EP1576331A1 - Entlüftungs-/entgasungssystem für kraftwerkskondensatoren - Google Patents

Entlüftungs-/entgasungssystem für kraftwerkskondensatoren

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EP1576331A1
EP1576331A1 EP03798937A EP03798937A EP1576331A1 EP 1576331 A1 EP1576331 A1 EP 1576331A1 EP 03798937 A EP03798937 A EP 03798937A EP 03798937 A EP03798937 A EP 03798937A EP 1576331 A1 EP1576331 A1 EP 1576331A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
condensate
degassing system
venting
condenser
suction
Prior art date
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Granted
Application number
EP03798937A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1576331B1 (de
Inventor
Francisco Blangetti
Hartwig E. Wolf
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1576331A1 publication Critical patent/EP1576331A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1576331B1 publication Critical patent/EP1576331B1/de
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Expired - Fee Related 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
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/10—Auxiliary systems, arrangements, or devices for extracting, cooling, and removing non-condensable gases

Definitions

  • the invention relates to the field of power plant technology. It concerns a vent. Degassing system for power plant capacitors according to the preamble of patent claim 1.
  • Power plant capacitors are devices that reduce the back pressure by precipitating the exhaust steam from steam turbines. Their task is to dissipate the heat of the steam, which is not converted into electricity, to the environment.
  • the performance of the condenser significantly influences the efficiency of the overall system and thus the generator output via the turbine back pressure.
  • venting or degassing suction devices are used, which are connected to the condensers in such a way that they suck a gas / steam mixture out of the condensation space of the condensers at a point where the steam pressure and the gas concentration are as high as possible.
  • the reason for this measure is the deterioration in the condensation performance and thus the condensation pressure in power plants caused by the reduction in the heat transfer coefficient due to the presence of even low concentrations of non-condensable components, which are also referred to as inert gases.
  • so-called air coolers are installed in the condensation chamber.
  • Air coolers are funnel-shaped sheet metal constructions in a pipe structure. They bring about a spatial acceleration of the steam / inert gas mixture, so that the steam velocity at the tube web does not fall too low due to the self-sucking effect of the condensation and the suction system and remains in the range of 2-3 m / s. This partially reduces the negative effects of the non-condensable gases.
  • the air cooler arranged inside the condenser thus has the function of achieving the greatest possible enrichment of the inert gases (non-condensable gases) in the mixture, because the following advantages are to be achieved thereby:
  • the concentration of the non-condensable components is too small, the enthalpy input of the excess steam is subject to additional thermal stress, which causes cavitation problems when using water ring pumps and water jet suction devices, while steam jet suction devices are less sensitive to this phenomenon.
  • the loss of condensation through the presence of inert gases is massive.
  • the condensation output is typically 20-30 kW / m 2 in the main condenser bore, it can drop to 0.3-0.5 kW / m 2 in the pre-cooler and air cooler room. This corresponds to a reduction of the heat flow densities by one and a half orders of magnitude.
  • a disadvantage of this known prior art is that inadequate suction capacity often occurs in power plants, especially when retrofitting condensers in boiling water reactors with a simultaneous increase in output. Then the existing suction capacity is usually no longer sufficient for the newly set pressure and the current thermal output.
  • the aim of the invention is to avoid the mentioned disadvantages of the prior art.
  • the invention is based on the task of developing a venting / degassing system for power plant condensers, with which it is possible, in the case of converted condensers, to provide adequate suction power with the original suction unit, that is to say without replacement / retrofitting, even under new pressure and increased thermal output of the original suction unit.
  • the pressure drop can be reduced via the suction line and cavitation problems, especially in suction units with water ring pumps and water jet pumps, can be avoided.
  • this object is achieved in a venting / degassing system for power plant condensers which have a condensate collector and optionally an air cooler, the venting.
  • Degassing system consists essentially of a suction unit and a suction line for a vapor / inert gas mixture and said suction line connects the condenser or, in the presence of an air cooler, the ventilator of the condenser to the suction unit, solved in that a device for direct contact condensation is arranged in said suction line , which can be flowed through by the steam / inert gas mixture in direct contact in countercurrent to the cooled condensate from the condensate collector.
  • the system according to the invention makes it possible to enrich the concentration of the non-condensable components while at the same time reducing the mass / volume flow of the suction mixture.
  • sufficient suction power can be achieved with the original suction unit, ie without replacing / retrofitting the original suction unit.
  • the pressure loss through the suction line is reduced because the volume flow is reduced.
  • Cavitation problems, especially in suction units with water ring pumps and water jet pumps, are avoided because the gas mixture is removed from the cavitation limit.
  • the direct contact condensation eliminates the resistance of the wall and fouling, which worsen the heat transfer coefficient. Due to the constant destruction / new formation of the material and temperature boundary layers in the device for direct contact condensation (Start-up conditions) good transport performance can be achieved in both phases by the flow deflection. '
  • the device for direct contact condensation consists of at least one packing column. Further advantageous alternatives are step / ground contact devices or spray devices.
  • the device for direct contact condensation is installed outside the capacitor. If there is sufficient space, the device can also be arranged inside the capacitor.
  • a first condensate line with a condensate pump arranged branches off from the condensate collection vessel
  • a second condensate line branches off downstream of the condensate pump from the first condensate line, which is connected to a tube or plate heat exchanger through which cooling water flows, in which the condensate is heated to a temperature is cooled near the cooling water inlet temperature, and when from the tube or plate heat exchanger a third condensate line for the cooled condensate to the device for direct contact condensation.
  • Liquid distribution devices for example a spray device, are arranged. If the condensate is guided in this way, that is to say branched off after the condensate pump and routed to the condenser using the recirculation line, this advantageously ensures that a minimum amount is also present when starting up or in part-load operation. In addition, the amount of condensate required is very small.
  • the cooling of the condensate from the condensation temperature down to about the cooling water inlet temperature can be implemented particularly well in tube or plate heat exchangers.
  • the device for direct contact condensation has a siphon for the condensate mixture the returned cold condensate and the newly formed condensate in the device and the siphon opens into the condenser in such a way that the condensate mixture is vented as a wet wall column.
  • composition of the mixture can be cleaned by changing the cold condensate flow and / or its temperature.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the circuit diagram of the vent according to the invention. Degassing system and
  • Fig. 2 is an enlarged detail of Fig. 1, which the device for
  • FIGS. 1 and 2 The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the circuit diagram of the vent according to the invention. Degassing system for one Power plant capacitor, while FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1.
  • the condenser 1 has a condenser neck 2, a steam dome 3, condenser tubes 5 arranged in the condensation space 4 and an air cooler 6 as well as an inlet water chamber 7, an outlet water chamber 8 and a condensate collection container 9 (Hotwell).
  • a first condensate line 10 branches off from the condensate collecting container 9, in which a condensate pump 11 is arranged.
  • a second condensate line 12 branches off from the line 10, which leads to the entry of a plate heat exchanger 13.
  • a throttle device for regulating the mass flow of condensate and for reducing the pressure from approx. 40-50 bar to 2-3 bar is arranged in line 12, which is very important for the plate heat exchanger 13.
  • the outlet of the plate heat exchanger 13 is connected to a third condensate line 14, which leads to a device for direct condensation 15 consisting of at least one packing column 17 and opens into the part of the device 15 which is located above the packing column 17.
  • An orifice 27 is arranged in line 14, which serves to prevent two-phase flow from occurring in the water supply line.
  • a liquid distribution device 23 for the cold condensate 24 is arranged at the end of the condensate line 14. In this exemplary embodiment, the device 15 is arranged outside the capacitor 1.
  • the packing column 17 known per se consists of internals with a very large surface area. From the lower part of the device 15, which is located below the packing column 17, a siphon 18 branches off. The siphon 18 opens into the condenser 1 in such a way that the condensate mixture is vented as a wet wall column.
  • a suction line 19 coming from the air cooler 6 for the steam / inert gas mixture 20 opens into the lower part of the device 15.
  • a suction line 21 branches off from the upper part of the device 15 for the volume flow of the steam / inert gas mixture 20 which is reduced in the packing column 17.
  • the suction line 21 opens into the suction unit 22.
  • the suction unit 22 is a vacuum pump, for example a water jet pump, a water ring pump or a steam jet suction device.
  • Turbine exhaust 25 flows through the condenser neck 2 and the steam dome 3 of the condenser 1 into the condensation space 4. Cooling water 26 is fed uniformly to the condenser tubes 5 via the inlet water chamber 7, flows through the condenser tubes 5 and leaves the condenser 1 via the outlet water chamber 8 On the outside of the condenser tubes 5, the turbine exhaust 25 condenses and gives off the heat of condensation to the cooling water 26 in the interior of the tubes 5. The resulting condensate is collected in the condensate collection container 9 and fed back to the water / steam circuit via line 10 by means of a condensate pump 11.
  • Part of the condensate is branched off from the line 10 after the condensate pump 11 and recirculated to the condenser 1, so that a minimum amount is available when starting up or under partial load.
  • the amount of condensate required for this is small. For example, it is approx. 3-5 kg for a ratio of 1 to 30-40 for suction mixture mass flow to cold condensate for a condenser of the 300 MWe class.
  • the condensate to be returned to the condenser 1 is fed to the plate heat exchanger 13 via the line 12. Since this is also fed with cold cooling water 25, heat exchange takes place there.
  • the condensate is cooled from the condensation temperature to approx. 1 K degree in relation to the cooling water inlet temperature.
  • a tubular heat exchanger can also be used instead of a plate heat exchanger. With these devices, however, 100% redundancy should be provided, since cleaning should alternatively be carried out.
  • the at least one packing column 17 consists of packing elements or structured packings with a very large surface area.
  • the volume-specific transfer area of the pack of a product available on the market is approximately 250 m 2 / m 3 .
  • a tube with an outer diameter of 24 mm and a web of 8 mm results in approximately 85 m 2 / m 3 .
  • the at least one packing column 17 is flowed through in direct contact in counterflow from cooled condensate 24 and the steam / inert gas mixture 20, which is introduced from the air cooler 6 via the suction line 19 into the lower part of the device 15. Due to the direct contact and the large surface of the pack, which lead to long dwell times and turbulence, the heat transfer is significantly improved. Therefore, part of the steam in the steam / inert gas mixture 20 is condensed. The reduction in the steam fraction reduces the total mass flow of the steam / inert gas mixture 20, which is fed to the suction unit 22 via the suction line 21.
  • the volume flow can be reduced by 35-45%, as a result of which the pressure loss in the suction line 21 is reduced by more than half.
  • the pressure drop across the packing is less than 1 mbar at a load factor of 1.72 at the bottom of the packing.
  • the volume reduction can be improved further by increasing the ratio of the liquid volume flow (cold condensate 24) to the counter volume flow (steam / inert gas mixture 24).
  • composition of the mixture can be controlled properly by changing the cold water flow and / or its temperature.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment described.
  • the device 15 can also be arranged inside the condenser 1 if there is enough space, or the device 15 can be dispensed with entirely on the internal air cooler 6 in the condenser 1.
  • packing columns 17, tray columns, step columns or simply spray devices can also advantageously be used as devices 15.
  • a tubular heat exchanger can also be arranged in the system instead of the plate heat exchanger.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Entlüftungs-/Entgasungssystem für einen Kraftwerkskondensator (1), welcher einen Kondensatsammelbehälter (9) und wahlweise einen Luftkühler (6) aufweist, wobei das Entlüftungs-/Entgasungssystem im wesentlichen aus einem Saugeraggregat (22) und einer Saugleitung (19, 21) für ein Dampf/Inertgasgemisch (20) besteht und die besagte Saugleitung (19, 21) den Kondensator(1) bzw. bei Vorhandensein eines Luftkühlers (6) den Lüftkühler (6) des Kondensators (1) mit dem Saugeraggregat (22) verbindet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (19, 21) eine Vorrichtung (15) zur Direktkontaktkondensation, beispielsweise eine Packungssäule (17) oder eine Bodenkontaktapparat, angeordnet ist, welche von dem Dampf/Inertgasgemisch (20) im direkten Kontakt im Gegenstrom zu erkaltetem Kondensat (24) aus dem Kondensatsammelbehälter (9) durchströmbar ist.

Description

Entlüftungs-/ Entgasungssystem für Kraftwerkskondensatoren
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft ein Entlüftungs-. Entgasungssystem für Kraftwerkskondensatoren gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Kraftwerkskondensatoren sind Vorrichtungen, die durch Niederschlagen des Abdampfes von Dampfturbinen zur Verringerung des Gegendruckes führen. Sie haben die Aufgabe, die nicht in Elektrizität umgewandelte Wärme des Dampfes an die Umgebung abzuführen.
Bekannt sind beispielsweise Oberflächenkondensatoren, welche aus einem Kessel mit eingebautem Röhrensystem bestehen. Turbinendampf strömt während des Betriebes der Kraftwerksanlage über einen Einiass, den Kondensatorhals, in den Kondensationsraum ein, wo er an der Aussenseite der Kondensatorrohre, die von einem Kühlmittel, meist Kühlwasser, durchflössen werden, niedergeschlagen wird. Das anfallende Kondensat wird in einem Kondensatsammelgefäss, dem Hotwell, im unteren Bereich des Kondensators gesammelt und mittels Kondensatpumpen wieder dem Wasser- Dampf-Kreislauf zugeführt. Es gelangt dabei über die Vorwärmer und die Speisewasserleitung in den Kessel, wo es wieder verdampft wird und als Arbeitsdampf die Turbinen antreibt.
Über den Turbinengegendruck beeinflusst die Leistungsfähigkeit des Kondensators massgeblich den Wirkungsgrad der Gesamtanlage und damit die Generatorleistung.
Da der Kondensatordruck unter dem atmosphärischen Druck liegt, dringt kontinuierlich etwas Leckluft in den Kondensator ein. Diese Luft sowie auch andere nichtkondensierbare Anteile, wie z. B. endogene nichtkondensierbare Radiolysegase (= nichtkondensierbare Mischung aus H2 und O2 aus der stöchiometrischen Zersetzung von Wasser), müssen aus den Kondensatoren entfernt werden.
Hierzu werden Entlüftungs- bzw. Entgasungssauger eingesetzt, die so an die Kondensatoren angeschlossen sind, dass sie eine Gas/Dampfmischung an einer Stelle möglichst geringen Dampfdruckes und einer möglichst hohen Gaskonzentration aus dem Kondensationsraum der Kondensatoren absaugen.
Der Grund für diese Massnahme liegt in der Verschlechterung der Kondensationsleistung und damit des Kondensationsdruckes in Kraftwerksanlagen verursacht durch die Verringerung des Wärmeübergangskoeffizienten infolge Anwesenheit selbst geringer Konzentrationen von nichtkondensierbaren Komponenten, welche auch als Inertgase bezeichnet werden. Diese Verschlechterung ist bereits bei einem Bruchteil von Prozenten in Molanteil feststellbar und bewirkt ab etwa 1 % (Stoffmengenanteil Luft = 0,01) eine massive Verschlechterung des Wärmeübergangs. Um diesen Effekt zu minimieren, werden im Kondensationsraum sogenannte Luftkühler eingebaut.
Luftkühler sind trichterförmige Blechkonstruktionen im Rohrverband. Sie bewirken eine räumliche Beschleunigung der Dampf/Inertgasmischung, so dass die Dampfgeschwindigkeit am Rohrsteg durch den selbstsaugenden Effekt der Kondensation und des Saugsystems nicht zu tief fällt und im Bereich von 2-3 m/s bleibt. Dadurch wird die negative Wirkung der nichtkondensierbaren Gase teilweise reduziert. Am Ende des trichterförmigen Luftkühlers wird die Gas/Dampfmischung, die einen Inertgasanteil von wenigen Prozenten bis ca. 20% in Molanteil (Stoffmengenanteil Luft = 0,2) aufweist, durch die Saugeraggregate, z. B. Vakuumpumpen, nach aussen entfernt. Weiterhin resultiert aus der Anreicherung der Inertgase in der Mischung eine signifikante Verringerung des Massen-/ Volumenstromes des abzusaugenden Gemisches.
Der innerhalb des Kondensators angeordnete Luftkühler hat somit die Funktion, eine möglichst hohe Anreicherung der Inertgase (nichtkondensierbare Gase) in der Mischung zu erzielen, weil dadurch folgende Vorteile erreicht werden sollen:
- Verbesserung der Leistung der Vakuumpumpen (tiefer Saugdruck) - Verringerung der erforderlichen Vakuumpumpleistung
- Verringerung des Verlustes an Kreislaufstoff (reines Wasser)
Wenn die Konzentration der nichtkondensierbaren Komponenten zu klein ist, wird der Sauger durch den Enthalpieeintrag des Dampfexzesses thermisch zusätzlich belastet, wodurch Kavitationsprobleme im Falle des Einsatzes von Wasserringpumpen und Wasserstrahlsaugern hervorgerufen werden, während Dampfstrahlsauger auf dieses Phänomen weniger empfindlich sind. Der Verlust an Kondensationsleistung durch die Anwesenheit von Inertgasen ist massiv. So beträgt die Kondensationsleistung typischerweise 20-30 kW/m2 in der Hauptkondensatorberohrung, sie kann im Vorkühler- und Luftkühlerraum auf 0.3-0.5 kW/m2 sinken. Dies entspricht einer Reduktion der Wärmestromdichten um anderthalb Grössenordnungen.
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass in den Kraftwerksanlagen häufig eine unzureichende Saugerkapazität auftritt, speziell beim Kondensator-Retrofitting von Siedewasserreaktoren mit gleichzeitiger Leistungserhöhung. Dann reicht die vorhandene Saugerkapazität meist nicht mehr für den neu eingestellten Druck und die aktuelle thermische Leistung aus.
Aber auch in konventionellen und nuklearen Anlagen mit Druckwasserreaktoren sind Probleme durch unzureichende Saugerkapazität bekannt. Die Ursache dafür liegt z. B. in nicht-adäquaten Bündeldesigns, Perforationen und Leckagen in den Leitungen sowie in Verbesserung des Vakuums durch Retrofitts, wofür die bestehenden Sauger nicht ausgelegt sind.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Standes der Technik besteht beispielsweise im Druckverlust über die Saugleitung.
Darstellung der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Der Erfi ndung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Entlüftungs-/ Entgasungssystem für Kraftwerkskondensatoren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, bei umgerüsteten Kondensatoren auch bei neuem Druck und erhöhter thermischer Leistung eine ausreichende Saugerleistung mit dem ursprünglichen Saugeraggregat, d. h. also ohne Ersatz/Umrüstung des ursprünglichen Saugeraggregates, zu erzielen. Zudem soll der Druckverlust über die Saugleitung verringert werden und Kavitationsprobleme speziell bei Saugeraggregaten mit Wasserringpumpen und Wasserstrahlpumpen vermieden werden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einem Entlüftungs-/ Entgasungssystem für Kraftwerkskondensatoren, welche einen Kondensatsammelbehälter und wahlweise einen Luftkühler aufweisen, wobei das Entlüftungs-. Entgasungssystem im wesentlichen aus einem Saugeraggregat und einer Saugleitung für ein Dampf/Inertgasgemisch besteht und die besagte Saugleitung den Kondensator bzw. bei Vorhandensein eines Luftkühlers den Lüftkühler des Kondensators mit dem Saugeraggregat verbindet, dadurch gelöst, dass in der besagten Saugleitung eine Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation angeordnet ist, welche von dem Dampf/Inertgasgemisch im direkten Kontakt im Gegenstrom zu erkaltetem Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter durchströmbar ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass es mit dem erfindungsgemässen System möglich ist, eine Anreicherung der Konzentration der nichtkondensierbaren Komponenten bei gleichzeitiger Verringerung des Massen-/Volumenstromes der Saugermischung zu erreichen. Dadurch kann bei umgerüsteten Kondensatoren auch bei neuem Druck und erhöhter thermischer Leistung eine ausreichende Saugerleistung mit dem ursprünglichen Saugeraggregat, d. h. ohne Ersatz/Umrüstung des ursprünglichen Saugeraggregates erreicht werden. Zudem wird der Druckverlust über die Saugleitung verringert, weil sich der Volumenstrom reduziert. Kavitationsprobleme speziell bei Saugaggregaten mit Wasserringpumpen und Wasserstrahlpumpen werden vermieden, weil die Gasmischung von der Kavitationsgrenze entfernt ist. Weitere Vorteile bestehen darin, dass durch die Direktkontaktkondensation die Widerstände der Wandung und Fouling entfallen, die den Wärmeübergangskoeffizienten verschlechtern. Durch die ständige Zerstörung/Neubildung der Stoff- und Temperaturgrenzschichten in der Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation (Anlaufbedingungen) lassen sich in beiden Phasen durch die Strömungsumlenkung gute Transportleistungen erzielen. '
Es ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation aus mindestens einer Packungssäule besteht. Weiter vorteilhafte Alternativen sind Stufen-/Bodenkontaktapparate oder Sprühvorrichtungen.
Es ist zweckmässig, wenn die Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation ausserhalb des Kondensators eingebaut wird. Falls ausreichender Platz vorhanden ist, kann die Vorrichtung auch im Inneren des Kondensators angeordnet sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn vom Kondensatsammelgefäss eine erste Kondensatleitung mit einer darin angeordneten Kondensatpumpe abzweigt, stromab der Kondensatpumpe von der ersten Kondensatleitung eine zweite Kondensatleitung abzweigt, welche mit einem von Kühlwasser durchströmten Röhren- oder Plattenwärmeübertrager verbunden ist, in welchem das Kondensat auf eine Temperatur nahe der Kühlwassereintrittstemperatur abgekühlt wird, und wenn vom Röhren- oder Plattenwärmeübertrager eine dritte Kondensatleitung für das erkaltete Kondensat zu der Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation. In dieser Vorrichtung können
Flüssigkeitsverteilvorrichtungen, beispielsweise eine Sprühvorrichtung, angeordnet sind. Wenn das Kondensat derartig geführt wird, also nach der Kondensatpumpe abgezweigt und unter Verwendung der Rezirkulationsleitung zum Kondensator geleitet wird, wird damit vorteilhaft gewährleistet, dass auch beim Anfahren bzw. im Teillastbetrieb eine Mindestmenge vorhanden ist. Ausserdem ist die benötigte Kondensatmenge nur sehr klein. Die Kühlung des Kondensates von der Kondensationstemperatur bis auf etwa Kühlwassereintrittstemperatur kann besonders gut in Röhren- oder Plattenwärmeübertragern realisiert werden.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation einen Syphon für die Kondensatmischung aus dem zurückgeführten kalten Kondensat und dem in der Vorrichtung neu gebildeten Kondensat aufweist und der Syphon derart in den Kondensator mündet, dass eine Entlüftung der Kondensatmischung als Wandnasskolonne erfolgt.
Schliesslich ist es vorteilhaft, dass sich durch Änderung des kalten Kondensatstromes und/oder seiner Temperatur die Zusammensetzung der Mischung säubern steuern lässt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schaltschemas des erfindungsgemässen Entlüftungs-. Entgasungssystems und
Fig. 2 ein vergrössertes Detail aus Fig. 1 , welches die Vorrichtung zur
Direktkontaktkondensation zeigt.
In den Figuren sind jeweils gleiche Positionen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen bezeichnet.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Schaltschemas des erfindungsgemässen Entlüftungs-. Entgasungssystems für einen Kraftwerkskondensator, während Fig. 2 ein vergrössertes Detail aus Fig. 1 zeigt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist es zweckmässig, beide Figuren zusammen zu betrachten.
Der Kondensator 1 weist einen Kondensatorhals 2, einen Dampfdom 3, im Kondensationsraum 4 angeordnete Kondensatorrohre 5 und einen Luftkühler 6 sowie eine Eintrittswasserkammer 7, eine Austrittswasserkammer 8 und einen Kondensatsammelbehälter 9 (Hotwell) auf. Vom Kondensatsammelbehälter 9 zweigt eine erste Kondensatleitung 10 ab, in welcher eine Kondensatpumpe 11 angeordnet ist.
Stromab der Kondensatpumpe 11 zweigt von der Leitung 10 eine zweite Kondensatleitung 12 ab, welche zum Eintritt eines Plattenwärmeübertragers 13 führt. In der Leitung 12 ist eine Drosselvorrichtung zur Regulierung des Kondensatmassenstromes und zur Reduzierung des Druckes von ca. 40-50 bar auf 2-3 bar angeordnet, was für den Plattenwärmeübertrager 13 sehr wichtig ist.
Der Austritt des Plattenwärmeübertragers 13 ist mit einer dritten Kondensatleitung 14 verbunden, die zu einer aus mindestens einer Packungssäule 17 bestehenden Vorrichtung zur Direktkondensation 15 führt und in den Teil der Vorrichtung 15 mündet, welcher sich oberhalb der Packungssäule 17 befindet. In der Leitung 14 ist eine Blende 27 angeordnet, welche dazu dient, keine Zwei-Phasenströmung in der Wasserzufuhrleitung entstehen zu lassen. Am Ende der Kondensatleitung 14 ist eine Flüssigkeitsverteilvorrichtung 23 für das kalte Kondensat 24 angeordnet. Die Vorrichtung 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausserhalb des Kondensators 1 angeordnet.
Die an sich bekannte Packungssäule 17 besteht aus Einbauten mit sehr grosser Oberfläche. Vom unteren Teil der Vorrichtung 15, welcher sich unterhalb der Packungssäule 17 befindet, zweigt ein Syphon 18 ab. Der Syphon 18 mündet derart in den Kondensator 1 , dass eine Entlüftung der Kondensatmischung als Wandnasskolonne erfolgt.
In den unteren Teil der Vorrichtung 15 mündet eine vom Luftkühler 6 kommende Saugleitung 19 für das Dampf/Inertgasgemisch 20.
Aus dem oberen Teil der Vorrichtung 15 zweigt eine Saugleitung 21 für den in der Packungssäule 17 reduzierten Volumenstrom des Dampf/Inertgasgemisches 20 ab. Die Saugleitung 21 mündet in das Saugeraggregat 22. Das Saugeraggregat 22 ist eine Vakuumpumpe, beispielsweise eine Wasserstrahlpumpe, eine Wasserringpumpe oder ein Dampfstrahlsauger.
Das System funktioniert folgendermassen:
Turbinenabdampf 25 strömt durch den Kondensatorhals 2 und den Dampfdom 3 des Kondensators 1 in den Kondensationsraum 4. Kühlwasser 26 wird über die über die Eintrittswasserkammer 7 gleichmässig den Kondensatorrohren 5 zugeführt, strömt durch die Kondensatorrohre 5 und verlässt über die Austrittswasserkammer 8 den Kondensator 1. Auf der Aussenseite der Kondensatorrohre 5 kondensiert der Turbinenabdampf 25 und gibt die Kondensationswärme an das Kühlwasser 26 im Inneren der Rohre 5 ab. Das anfallende Kondensat wird im Kondensatsammelbehälter 9 gesammelt und über die Leitung 10 mittels Kondensatpumpe 11 dem Wasser- Dampf-Kreislauf wieder zugeführt.
Ein Teil des Kondensats wird nach der Kondensatpumpe 11 aus der Leitung 10 abgezweigt und zum Kondensator 1 rezirkuliert, damit beim Anfahren oder bei Teillast eine Mindestmenge vorhanden ist. Die hierzu benötigte Kondensatmenge ist gering. Sie beträgt beispielsweise ca. 3-5 kg für ein Verhältnis von 1 zu 30-40 für Saugermischungsmassenstrom zu kaltem Kondensat für einen Kondensator der Klasse 300 MWe. Das zum Kondensator 1 zurückzuführende Kondensat wird über die Leitung 12 dem Plattenwärmeübertrager 13 zugeführt. Da dieser auch mit kaltem Kühlwasser 25 gespeist wird, findet dort ein Wärmeaustausch statt. Es erfolgt eine Kühlung des Kondensates von der Kondensationstemperatur bis auf ca. 1 K Grädigkeit in Bezug auf die Kühlwassereintrittstemperatur. Anstelle eines Plattenwärmeübertragers lässt sich auch gut ein Röhrenwärmeübertrager einsetzen. Bei diesen Apparaten sollte man jedoch eine 100%ige Redundanz vorsehen, da alternativ gereinigt werden soll.
Das kalte Kondensat 24, welches nun eine Temperatur nahe der Eintrittstemperatur des Kühlwassers 26 aufweist, wird anschliessend über die Leitung 14 der aus mindestens einer Packungssäule 17 bestehenden Vorrichtung 15 zugeführt und über eine Flüssigkeitsverteilvorrichtung 23, beispielsweise Sprühdüsen, auf der Packungssäule 17 verteilt. Die mindestens eine Packungssäule 17 besteht bekanntermassen aus Füllkörpern oder strukturierten Packungen mit sehr grosser Oberfläche. Beispielsweise beträgt die volumenspezifische Übertragungsfläche der Packung eines am Markt erhältlichen Produktes ca. 250 m2/m3. Eine Berohrung mit einem Aussendurchmesser von 24 mm und einem Steg von 8 mm ergibt etwa 85 m2/ m3.
Die mindestens eine Packungssäule 17 wird im direkten Kontakt im Gegenstrom von erkaltetem Kondensat 24 und der Dampf/Inertgasmischung 20, welche vom Luftkühler 6 über die Saugleitung 19 in den unteren Teil der Vorrichtung 15 eingebracht wird, durchströmt. Aufgrund des Direktkontaktes und der grossen Oberfläche der Packung, die zu hohe Verweilzeiten und Verwirbelungen führen, wird der Wärmeübergang wesentlich verbessert. Es kommt daher zur Kondensation eines Teils des Dampfes in der Dampf/Inertgasmischung 20. Durch die Reduktion des Dampfanteiles wird der Gesamtmassenstrom der Dampf/Inertgasmischung 20 reduziert, der über die Saugleitung 21 dem Saugeraggregat 22 zugeführt wird. In einem Beispiel wurde ermittelt, dass der Volumenstrom sich um 35-45 % reduzieren lässt, wodurch der Druckverlust in der Saugleitung 21 um mehr als die Hälfte verringert ist. Der Druckverlust über die Packung ist bei einem Belastungsfaktor von 1.72 am Sumpfende der Packung weniger als 1 mbar. Durch eine Erhöhung des Verhältnisses von Flüssigkeitsvolumenstrom (kaltes Kondensat 24) zu Gegenvolumenstrom (Dampf/Inertgasmischung 24) lässt sich die Volumenreduktion noch verbessern.
Durch eine Änderung des kalten Wasserstromes und/oder seiner Temperatur lässt sich die Zusammensetzung der Mischung sauber steuern.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Vorrichtung 15 auch innerhalb des Kondensators 1 angeordnet sein, falls genügend Platz vorhanden ist, oder man kann aufgrund der Vorrichtung 15 ganz auf den internen Luftkühler 6 im Kondensator 1 verzichten. Ausser Packungssäulen 17 sind als Vorrichtungen 15 auch vorteilhaft Bodenkolonnen, Stufenkolonnen oder einfach Sprühvorrichtungen einsetzbar. Ausserdem kann anstelle des Plattenwärmeübertragers auch ein Röhrenwärmeübertrager im System angeordnet sein.
Folgende Vorteile ergeben sich beim Einsatz der Erfindung:
- Verbesserung der Saugkapazität, speziell bei umgerüsteten Kondensatoren, wenn die bestehenden Saugeraggregate für den neu eingestellten Druck und die aktuelle thermische Leistung nicht mehr ausreichend sind. Die Anwendung dieses Konzeptes stellt eine technisch und wirtschaftlich günstigere Alternative zum Ersatz/zur Umrüstung des Saugeraggregates dar. - Verschiebung des „cut-off'-Kondensatordruckes zu tieferen Teillastwerten
- Reduzierung des Kreislaufwasserverlustes durch Absaugung
- Ergänzung und/oder teilweiser bzw. vollständiger Ersatz des internen Luftkühlers des Kondensators Verringerung des Druckverlustes über die Saugleitung durch Reduktion des Volumenstromes des Gasgemisches
Gewinnung von Abstand von der Kavitationsgrenze von Wasserringpumpen und Wasserstrahlsaugern
Bezugszeichenliste
Kondensator
Kondensatorhals
Dampfdom
Kondensationsraum
Kondensatorrohre
Luftkühler
Eintrittswasserkammer
Austrittswasserkammer
Kondensatsammelbehälter
Erste Kondensatleitung
Kondensatpumpe
Zweite Kondensatleitung
Röhren- oder Plattenwärmeübertrager
Dritte Kondensatleitung
Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation
Drosselvorrichtung
Packungssäule
Syphon
Saugleitung
Dampf/Inertgasgemisch
Saugleitung
Saugeraggregat
Flüssigkeitsverteilvorrichtung
Kaltes Kondensat
Turbinenabdampf
Kühlwasser
Blende

Claims

Patentansprüche
1. EntlüftungsJEntgasungssystem für einen Kraftwerkskondensator (1 ), welcher einen Kondensatsammelbehälter (9) und wahlweise einen Luftkühler (6) aufweist, wobei das EntlüftungsJEntgasungssystem im wesentlichen aus einem Saugeraggregat (22) und einer Saugleitung (19,
21) für ein Dampf/Inertgasgemisch (20) besteht und die besagte Saugleitung (19, 21 ) den Kondensator(l) bzw. bei Vorhandensein eines Luftkühlers (6) den Lüftkühler (6) des Kondensators (1 ) mit dem Saugeraggregat (22) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (19, 21 ) eine Vorrichtung (15) zur Direktkontaktkondensation angeordnet ist, welche von dem Dampf/Inertgasgemisch (20) im direkten Kontakt im Gegenstrom zu erkaltetem Kondensat (24) aus dem Kondensatsammelbehälter (9) durchströmbar ist.
2. EntlüftungsJEntgasungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vom Kondensatsammelbehälter (9) eine erste Kondensatleitung (10) mit einer darin angeordneten Kondensatpumpe (11) abzweigt, stromab der Kondensatpumpe (11) von der ersten Kondensatleitung (10) eine zweite Kondensatleitung (11 ) abzweigt, welche mit einem von Kühlwasser durchströmten Röhren- oder
Plattenwärmeübertrager (13) verbunden ist, in welchem das Kondensat auf eine Temperatur nahe der Kühlwassereintrittstemperatur abgekühlt wird, und dass vom Röhren- oder Plattenwärmeübertrager (13) eine dritte Kondensatleitung (14) für das erkaltete Kondensat (24) zu der Vorrichtung (15) zur Direktkontaktkondensation führt.
3. EntlüftungsJEntgasungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) aus wenigstens einer Packungssäule (17) besteht.
4. EntlüftungsJEntgasungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) aus einem Stufen-/ Bodenkontaktapparat besteht.
5. Entlüftungs-. Entgasungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) aus einer Sprühvorrichtung besteht.
6. Entlüftungs-. Entgasungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) ausserhalb des Kondensators (1 ) angeordnet ist.
7. Entlüftungs-. Entgasungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) im Inneren des Kondensators (1) angeordnet ist.
8. Entlüftungs-. Entgasungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Packungssäule (17) eine Flüssigkeitsverteilvorrichtung (23) angeordnet ist.
9. EntlüftungsJEntgasungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) zur Direktkontaktkondensation einen Syphon (18) für die Kondensatmischung aus dem zurückgeführten kalten Kondensat (24) und dem in der Vorrichtung (15) neu gebildeten Kondensat aufweist und der Syphon (18) derart in den Kondensator (1) mündet, dass eine Entlüftung der
Kondensatmischung als Wandnasskolonne erfolgt.
10.Entlüftungs-/Entgasungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es verwendet wird bei umgerüsteten Kondensatoren (1 ).
H .Entlüftungs-Entgasungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es verwendet wird zur Ergänzung und/oder zur teilweisen oder völligen Ersetzung internen Luftkühler (6) eines Oberflächenkatalysators.
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