EP1576331B1 - Kraftwerkskondensator mit entlüftungs-/entgasungssystem - Google Patents

Kraftwerkskondensator mit entlüftungs-/entgasungssystem Download PDF

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EP1576331B1
EP1576331B1 EP03798937A EP03798937A EP1576331B1 EP 1576331 B1 EP1576331 B1 EP 1576331B1 EP 03798937 A EP03798937 A EP 03798937A EP 03798937 A EP03798937 A EP 03798937A EP 1576331 B1 EP1576331 B1 EP 1576331B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
condensate
condenser
power plant
plant condenser
deaeration
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03798937A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1576331A1 (de
Inventor
Francisco Blangetti
Hartwig E. Wolf
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.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology 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 Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1576331A1 publication Critical patent/EP1576331A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1576331B1 publication Critical patent/EP1576331B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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 relates to a power plant condenser with a venting / degassing system according to the preamble of claim 1.
  • Power plant capacitors are devices that result in the reduction of the backpressure of steam boilers by reducing the exhaust steam. They have the task to dissipate the not converted into electricity heat of the steam to the environment.
  • Turbine steam flows during operation of the power plant via an inlet, the condenser neck, in the condensation chamber, where it is on the outside the condenser tubes, which are traversed by a coolant, usually cooling water, is deposited.
  • a coolant usually cooling water
  • the resulting condensate is collected in a condensate collection vessel, the Hotwell, in the lower part of the condenser and fed back into the water-steam circuit by means of condensate pumps. It passes through the preheater and the feedwater pipe into the boiler, where it is vaporized again and drives the turbines as working steam.
  • the capacity of the condenser significantly influences the efficiency of the entire system and thus the generator output via the turbine counterpressure.
  • deaerators or deaerators are used, which are connected to the capacitors so that they aspirate a gas / vapor mixture at a point of the lowest possible vapor pressure and the highest possible gas concentration from the condensation space of the capacitors.
  • the reason for this measure lies in the deterioration of the condensation performance and thus the condensation pressure in power plants caused by the reduction of the heat transfer coefficient due to the presence of even low concentrations of non-condensable components, which are also referred to as inert gases.
  • Air coolers are funnel-shaped sheet metal structures in the pipe network. They cause a spatial acceleration of the steam / inert gas mixture, so that the steam velocity at the pipe web by the self-sucking effect of the condensation and the suction system does not fall too low and remains in the range of 2-3 m / s. This partially reduces the negative effect of the non-condensable gases.
  • the condensation capacity is typically 20-30 kW / m 2 in the Hauptkondensatorberohrung, it can sink in the pre-cooler and air cooler space to 0.3-0.5 kW / m 2 . This corresponds to a reduction of the heat flux densities by one and a half orders of magnitude.
  • a disadvantage of this known state of the art is that in power plants often insufficient suction capacity occurs, especially in the capacitor retrofitting of boiling water reactors with simultaneous increase in power. Then the existing suction capacity is usually no longer sufficient for the newly set pressure and the current thermal performance.
  • DE 199 24 853 A1 discloses a capacitor module system with a device for warming up and degassing make-up water, which is arranged between the module walls of the capacitor modules and in which the make-up water flows in direct contact in countercurrent to the turbine exhaust steam.
  • the aim of the invention is to avoid the mentioned disadvantages of the prior art.
  • the invention is based on the object to develop a power plant condenser with a venting / degassing, with which it is possible with converted capacitors even with new pressure and increased thermal performance sufficient suction power with the original Saugeraggregat, d. H. So without replacement / conversion of the original Saugeraggregates to achieve.
  • the pressure loss is to be reduced via the suction line and cavitation problems are avoided especially in Saugeraggregaten with water ring pumps and water jet pumps.
  • this object is in a power plant condenser, which has a condensate collection and optionally an air cooler, and a venting / degassing with an externally arranged Saugeraggregat and a suction line for a vapor / inert gas mixture, wherein said suction line the condenser or in the presence of an air cooler the Llustkühler of the condenser with the Saugeraggregat connects, solved in that in said suction line, a device for direct contact condensation is arranged, which can be flowed through by direct contact of the vapor / inert gas in countercurrent to erkaltetem condensate from the condensate collector.
  • the advantages of the invention are that it is possible with the inventive system to achieve an enrichment of the concentration of the non-condensable components while reducing the mass / volume flow of the suction mixture.
  • a sufficient suction power can be achieved with the original vacuum unit, ie without replacement / retrofitting of the original vacuum unit.
  • the pressure loss via the suction line is reduced, because the volume flow reduced.
  • Cavitation problems especially with suction units with water ring pumps and water jet pumps are avoided because the gas mixture is removed from the cavitation boundary.
  • Further advantages are that the resistances of the wall and fouling, which worsen the heat transfer coefficient, are eliminated by the direct contact condensation. Due to the constant destruction / new formation of the material and temperature boundary layers in the device for direct contact condensation (start-up conditions) can be achieved in both phases by the flow deflection good transport performance.
  • the device for direct contact condensation consists of at least one packed column. Further advantageous alternatives are step / ground contact devices or spray devices.
  • the device for direct contact condensation is installed outside the capacitor. If sufficient space is available, the device may also be arranged inside the capacitor.
  • the condensate collecting vessel branches off a first condensate line with a condensate pump arranged therein, downstream of the condensate pump from the first condensate line branches off a second condensate line which is connected to a flowed through by cooling water tube or plate heat exchanger, in which the condensate to a temperature is cooled near the cooling water inlet temperature, and if 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 such as a spray device, are arranged.
  • the condensate is guided in such a way, that is branched off after the condensate pump and passed to the condenser using the recirculation line, it is advantageously ensured that even when starting or in partial load operation Minimum quantity is available. In addition, the required amount of condensate is very small.
  • the cooling of the condensate from the condensation temperature to about the cooling water inlet temperature can be particularly well realized in tube or Plattenabiaschreibtragem.
  • the device for direct contact condensation has a siphon for the condensate mixture from the recirculated cold condensate and condensate newly formed in the device and the siphon opens into the condenser such that a venting of the condensate mixture takes place as a wet wall column.
  • composition of the mixture can be controlled by changing the cold condensate stream and / or its temperature.
  • the condenser 1 has a condenser neck 2, a vapor dome 3, condenser tubes 5 arranged in the condenser space 4 and an air cooler 6 and an inlet water chamber 7, an outlet water chamber 8 and a condensate collecting tank 9 (hot well). From the condensate collecting 9 branches off a first condensate line 10, in which a condensate pump 11 is arranged.
  • a throttle device for regulating the condensate mass flow and reducing the pressure of about 40-50 bar is arranged at 2-3 bar, 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 consisting of at least one packing column 17 for direct condensation 15 and opens into the part of the device 15, which is located above the packing column 17.
  • a third condensate line 14 which leads to a device consisting of at least one packing column 17 for direct condensation 15 and opens into the part of the device 15, which is located above the packing column 17.
  • an aperture 27 is arranged, which serves to cause no two-phase flow in the water supply line.
  • a Liquid distribution device 23 for the cold condensate 24 is arranged.
  • the device 15 is arranged outside of the capacitor 1 in this embodiment.
  • the known packing column 17 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 such that a venting of the condensate mixture takes place as a wet wall column.
  • a suction line 19 for the vapor / inert gas mixture 20 coming from the air cooler 6 opens.
  • 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 vacuum.
  • Turbine steam 25 flows through the condenser neck 2 and the steam dome 3 of the condenser 1 in the condensation space 4. Cooling water 26 is uniformly supplied via the inlet water chamber 7 to the condenser tubes 5, flows through the condenser tubes 5 and leaves via the outlet water chamber 8, the condenser 1. Auf the outer side of the condenser tubes 5 condenses the turbine exhaust steam 25 and outputs the heat of condensation to the cooling water 26 in the interior of the tubes 5 from. The resulting condensate is collected in the condensate collection 9 and fed via the line 10 by means of condensate pump 11 to the water vapor cycle again.
  • a portion of the condensate is diverted after the condensate pump 11 from the line 10 and recirculated to the condenser 1, so that when starting or at partial load, a minimum amount is present.
  • the amount of condensate required for this purpose is low. For example, it is about 3-5 kg for a ratio of 1 to 30-40 for sloshable mass flow to cold condensate for a class 300 MWe condenser.
  • the condensate attributable to the condenser 1 is supplied via the line 12 to the plate heat exchanger 13. Since this is fed with cold cooling water 25, there takes place a heat exchange. There is a cooling of the condensate from the condensation temperature to about 1 K Gravency with respect to the cooling water inlet temperature.
  • a tube heat exchanger can also be used well. In these apparatuses, however, one should provide a 100% redundancy, as an alternative to be cleaned.
  • the at least one packing column 17 is known to consist of random packings 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 about 250 m 2 / m 3 .
  • a bore with an outer diameter of 24 mm and a web of 8 mm gives about 85 m 2 / m 3 .
  • the at least one packing column 17 is flowed through in direct contact in counterflow of cooled condensate 24 and the vapor / inert gas mixture 20, which is introduced from the air cooler 6 via the suction line 19 in the lower part of the device 15. Due to the direct contact and the large surface of the packing, which leads to high residence times and Turbulence lead, the heat transfer is significantly improved. The condensation of a portion of the vapor in the vapor / inert gas mixture 20 therefore occurs. The reduction of the vapor fraction reduces the total mass flow of the vapor / inert gas mixture 20, which is supplied to the suction unit 22 via the suction line 21.
  • the volumetric flow can be reduced by 35-45%, reducing the pressure loss in the suction line 21 by more than half.
  • the pressure drop across the packing is less than 1 mbar at a load factor of 1.72 at the sump end of the packing.
  • the composition of the mixture can be controlled cleanly.
  • the invention is not limited to the embodiment described.
  • the device 15 may also be arranged inside the condenser 1, if sufficient space is available, or it is possible entirely to dispense with the internal air cooler 6 in the condenser 1 due to the device 15.
  • packing columns 17 are as devices 15 also advantageous tray columns, stepped columns or simply spray devices used.
  • the plate heat exchanger and a tube heat exchanger can be arranged in the system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft einen Kraftwerkskondensator mit einem Entlüftungs-/Entgasungssystem 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 Einlass, den Kondensatorhals, in den Kondensationsraum ein, wo er an der Aussenseite der Kondensatorrohre, die von einem Kühlmittel, meist Kühlwasser, durchflossen werden, niedergeschlagen wird. Das anfallende Kondensat wird in einem Kondensatsammelgefäss, dem Hotwell, im unteren Bereich des Kondensators gesammelt und mittels Kondensatpumpen wieder dem WasserDampf-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.
  • Aus DE 199 24 853 A1 ist ein Kondensatormodul-System mit einer Vorrichtung zum Aufwärmen und Entgasen von Zusatzwasser bekannt, welche zwischen den Modulwänden der Kondensatormodule angeordnet ist und bei der das Zusatzwasser in direktem Kontakt im Gegenstromprinzip zum Turbinenabdampf strömt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftwerkskondensator mit einem Entlüftungs-/Entgasungssystem 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 Kraftwerkskondensator, welcher einen Kondensatsammelbehälter und wahlweise einen Luftkühler, sowie ein Entlüftungs-/Entgasungssystem mit einem extern angeordneten Saugeraggregat und einer Saugleitung für ein Dampf/Inertgasgemisch aufweist, wobei 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 Plattenwärmeübertragem 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 saubern 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 Kraftwerkskondensators mit Entlüftungs-/Entgasungssystem 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 Kraftwerkskondensators mit Entlüftungs-/Entgasungssystem, 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 WasserDampf-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 hohen 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 Wasserstrahisaugem
    Bezugszeichenliste
    • 1
    Kondensator
    2
    Kondensatorhals
    3
    Dampfdom
    4
    Kondensationsraum
    5
    Kondensatorrohre
    6
    Luftkühler
    7
    Eintrittswasserkammer
    8
    Austrittswasserkammer
    9
    Kondensatsammelbehälter
    10
    Erste Kondensatleitung
    11
    Kondensatpumpe
    12
    Zweite Kondensatleitung
    13
    Röhren- oder Plattenwärmeübertrager
    14
    Dritte Kondensatleitung
    15
    Vorrichtung zur Direktkontaktkondensation
    16
    Drosselvorrichtung
    17
    Packungssäule
    18
    Syphon
    19
    Saugleitung
    20
    Dampf/Inertgasgemisch
    21
    Saugleitung
    22
    Saugeraggregat
    23
    Flüssigkeitsverteilvorrichtung
    24
    Kaltes Kondensat
    25
    Turbinenabdampf
    26
    Kühlwasser
    27
    Blende

Claims (11)

  1. Kraftwerkskondensator (1) mit einem Entlüftungs-/Entgasungssystem, wobei der Kraftwerkskondensator (1) einen Kondensatsammelbehälter (9) und wahlweise einen Luftkühler (6) aufweist, und wobei das Entlüftungs-/Entgasungssystem im wesentlichen aus einem externen 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, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (19, 21) eine Vorrichtung (15) zur Direktkontaktkondensation angeordnet ist, welche über Kondensatleitungen (10,12,14) mit dem Kondensatsammelbehälter (9) verbunden ist und welche während des Betriebes von dem Dampf/Inertgasgemisch (20) im direkten Kontakt im Gegenstrom zu Kalte ein Kondensat (24) aus dem Kondensatsammelbehälter (9) durchströmt wird.
  2. Kraftwerkskondensator (1) 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 (12) 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. Kraftwerkskondensator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) aus wenigstens einer Packungssäule (17) besteht.
  4. Kraftwerkskondensator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) aus einem Stufen-/ Bodenkontaktapparat besteht.
  5. Kraftwerkskondensator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) aus einer Sprühvorrichtung besteht.
  6. Kraftwerkskondensator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) ausserhalb des Kondensators (1) angeordnet ist.
  7. Kraftwerkskondensator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) im Inneren des Kondensators (1) angeordnet ist.
  8. Kraftwerkskondensator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Packungssäule (17) eine Flüssigkeitsverteilvorrichtung (23) angeordnet ist.
  9. Kraftwerkskondensator (1) 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. Kraftwerkskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungs-/Entgasungssystem verwendet wird bei umgerüsteten Kondensatoren (1).
  11. Kraftwerkskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungs-/Entgasungssystem verwendet wird zur Ergänzung und/oder zur teilweisen oder völligen Ersetzung des internen Luftkühler (6).
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