EP1710524B1 - Luftkondensator - Google Patents

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EP1710524B1
EP1710524B1 EP06002967.5A EP06002967A EP1710524B1 EP 1710524 B1 EP1710524 B1 EP 1710524B1 EP 06002967 A EP06002967 A EP 06002967A EP 1710524 B1 EP1710524 B1 EP 1710524B1
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EP
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air
steam
cooled condenser
pipe
fan
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EP06002967.5A
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Michel Vouche
Philippe Nagel
Hans-Georg Schrey
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Balcke Duerr GmbH
Original Assignee
SPX Cooling Technologies GmbH Ratingen
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    • 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
    • F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/02—Auxiliary systems, arrangements, or devices for feeding steam or vapour to condensers
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits

Definitions

  • the invention relates to an air condenser for the condensation of steam by means of air.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an air condenser, with which a small size and cost-effective design, a large cooling capacity with uniform distribution of the steam in the tube bundle is economically achievable.
  • an air condenser which comprises: a steam supply line, at least one upwardly directed tube bundle, which is supplied to be condensed steam, a condensate drainage for the discharge of condensed steam, a fan for air transport through the tube bundle, said the tube bundle is arranged below the fan in a side wall of the air condenser.
  • the overall height of the air condenser is significantly reduced.
  • the tube bundle weights are no longer in great height, but arranged in a relatively low height, so that a lighter support structure of the entire air condenser is possible, which is economically advantageous.
  • a larger available area for tube bundles than in a triangular arrangement in which only the triangular legs are covered with tube bundles.
  • a larger cooling capacity of the air condenser can be achieved with a small footprint.
  • a plurality of tube bundles are arranged so that they form a mutually enclosing closed jacket in the form of a vertically extending polygon. This is advantageous, since thus the entire lateral surface above the bottom can be used for tube bundles.
  • the tube bundle is inclined in a side wall in an angular range of ⁇ 30 ° to the vertical. If the inclination has a negative value, for example -30 °, a funnel-shaped structure of the air condenser results, the cross-sectional area at the lower end (bottom) being smaller than at the upper end (roof).
  • a maximum fan can be provided so that a maximum cooling capacity of the air condenser is achieved.
  • a riser to an upper distribution chamber and from there to at least one of the tube bundle transportable.
  • At least one upwardly directed residual steam pipe for condensing residual steam is provided by a condensate collecting chamber below one of the tube bundles.
  • the residual steam pipe serves to separate steam and inert gases.
  • a residual steam discharge for discharging the inert gases including the non-condensed residual steam is provided at the upper end of the residual steam pipe.
  • the surface outside the tube bundle is sealed airtight. This ensures that the air transported by the fan flows only through the tube bundles.
  • the fan is provided with a diffuser. This allows an increase in the efficiency of the fan.
  • Fig. 1 and Fig. 2 steam is supplied to the air condenser 1 according to the invention via a feed line 2.
  • the steam flows upwards by means of one or more risers 3 and is distributed via distribution lines 4 into a respective distribution chamber 5.
  • distribution lines are in Fig. 2 indicated only schematically; they can fanned out further to the distribution chamber 5 or split into several lines.
  • the distribution chambers 5 are arranged in the upper region of the air condenser. Below the distribution chambers 5 are tube bundles, which are shown schematically by the reference numeral 6. Depending side wall 18 can be provided according to the diameter of the fan 1, 2 or more tube bundles. The hot steam in the tube bundles condenses through the heat exchange with the air flowing past the tubes.
  • the condensed in the tube bundles fluid runs down along the tube walls and collects in a condensate collection chamber 7, which is arranged below a tube bundle. From the condensate collection chamber 7 leads a condensate discharge 20 to the outside of the air condenser.
  • the remaining residual steam and the inert gases are fed into a residual steam pipe 8 from the condensate collection chamber 7 upwards.
  • the tube bundle 6 thus represents a primary part, while the residual steam pipe 8 forms the secondary part.
  • the secondary part 8 can also be designed as a tube bundle.
  • the secondary part 8 is like the primary part 6 flows around the air flow 12, so that it is possible that still condenses a portion of the residual steam in the secondary part 8. This portion flows back into the condensate collection chamber 7, while the non-condensed fraction including the inert gases at the upper end of the secondary part 8 passes into a residual vapor chamber 9. From there, residual steam and inert gases via a residual steam line 10, which is shown schematically as a dashed line in Fig. 1 is shown, discharged from the air condenser 1.
  • a secondary part 8 may be provided in each tube bundle of the air condenser 1.
  • an air condenser also has a plurality of residual steam chambers 9, from which residual steam is discharged to the outside. It is expedient to couple the residual steam lines 10, which depart from the respective residual steam chambers 9, to one another.
  • the tube bundles are arranged in the side walls 18.
  • a plurality of side walls thereby form a closed jacket 13 surrounding on all sides in the form of a polygon extending in the vertical, represented in the figures in the form of a hexagon.
  • the arrangement previously described for a side wall 18 is repeated in the side walls adjacent thereto, so that a symmetrical structure of the air capacitor 1 is achieved.
  • By means of the fan 11 can thus be achieved by all the side walls uniform air passage.
  • the above-described polygon construction of the shell 13 can also be varied such that the corners are rounded, so that in the plan view of the air capacitor 1, a round or nearly circular geometry of the shell 13 is achieved. This can be advantageous for a uniform flow through the tube bundles 6.
  • a diffuser 19 In order to increase the suction effect of the fan 11, it may be provided with a diffuser 19.
  • a second embodiment of the invention is shown. It shows schematically a hexagonal air condenser 1, which, in contrast to the first embodiment, however, has no riser for the supply of steam.
  • the steam is here directly in the upper area of the air condenser supplied where it can get from the distribution chambers 5 to the (not shown here) tube bundles. This can be advantageous if a steam supply line from an upstream industrial plant is already present in the upper region of an air condenser, so that a diversion of the steam into the lower region of the air condenser 1 would represent only an unnecessary detour.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Luftkondensator zur Kondensation von Dampf mittels Luft.
  • Es ist bekannt, (siehe z.B. GB 527194 ) dass Luftkondensatoren parallel zueinander angeordnete Rohrelemente, so genannte Rohrbündel, aufweisen, denen zu kondensierender Dampf zugeführt wird. Üblicherweise sind dabei je zwei Reihen derartiger Rohrbündel so angeordnet, dass sie in einem spitzen Winkel giebelartig gegeneinander geneigt sind. In der Seitenansicht bilden sie eine dreiecksförmige Kontur, an deren Basis ein Ventilator für die Zufuhr von Luft an die Rohrbündel vorgesehen ist. Durch den Ventilator wird im Vergleich zum Dampf kühle Luft an die Rohrbündel so transportiert, dass ein Wärmeaustausch stattfindet, wodurch im Rohrbündel am Innenrand eines jeden Rohres Dampf kondensieren kann.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass Luftkondensatoren mit einem derartigen dreiecksförmigen Aufbau bei großer geforderter Kühlleistung einen großen Raumbedarf sowie eine große Bauhöhe benötigen, was eine aufwendige Unterkonstruktion erfordert. Außerdem besteht bei Luftkondensatoren eine Schwierigkeit darin, einen gleichmäßige Verteilung des Dampfes in jedes Rohrbündel zu erzielen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Luftkondensator zu schaffen, mit welchem bei geringem Platzbedarf und kostengünstiger Ausführung eine große Kühlleistung bei gleichmäßiger Verteilung des Dampfes in die Rohrbündel wirtschaftlich erreichbar ist.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Luftkondensator zum Einsatz kommt, welcher umfasst: eine Dampf-Zufuhrleitung, mindestens ein aufwärts gerichtetes Rohrbündel, welchem zu kondensierender Dampf zuführbar ist, eine Kondensatableitung zur Ableitung kondensierten Dampfes, einen Ventilator zum Lufttransport durch das Rohrbündel, wobei das Rohrbündel unterhalb des Ventilators in einer Seitenwand des Luftkondensators angeordnet ist.
  • Durch die seitliche Anordnung der Rohrbündel in den Seitenwänden wird zum einen die Bauhöhe des Luftkondensators deutlich reduziert. Zum anderen sind die Rohrbündelgewichte nicht mehr in großer Bauhöhe, sondern in relativ niedriger Bauhöhe angeordnet, so dass eine leichtere Stützkonstruktion des gesamten Luftkondensators möglich wird, was wirtschaftlich vorteilhaft ist. Außerdem ist durch die Anordnung der Rohrbündel in den Seitenwänden des Luftkondensators eine größere verfügbare Fläche für Rohrbündel gegeben als bei einer dreiecksförmigen Anordnung, bei der nur die Dreiecksschenkel mit Rohrbündeln abdeckbar sind. Somit kann bei geringem Platzbedarf eine größere Kühlleistung des Luftkondensators erzielt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Rohrbündel so angeordnet, dass sie einen allseitig umschließenden geschlossenen Mantel in Form eines sich in der Vertikalen erstreckenden Vielecks bilden. Dies ist vorteilhaft, da somit die gesamte Mantelfläche oberhalb des Bodens für Rohrbündel genutzt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Rohrbündel in einer Seitenwand in einem Winkelbereich von ± 30° zur Vertikalen geneigt. Weist die Neigung einen negativen Wert, zum Beispiel -30 °, auf, ergibt sich ein trichterförmiger Aufbau des Luftkondensators, wobei die Querschnittsfläche am unteren Ende (Boden) kleiner ist als am oberen Ende (Dach). Dies erlaubt die Montage eines Ventilators, der einen größeren Durchmesser besitzt als die Standfläche des Luftkondensators. Somit kann bei minimaler Standfläche ein maximal großer Ventilator vorgesehen werden, so dass eine maximale Kühlleistung des Luftkondensators erreicht wird. Innerhalb dieses Winkelbereiches von ± 30° sind die erforderlichen Vorkehrungen für eine stabile Konstruktion des zugehörigen Gerüstaufbaus noch relativ gering, so dass ein Gerüstaufbau noch kostengünstig durchführbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zu kondensierende Dampf über eine Steigleitung zu einer oberen Verteilerkammer und von dort zu mindestens einem der Rohrbündel transportierbar. Ein solcher Aufbau ermöglicht, dass Wärmedehnungen aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Steigleitung und Rohrbündeln besser kompensiert werden können als bei einem Aufbau, bei dem ohne Steigleitung der Dampf direkt den Rohrbündeln zugeführt wird. Die Konstruktion, welche eine "U"-Form besitzt, kann größere Verformungen elastisch durchführen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist von einer Kondensat-Sammelkammer unterhalb eines der Rohrbündel mindestens ein aufwärts gerichtetes Restdampfrohr zur Kondensation von Restdampf vorgesehen. Das Restdampfrohr dient zur Trennung von Dampf und Inertgasen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am oberen Ende des Restdampfrohres eine Restdampfableitung zur Ableitung der Inertgase einschließlich des nicht kondensierten Restdampfes vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fläche außerhalb der Rohrbündel luftdicht abgedichtet. Damit ist sichergestellt, dass die vom Ventilator transportierte Luft nur durch die Rohrbündel strömt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilator mit einem Diffusor versehen. Dies erlaubt eine Wirkungsgraderhöhung des Ventilators.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkondensators;
    Fig. 2
    einen Horizontalquerschnitt der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkondensators entlang der Linie A-A; und
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkondensators.
  • Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich ist, wird dem erfindungsgemäßen Luftkondensator 1 über eine Zuleitung 2 Dampf zugeführt. Der Dampf strömt dabei mittels einer oder mehrerer Steigleitungen 3 aufwärts und verteilt sich über Verteilleitungen 4 in eine jeweilige Verteilerkammer 5. Es wird darauf hingewiesen, dass in Fig. 2 nur eine Steigleitung dargestellt ist. Die Verteilleitungen sind in Fig. 2 nur schematisch angedeutet; sie können sich zur Verteilerkammer 5 weiter auffächern oder in mehrere Leitungen aufteilen.
  • Die Verteilerkammern 5 sind im oberen Bereich des Luftkondensators angeordnet. Unterhalb der Verteilerkammern 5 befinden sich Rohrbündel, welche schematisch mit dem Bezugszeichen 6 dargestellt sind. Je Seitenwand 18 können entsprechend dem Durchmesser des Ventilators 1, 2 oder mehr Rohrbündel vorgesehen sein. Der heiße Dampf in den Rohrbündeln kondensiert durch den Wärmeaustausch mit der an den Rohren vorbeiströmenden Luft.
  • Das in den Rohrbündeln kondensierte Fluid läuft entlang der Rohrwände nach unten und sammelt sich in einer Kondensat-Sammelkammer 7, welche unterhalb eines Rohrbündels angeordnet ist. Von der Kondensat-Sammelkammer 7 führt eine Kondensatableitung 20 nach außen vom Luftkondensator fort.
  • Der verbliebene Restdampf sowie die Inertgase werden in ein Restdampfrohr 8 von der Kondensat-Sammelkammer 7 aufwärts geführt. Das Rohrbündel 6 stellt somit einen Primärteil dar, während das Restdampfrohr 8 den Sekundärteil bildet. Ferner ist es offensichtlich, dass der Sekundärteil 8 ebenfalls als Rohrbündel ausgebildet sein kann.
  • Der Sekundärteil 8 wird wie der Primärteil 6 vom Luftstrom 12 umströmt, so das es möglich ist, dass noch ein Anteil des Restdampfes im Sekundärteil 8 kondensiert. Dieser Anteil fließt in die Kondensat-Sammelkammer 7 zurück, während der nicht kondensierte Anteil einschließlich der Inertgase am oberen Ende des Sekundärteils 8 in eine Restdampfkammer 9 gelangt. Von dort werden Restdampf und Inertgase über ein Restdampfleitung 10, welche schematisch als gestrichelte Linie in Fig. 1 dargestellt ist, vom Luftkondensator 1 abgeführt.
  • Ein Sekundärteil 8 kann in jedem Rohrbündel des Luftkondensators 1 vorgesehen sein. Somit weist ein Luftkondensator auch mehrere Restdampfkammern 9 auf, von denen Restdampf nach außen abgeführt wird. Es ist zweckmäßig, die Restdampfleitungen 10, die von den jeweiligen Restdampfkammern 9 abgehen, miteinander zu koppeln.
  • Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Luftkondensator 1 sind die Rohrbündel in den Seitenwänden 18 angeordnet. Mehrere Seitenwände bilden dabei einen allseitig umschließenden geschlossenen Mantel 13 in Form eines sich in der Vertikalen erstreckenden Vieleckes, in den Figuren in Form eines Sechseckes dargestellt. Die zuvor für eine Seitenwand 18 beschriebene Anordnung wiederholt sich in den dazu benachbarten Seitenwänden, so dass ein symmetrischer Aufbau des Luftkondensators 1 erreicht wird. Mittels des Ventilators 11 lässt sich somit ein durch alle Seitenwände gleichmäßiger Luftdurchtritt erzielen. Die zuvor beschriebene Vieleck-Konstruktion des Mantels 13 kann auch derart variiert werden, dass die Ecken abgerundet vorliegen, so dass in der Draufsicht auf den Luftkondensator 1 eine runde oder nahezu kreisförmige Geometrie des Mantels 13 erreicht wird. Dies kann für eine gleichmäßige Durchströmung der Rohrbündel 6 vorteilhaft sein.
  • Um die Saugwirkung des Ventilators 11 zu erhöhen, kann dieser mit einem Diffusor 19 versehen sein.
  • In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Sie zeigt schematisch einen sechseckigen Luftkondensator 1, der im Unterschied zur ersten Ausführungsform jedoch keine Steigleitung für die Zufuhr von Dampf besitzt. Der Dampf wird hier direkt in den oberen Bereich des Luftkondensators zugeführt, wo er von den Verteilerkammern 5 zu den (hier nicht dargestellten) Rohrbündeln gelangen kann. Dies kann vorteilhaft sein, wenn im oberen Bereich eines Luftkondensators eine Dampf-zufuhrleitung von einer vorgeschalteten industriellen Anlage bereits vorhanden ist, so dass eine Umlenkung des Dampfes in den unteren Bereich des Luftkondensators 1 nur einen unnötigen Umweg darstellen würde.

Claims (8)

  1. Luftkondensator (1) zur Kondensation von Dampf mittels Luft, umfassend:
    eine Dampf-Zufuhrleitung (2),
    mindestens ein aufwärts gerichtetes Rohrbündel (6), welchem zu kondensierender Dampf zuführbar ist,
    eine Kondensatableitung zur Ableitung kondensierten Dampfes,
    einen Ventilator (11) zum Lufttransport an das Rohrbündel (6),
    wobei
    das Rohrbündel (6) unterhalb des Ventilators (11) in einer Seitenwand (18) des Luftkondensators (1) angeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet dass mehrere Rohrbündel (6) so angeordnet sind, dass sie einen allseitig umschließenden geschlossenen Mantel (13) in Form eines sich in der Vertikalen erstreckenden Vielecks bilden.
  2. Luftkondensator (1) gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Rohrbündel (6) in einer Seitenwand (18) in einem Winkelbereich von ± 30° zur Vertikalen geneigt ist.
  3. Luftkondensator (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zu kondensierende Dampf über mindestens eine Steigleitung (3) zu einer oberen Verteilerkammer (5) und von dort zu den Rohrbündeln (6) geführt ist.
  4. Luftkondensator (1) gemäß Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für jedes Rohrbündel (6) eine eigene Steigleitung vorhanden ist.
  5. Luftkondensator (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass von einer Kondensat-Sammelkammer (7) unterhalb eines der Rohrbündel (6) mindestens ein aufwärts gerichtetes Restdampfrohr (8) zur Kondensation von Restdampf vorgesehen ist.
  6. Luftkondensator (1) gemäß Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am oberen Ende des Restdampfrohres (8) eine Restdampfableitung (10) zur Ableitung nicht kondensierten Restdampfes vorgesehen ist.
  7. Luftkondensator (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fläche außerhalb des Rohrbündels (6) luftdicht abgedichtet ist.
  8. Luftkondensator (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ventilator (11) mit einem Diffusor (19) versehen ist.
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