oder Dampfkraftanlage mit einem Apparat zur Kondensation von Turbinendampf und Kühlung von Wasser aus einem Nebenkühlkreislauf.
Stand der Technik
Dampfkondensatoren in Kombi- oder Dampfkraftanlagen sind allgemein bekannt. Der entspannte Turbinendampf wird in einen von einem Dampfmantel umschlossenen Dampfraum geleitet, wo er an gekühlten Rohren, die in Rohrbündeln angeordnet sind, niedergeschlagen wird. Das an den Rohren entstehende Kondensat fliesst hinab in ein Hotwell, von wo es im Wasser-Dampf-Kreislauf weitergeführt wird. Zur Kühlung der Kondensatorrohre wird Kühlwasser zum Beispiel bei einer nicht geschlossenen Kreislaufführung von einem natürlichen Fluss entnommen und durch die Rohre geleitet, wonach es dem Fluss zurückgeführt wird. Das Kühlwasser wird auch zu weiteren Zwecken in der Kombi- oder Dampfkraftanlage verwendet, wie zum Beispiel zur Rückkühlung von Wasser oder Kondensat in einem Nebenkühlkreislauf mit einem Wasser-Wasser-Kühler. Das gekühlte Wasser wird wiederum zur Kühlung von ÖI für eine Turbogruppe, Luft oder Wasserstoff für die Generatorkühlung und eventuell zur Kühlung von Kohlenmühlen verwendet.
Figur 1 stellt ein Kühlsystem für eine Dampfkraftanlage gemäss dem Stand der Technik dar. Das Kühlmittel wird mittels einer Hauptkühlwasserpumpe 1 und einer Leitung 2 zum Beispiel von einem Fluss entnommen. Ein Teil dieses Flusswassers wird den Wassereintrittskammern 3 eines Dampfkondensators 4 zugeführt. Von dort durchfliesst es die Kühlrohre des Dampfkondensators, zum Beispiel ein Ein-Fluss-Kondensatorsystem, wird in Wasseraustrittskammern 5 gesammelt und von dort schliesslich über die Leitung 6 dem Fluss zurückgeführt. Anstelle eines solchen Ein-Fluss-Systems kann der Dampfkondensator auch ein Zwei-Fluss-System mit einer (hier nicht dargestellten) Umlenkkammer enthalten. Ein weiterer Teil des Flusswassers wird von der Leitung 2 abgezweigt und mittels einer zweiten Pumpe 7 über die Leitung 8 einem oder mehreren separaten Apparaten, einem oder mehreren Wasser-Wasser-Kühlern 9 zugeführt. Nach Durchfliessen dieser Kühler 9 wird das Flusswasser wiederum in die Rückflussleitung 6 geleitet. Der Wasser-Wasser-Kühler 9 besteht grundsätzlich aus einem Mantel, der einen Wärmetausch- oder Kühlraum mit Kühlrohren umschliesst, ferner einer Wassereintrittskammer 10, einer Wasseraustrittskammer 11 und, im Fall eines Zwei-Fluss-Systems, einer Wasserumlenkkammer. Das Kühlwasser und die Kühlkreislaufflüssigkeit, das reine Wasser, strömen im Gegenstrom durch den Kühler, wobei das Kühlwasser die Kühlrohre durchfliesst und das reine Wasser die Kühlrohre umströmt. Das Flusswasser wird dabei in der Wassereintrittskammer 10 an die Kühlrohre, durchfliesst von dort die Kühlrohre, gegebenenfalls auch eine Umlenkkammer, und wird in der Wasseraustrittskammer 11 wiederum gesammelt, wonach es über eine Leitung der Rückflussleitung 6 zugeführt wird. Das zu kühlende, reine Wasser oder Kondensat wird über Leitungen 12 zum Wasser-Wasser-Kühler geführt, umströmt mantelseitig die vom Flusswasser durchflossenen Kühlrohre, wobei der Strömungsweg des reinen Wassers durch Umlenkbleche und Schikanen verlängert ist, und verlässt den Kühler über die Leitungen 13. Die Wasser-Wasser-Kühlung besteht normalerweise aus zwei oder mehreren identischen Apparaten bestehen, die parallel geschaltet sind.
Der Dampfkondensator befindet sich im Maschinenhaus. Bei einer Dampfkraftanlage ist eine Anordnung von Wasser-Wasser-Kühlern innerhalb sowie ausserhalb des Maschinenhauses möglich. Bei einer Kombi-Anlage hingegen, reichen die Platzverhältnisse für eine Anordnung von Wasser-Wasser-Kühlern nicht aus, weshalb sie ausserhalb des Maschinenhauses angeordnet sind. Für die Zuleitung des Kühlwassers zum Wasser-Wasser-Kühler sind weitere Pumpen und Leitungen notwendig.
Obwohl für die Dampfkondensation sowie die Wasser-Wasser-Kühlung das gleiche Kühlmittel, zum Beispiel das Flusswasser, verwendet wird, sind bei diesen bekannten Kombi- und Dampfkraftanlagen mindestens zwei, gegebenenfalls bis zu fünf separate Apparate notwendig. Diese werden einzeln konstruiert, hergestellt und geprüft und bei der Installation mit zusätzlichen Pumpen und Leitungen verbunden, was zu zusätzlichen Kosten führt.
Darstellung der Erfindung
Von diesem Stand der Technik ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer Kombi- oder Dampfkraftanlage die Apparate für Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung mittels dem gleichen Kühlmittel so zu gestalten, dass ihre Konstruktion, Herstellung, Prüfung und Wartung vereinfacht sind und dadurch ihre Kosten reduziert sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Kombi- oder Dampfkraftanlage mit einem Apparat zur Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung, für die das gleiche Kühlmittel verwendet wird, gemäss dem Anspruch 1 gelöst.
In der erfindungsgemässen Kombi- oder Dampfkraftanlage sind Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung in einem einzigen Apparat integriert. Der Apparat weist einen Dampf- oder Kondensatormantel auf, der einen Dampfraum mit Bündeln von Kühlrohren für die Dampfkondensation umschliesst, wobei die Enden der Kühlrohre in Rohrböden verankert sind. An der Aussenseite des Dampfmantels ist mindestens ein Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung angebaut, wobei der Wärmetauschraum von einem Teil des Dampfmantels und einem zweiten Mantelteil umschlossen ist. Im Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung sind Kühlrohre angeordnet, deren Enden in Rohrböden verankert sind. Der Apparat weist ausserdem mindestens eine für die Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung gemeinsame Wassereintrittskammer sowie mindestens eine gemeinsame Wasseraustrittskammer auf, die jeweils auf einer Seite durch die Rohrböden für die Kühlrohre für die Dampfkondensation und die Wasser-Wasser-Kühlung gebildet sind. Von der gemeinsamen Wassereintrittskammer führen die Kühlrohre für die Dampfkondensation durch den Dampfraum und die Kühlrohre für die Wasser-Wasser-Kühlung durch den Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung zur gemeinsamen Wasseraustrittskammer.
Ein Kühlmittel, zum Beispiel Flusswasser, wird über eine Leitung in die gemeinsame Wassereintrittskammer geleitet und fliesst von dort durch die Kühlrohre des Dampfraums und zugleich durch die Kühlrohre des Wärmetauschraums für die Wasser-Wasser-Kühlung. Nach Durchfliessen der Kühlrohre wird es in der gemeinsamen Wasseraustrittskammer wieder gesammelt und von dort in eine Rückflussleitung geleitet.
In einer ersten bevorzugten Ausführung ist der zweite Mantelteil des Wärmetauschraums für die Wasser-Wasser-Kühlung in der Form eines halbkreisförmigen Zylinders ausgebildet. Angesichts des Druckunterschieds zwischen dem Dampfraum, in dem ein Vakuum herrscht, und dem Wärmetauschraum, in dem ein Druck von beispielsweise 5 bar besteht, eignet sich diese Form am besten. Zur Stützung und Verstärkung des Kondensatordampfmantels leisten Rohrstützplatten, die im Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung zur Stützung der Kühlrohre und als Schikanen zur Verlängerung des Strömungswegs des mantelseitig strömenden reinen Wassers angeordnet sind, einen Beitrag. Weiter dienen sie auch der Verstärkung des Mantels des Wärmetauschraums für die Wasser-Wasser-Kühlung.
In weiteren Ausführungen ist der zweite Mantelteil des Wärmetauschraums für die Wasser-Wasser-Kühlung zylindrisch, jedoch nicht halbkreisförmig zylindrisch, oder quaderförmig in der Art eines Kastens mit entsprechenden Stützen oder ausreichender Manteldicke zur Verstärkung der Mantelwände gestaltet.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die gemeinsame Wassereintrittskammer und Wasseraustrittskammer für das Kühlmittel für die Dampfkondensation und die Wasser-Wasser-Kühlung je in zwei Teile geteilt. Das Kühlwasser fliesst vom ersten Teil der Wassereintrittskammer durch die Rohre im ersten Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung und einen Teil der Rohre für die Dampfkondensation und wird im ersten Teil der Wasseraustrittskammer gesammelt; vom zweiten Teil der Wassereintrittskammer fliesst das Kühlwasser durch die Rohre des zweiten Wärmetauschraums für die Wasser-Wasser-Kühlung und einen anderen Teil der Rohre für die Dampfkondensation und wird im zweiten Teil der Wasseraustrittskammer gesammelt. Dies ermöglicht eine Unterbrechung des Kühlmittelflusses durch eine Hälfte der Kondensatorrohre und einer der beiden Wasser-Wasser-Kühler im Falle von Wartungsarbeiten oder einer Betriebsunterbrechung eines Teils des integrierten Apparates.
Der erfindungsgemässe, integrierte Apparat weist beispielsweise zwei Wärmetauschräume zur Wasser-Wasser-Kühlung sowie zwei gemeinsame Wassereintritts- und Wasseraustrittskammern auf. Hier wird in der ersten Wassereintritts- und Wasseraustrittskammer das Kühlwasser für den ersten Wärmetauschraum und einen ersten Teil des Dampfkondensators gesammelt, während in der zweiten Wassereintritts- und Wasseraustrittskammer das Kühlwasser für den zweiten Wärmetauschraum und einen zweiten Teil des Dampfkondensators gesammelt wird. Der erste Teil des Dampfkondensators besteht zum Beispiel aus zwei Rohrbündeln und der zweite Teil aus zwei weiteren Rohrbündeln.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der integrierte Apparat zur Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung als Zwei-Fluss-System ausgelegt und weist hierzu mindestens eine für die Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung gemeinsame Umlenkkammer für das Kühlwasser auf.
Ein weiterer erfindungsgemässer Apparat ist mit dem eingangs beschriebenen Apparat identisch, indem er gemeinsame Wassereintrittskammern aufweist und Wärmetauschräume für die Wasser-Wasser-Kühlung, die an der Aussenseite des Dampfmantels angebaut sind. Er weist jedoch anstelle der gemeinsamen Wasseraustrittskammern separate Wasseraustrittskammern für das Kühlwasser für die Dampfkondensation und für das Kühlwasser für die Wasser-Wasser-Kühlung auf sowie eine oder mehrere Wasserumlenkkamern. Diese dienen der Umlenkung des Kühlwassers für die Dampfkondensation oder des Kühlwassers für die Wasser-Wasser-Kühlung. Dieser Apparat enthält für die Dampfkondensation ein Ein-Flusssystem für das Kühlwasser und für die Wasser-Wasser-Kühlung ein Zwei-Flusssystem für das Kühlwasser. Alternativ enthält der Apparat für die Wasser-Wasser-Kühlung ein Ein-Flusssystem für das Kühlwasser und für die Dampfkondensation ein Zwei-Flusssystem für das Kühlwasser.
Der erfindungsgemässe Apparat hat in erster Linie den Vorteil, dass durch den Anbau des Wärmetauschraums für die Wasser-Wasser-Kühlung und die gemeinsamen Wasserkammern des integrierten Apparates das Kühlwassersystem für einen separat platzierten Wasser-Wasser-Kühler entfällt und das Kühlmittel nur mittels der Hauptkühlwasserpumpe und ohne zusätzliche Leitungen und Nebenpumpen den Kühlrohren für die Dampfkondensation sowie für die Wasser-Wasser-Kühlung zugleich zugeführt wird. Dadurch ist der Platzbedarf für die Wasser-Wasser-Kühlung stark reduziert und bei Kombi- und Dampfkraftanlagen eine Platzierung der Wasser-Wasser-Kühlung innerhalb des Maschinenhauses oder bei Dampfkraftanlagen eine Platzeinsparung ermöglicht. Anstelle von zwei oder mehr Apparaten ist nunmehr ein einziger Apparat notwendig, wodurch die Kosten für Konstruktion, Herstellung und Installation sowie auch für die Prüfung, Betriebssicherheit und Wartung reduziert sind. Schliesslich ist für den erfindungsmässen integrierten Apparat nur noch ein einziges Rohrreinigungssystem notwendig, welches die Rohre für die Dampfkondensation sowie jene für die Wasser-Wasser-Kühlung zugleich warten kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Dampfkraftanlage des Standes der Technik mit einem Dampfkondensator und einem separaten Wasser-Wasser-Kühler mit entsprechenden Kühlwassersystemen,
  • Figur 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemässen Dampfkraftanlage mit einem integrierten Apparat für Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung,
  • Figur 3 einen vertikalen Querschnitt eines integrierten Apparates für Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung,
  • Figur 4 einen horizontalen Querschnitt eines integrierten Apparates für Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung,
  • Figur 5 ein vertikaler Querschnitt eines Wärmetauschraums für die Wasser-Wasser-Kühlung im Detail.
    • Weg der Ausführung der Erfindung
    Figur 1 wurde eingangs als Stand der Technik erläutert.
    Das Schema in der Figur 2 zeigt den erfindungsgemässen integrierten Apparat zur Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung. Mittels einer Hauptkühlwasserpumpe 1 wird Flusswasser oder Kühlwasser von einer anderen Quelle, wie zum Beispiel einem Kühlturm über die Leitung 2 dem integrierten Apparat 20 zugeführt. Das Kühlwasser wird zunächst in zwei, für die Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung gemeinsame Wassereintrittskammern 21 gesammelt, wo es gleichzeitig zu den Kühlrohren im Dampfraum für Dampfkondensation und zu den Kühlrohren eines der beiden Wärmetauschräume 23 für Wasser-Wasser-Kühlung verteilt wird. Nach Durchfliessen dieser Kühlrohre gelangt es in die gemeinsamen Wasseraustrittskammern 24, in der es wiederum gesammelt wird und die es über Leitungen verlässt. Diese Leitungen führen schliesslich zur Rückflussleitung 6, welche das Kühlwasser zum Fluss oder Kühlturm zurückführt.
    Leitungen 25 und 26 sind Teil eines Nebenkühlkreislaufs für Wasser oder Kondensat. Erstere führen zum Apparat 20, durch welche das zu kühlende Wasser oder Kondensat in die Wärmetauschräume 23 gelangt. Es wird dort im Wärmetausch mit den Kühlrohren gekühlt und verlässt die Wärmetauschräume 23 über die Leitungen 26. Die beiden Wärmetauschräume 23 können durch Leitungen 25 und 26 parallel geschaltet sein.
    Das Schema zeigt für die Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung gemeinsame Wassereintrittskammern 21 und gemeinsame Wasseraustrittskammern 24. Die eine Wassereintrittskammer 21 und die eine Wasseraustrittskammer 24 sind beispielsweise für die Kühlrohre des oben angeordneten Rohrbündels im Dampfraum und den oberen Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung bestimmt. Die zweite Wassereintrittskammer und Wasseraustrittskammer ist für die Kühlrohre im unteren Rohrbündel im Dampfraum und den unteren Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung bestimmt. Diese Unterteilung ermöglicht eine Ausschaltung eines Teiles des integrierten Apparats zwecks Teillast, Inspektion, Rohrreinigung oder Wartung. Ferner zeigt das Schema die gemeinsamen Mantelwände für den Dampfraum und den Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung. Durch die Integrierung der Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung in einen einzigen Apparat entfällt das Kühlwasserzufluss- und Rohrreinigungssystem für die Wasser-Wasser-Kühlung.
    Figur 3 und Figur 4 stellen eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemässen integrierten Apparates 20 dar. Figur 3 zeigt die Anordung und bevorzugte, halbkreisförmige zylindrische Form der Wärmetauschräume für die Wasser-Wasser-Kühlung, die mit dem Dampfmantel für Dampfkondensation verbunden sind. Ein Dampfmantel 30 umschliesst einen Dampfraum 31 für die Dampfkondensation mit mehreren horizontal und übereinander angeordneten Rohrbündeln 32. Dampf strömt von der Turbine in den Dampfraum, wo er an Kühlrohren 33 niedergeschlagen wird, die von Kühlwasser durchflossen sind. Das dabei entstehende Kondensat wird im Hotwell 34 gesammelt. An einer äusseren Seite des Dampfmantels 30 sind zwei Wärmetauschräume 41 für die Wasser-Wasser-Kühlung angeordnet. Jeder Wärmetauschraum 41 wird durch einen Teil 43 des Dampfmantels 30 sowie den halbkreisförmigen zylindrischen zweiten Mantelteil 40 umschlossen, der am Dampfmantel 30 angeschweisst ist. Angesichts des Druckunterschieds zwischen dem Dampfraum 30 und dem Wärmetauschraum 41 von beispielsweise 5 bar ist die halbkreisförmige zylindrische Form des zweiten Mantelteils 40 am besten geeignet. Weitere Formen für den zweiten Mantelteil 40, wie zum Beispiel gerundete Formen oder Kastenformen mit entsprechend verstärkten Wänden sind auch realisierbar. In den Wärmetauschräumen sind Kühlrohre 42 angeordnet, die parallel zu den Kühlrohren 33 im Dampfraum 31 verlaufen und von selbem Kühlwasser durchflossen sind. An dem zweiten Mantelteil 40 ist ein Eintrittsstutzen 44 und ein Austrittsstutzen 45 angeordnet. Reines Wasser oder Kondensat strömt durch den Eintrittsstutzen 44 in den Wärmetauschraum 41 und umströmt dort die Kühlrohre 42 und gelangt über den Austrittsstutzen 45 aus dem Wärmetauschraum 41. Der gezeigte Apparat besitzt beispielsweise zwei gemeinsame Wassereintrittskammern und zwei gemeinsame Wasseraustrittskammern auf, wobei die ersten Eintritts- und Austrittskammem für den oberen Wärmetauschraum und die beiden oben angeordneten Rohrbündel im Dampfraum und die zweiten Eintritts- und Austrittskammern für den unteren Wärmetauschraum und die beiden unten angeordneten Rohrbündel bestimmt sind.
    In Figur 4 ist die Anordnung der gemeinsamen Wasserkammern für die Wasser-Wasser-Kühlung und die Dampfkondensation gezeigt. An einer ersten Seite des Apparats 20 ist die gemeinsame Wassereintrittskammer 21 angeordnet. Flusswasser oder anderes Kühlwasser wird über Eintrittsstutzen 27 in die Wassereintrittskammer 21 geleitet oder dort gesammelt. Es fliesst sodann in die Kühlrohre 33 und 42 für Dampfkondensation bzw. die Wasser-Wasser-Kühlung, welche in den Rohrböden 29 verankert sind. An der entgegengesetzten Seite des Apparats 20 ist eine gemeinsame Wasseraustrittskammer 24 angeordnet, in die das Kühlwasser fliesst und gesammelt wird. Es gelangt sodann über Austrittsstutzen 27' zur Rückflussleitung.
    Die Wassereintritts- und Wasseraustrittskammern können in einer Variante durch eine hier nicht dargestellte, horizontale Trennwand unterteilt werden oder aus zwei einzelnen Wassereintritts- beziehungsweise Wasseraustrittskammern bestehen. Das Kühlwasser aus den Wasserkammerteilen oder den einzelnen Wasserkammern durchfliesst den integrierten Apparat 20 wie es in Figur 2 dargestellt ist.
    Im Wärmetauschraum 41 für die Wasser-Wasser-Kühlung umströmt das zu kühlende Wasser die Kühlrohre 42 und Rohrstützplatten 48, 48', welche zusätzlich den Dampfmantel 30, 43 und den halbkreisförmigen zylindrischen Mantel 40 stützen. Wie in Figur 4 und 5 gezeigt, führt sein Strömungsweg um mehrere Stützplatten, die zugleich als Schikanen oder Umlenkbleche 48, 48' dienen, wodurch der kühlende Strömungsweg verlängert wird. Die Umlenkbleche 48 sind jeweils mit dem Dampfmantelteil 43 und mit einem Teil des halbkreisförmigen zylindrischen, zweiten Manteilteils 40, während die Umlenkbleche 48'mit einem Grossteil des halbkreisförmigen zylindrischen Mantels 40 verschweisst sind.
    Die Erfindung ist auf Kombi- und Dampfkraftanlagen anwendbar, deren Dampfkondensator unter der Turbine und bei welcher der Turbinendampf in vertikaler Richtung zum Dampfkondensator abströmt. Weiter ist sie auch auf Anlagen anwendbar, deren Dampfkondensator bezüglich der Dampfturbine ebenerdig angeordnet ist und bei welcher der Turbinendampf in horizontaler Richtung in den Dampfkondensator abströmt.
    Bezugszeichenliste
    1
    Hauptkühlwasserpumpe
    2
    Zuleitung
    3
    Wassereintrittskammer
    4
    Dampfkondensator
    5
    Wasseraustrittskammer
    6
    Rückflussleitung
    7
    Pumpe für Kühlwasser in Nebenkreislauf
    8
    Leitung für Kühlwasser im Nebenkreislauf
    9
    Wasser-Wasser-Kühler
    10
    Wassereintrittskammer
    11
    Wasseraustrittskammer
    12
    Zuleitung für reines Wasser
    13
    Rückflussleitung für reines Wasser
    20
    integrierter Apparat für Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung
    21
    gemeinsame Wassereintrittskammer
    22
    Dampfraum
    23
    Wärmetauschraum für Wasser-Wasser-Kühlung
    24
    Gemeinsame Wasseraustrittskammer
    25
    Zuleitung für reines Wasser
    26
    Rückflussleitung für reines Wasser
    27, 27'
    Eintrittsstutzen, Zuflussstutzen
    29
    Rohrboden
    30
    Dampfmantel
    31
    Dampfraum
    32
    Rohrbündel
    33
    Kühlrohre
    34
    Hotwell
    40
    Mantelteil für Wasser-Wasser-Kühlung
    41
    Wärmetauschraum für Wasser-Wasser-Kühlung
    42
    Kühlrohre
    43
    Gemeinsamer Mantelteil für Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung
    44
    Eintrittsstutzen für reines Wasser
    45
    Austrittsstutzen für reines Wasser
    48, 48'
    Rohrstützplatten, Umlenkblech, Schikane

    Claims (5)

    1. Kombi- oder Dampfkraftanlage mit einer Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Dampfkondensation und die Wasser-Wasser-Kühlung in einem einzigen Apparat (20) integriert sind,
      der einen Dampfmantel (30) aufweist, der einen Dampfraum (31) mit Bündeln (32) von Rohren (33) für die Dampfkondensation umschliesst,
      und der an der Aussenseite des Dampfmantels (30) einen oder mehrere Wärmetauschräume für die Wasser-Wasser-Kühlung aufweist,
      wobei der oder die mehreren Wärmetauschräume von einem Teil (43) des Dampfmantels (30) und einem zweiten Mantelteil (40) umschlossen ist, indem der zweite Mantelteil (43) des einen oder der mehreren Wärmetauschräume (41) mit der Aussenseite des Dampfmantels (30) verbunden ist,
      und in dem einen oder den mehreren Wärmetauschräumen (41) Kühlrohre (42) für die Wasser-Wasser-Kühlung angeordnet sind,
      und der integrierte Apparat (20) für die Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung eine oder mehrere gemeinsamen Wassereintrittskammern (21) und eine oder mehrere gemeinsamen Wasseraustrittskammern (24) für ein Kühlmittel aufweist, das für die Dampfkondensation und die Wasser-Wasser-Kühlung bestimmt ist,
      und die Kühlrohre (33) im Dampfraum und die Kühlrohre im Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung jeweils mit der gemeinsamen Wassereintrittskammer (21) und jeweils der gemeinsamen Wasseraustrittskammer (24) über Rohrböden (29) verbunden sind.
    2. Kombi- oder Dampfkraftanlage gemäss Anspruch 1
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der zweite Mantelteil (40) des einen Wärmetauschraums (41) oder der mehreren Wärmetauschräume (41) zylindrisch ausgebildet ist.
    3. Kombi- oder Dampfkraftanlage gemäss Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der zweite Mantelteil (40) des Wärmetauschraums oder der mehreren Wärmetauschräume (41) kasten- oder quaderförmig ausgebildet ist.
    4. Kombi- oder Dampfkraftanlage gemäss Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der integrierte Apparat (20) für Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung ein Zwei-Fluss-Apparat ist und eine oder mehrere gemeinsame Umlenkkammer für das Kühlmittel aufweist.
    5. Kombi- oder Dampfkraftanlage mit einer Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Dampfkondensation und die Wasser-Wasser-Kühlung in einem einzigen Apparat (20) integriert sind,
      der einen Dampfmantel (30) aufweist, der einen Dampfraum (31) mit Bündeln (32) von Rohren (33) für die Dampfkondensation umschliesst,
      und der an der Aussenseite des Dampfmantels (30) einen oder mehrere Wärmetauschräume für die Wasser-Wasser-Kühlung aufweist,
      wobei der oder die mehreren Wärmetauschräume von einem Teil (43) des Dampfmantels (30) und einem zweiten Mantelteil (40) umschlossen ist, indem der zweite Mantelteil (43) des einen oder der mehreren Wärmetauschräume (41) mit der Aussenseite des Dampfmantels (30) verbunden ist,
      und in dem einen oder den mehreren Wärmetauschräumen (41) Kühlrohre (42) für die Wasser-Wasser-Kühlung angeordnet sind,
      und der integrierte Apparat (20) für die Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung eine oder mehrere gemeinsamen Wassereintrittskammern (21) und eine oder mehrere gemeinsamen Umlenkkammern für ein Kühlmittel aufweist, das für die Dampfkondensation und die Wasser-Wasser-Kühlung bestimmt ist, und für die Dampfkondensation und Wasser-Wasser-Kühlung je separate Wasseraustrittskammern aufweist,
      und die Kühlrohre (33) im Dampfraum und die Kühlrohre im Wärmetauschraum für die Wasser-Wasser-Kühlung jeweils mit der gemeinsamen Wassereintrittskammer (21), jeweils mit der gemeinsamen Wasserumlenkkammer (24) und jeweils den separaten Wasseraustrittskammern über Rohrböden (29) verbunden sind.
    EP01114086A 2000-07-04 2001-06-09 Kombi- oder Dampfkraftanlage Withdrawn EP1174672A3 (de)

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