HU220753B1 - Gőzkondenzátor - Google Patents

Description

A találmány tárgya gőzkondenzátor. Ebben a gőzkondenzátorban a gőz különálló kötegekbe összefogott csöveken csapódik le. A csövekre merőlegesen elhelyezett támaszlapok minden csőköteget rekeszekre osztanak. Az egy köteget képező, sorokban elrendezett csövek üreget zárnak körül, amelyben levegőhűtő van a maradék gőz-inért gáz keverék számára. A levegőhűtő fenékrésze a esősorok egész hosszában lejt, úgyhogy a levegőhűtőben egy rekeszben keletkező kondenzátum a fenékrész lejtése következtében a támaszlapokban lévő nyílásokon át lefolyhat a szomszédos rekeszbe, amelyben a levegőhűtő fenékrésze mélyebben van. Az egy rekeszben keletkező, nem kondenzálható gázok a levegőhűtőből réseken át az összes rekesz számára közös szívócsatomába áramlanak, amely szívócsatoma a csövek teljes hossza mentén ki van alakítva.

Ilyen gőzkondenzátor a CH-PS 423 819 számú szabadalmi iratból és a DE-OS 1 948 073 számú német közzétételi iratból ismert. Ezek szerint a kondenzátorházban a kondenzátorcsövek több, úgynevezett részcsőkötegre vannak osztva. A gőz fáradtgőz-csonkon áramlik be a kondenzátorházba, és áramlási pályákon (steam entry lanes) oszlik el a térben. A gőz a részcsőköteg kívül lévő csöveihez szabadon áramlik. A gőz a csőkötegen keresztül a esősorok kis száma következtében kis ellenállással áramlik át. A beáramlást csatornákban kellően nagy gőzsebességet kell fenntartani, ezért a részcsőkötegek a kondenzátorban úgy vannak elhelyezve, hogy közöttük olyan áramlási csatornák keletkeznek, amelyek metszetben nagyjából ugyanakkorák, mint maguk a részcsőkötegek. Ezenkívül a csövek az egymás mögött következő sorokban úgy vannak elhelyezve, hogy a hidraulikus ellenállás végig azonos legyen.

Ennek az ismert kondenzátornak az az előnye, hogy a részcsőkötegek laza elrendezése következtében az egyes részcsőkötegek minden periferikus csövébe észrevehető nyomásveszteség nélkül jól bejut a gőz.

A vákuum alatt működő gőzkondenzátoroknál jól működő szívórendszerre van szükség, hogy a bejutó, nem kondenzálható gázokat állandóan eltávolítsa a kondenzálási térből. Azok a hűtőcsövek, amelyeket ezek a gőzzel keveredett gázok körülvesznek, illetőleg körüláramlanak, kondenzáló felületként majdnem teljesen kiesnek, ami csökkenti a teljesítményt.

Ez azt jelenti, hogy a bejutó, nem kondenzálható gázok miatt a vákuumot nem lehet a lehető legkisebb értéken tartani. Mint ismeretes, a nem kondenzálható gázok - többnyire levegő - már 1% mólrész koncentrációban, a fal és a gőzmag közötti 4-5 K hőmérsékletkülönbség és kvázi nyugvó gőz esetén a gőzoldali hőátadást a tiszta gőzzel elérhető érték 30-40%-ára csökkentik. A vákuumveszteség így a keringési rendszer kisebb hatásfokában nyilvánul meg.

A DE-OS 1 948 073 számú német közzétételi irat szerinti, fentebb említett megoldásban a csövek befolyó elrendezését alkalmazzák. A részcsőkötegeket a csövekre merőleges támaszlapok rekeszekre osztják. Mint ismeretes, a kondenzálási teljesítmény a hűtőcsövek mentén főleg a gőz és a hűtővíz közötti helyi hőmérsékletkülönbségtől függ. Ennek megfelelően a hűtővíz beömlési oldalán lévő első rekeszek kondenzálási teljesítménye nagyobb, mint a hűtővíz kiömlési oldalán lévő rekeszeké. A nem kondenzálható gázok - a kondenzálási teljesítménnyel arányosan - nagyobb mértékben keletkeznek a „hűvösebb” rekeszekben. Ennek figyelembevételével a DE-OS 1 948 073 számú német közzétételi irat szerinti kondenzátorban - amelyet később, az

1. ábra kapcsán még részletesen leírunk - az inertgázdúsulási zóna kétrészes kialakítású. Ez az inertgáz-dúsulási zóna egy ott „utánkondenzáló résznek” nevezett, tölcsér alakú „előhűtőből” és egy levegőhűtőből áll, amely az előhűtővel és egy utána elrendezett szívócsatomával (header) két sor egyenletesen elosztott hűtőközeg-beömlő résen, illetőleg hűtőközeg-kiömlő résen át van összeköttetésben. Ez a levegőhűtő geometriailag úgy van kialakítva, hogy a gőzoldali hőátadás rosszabbodását a gázfázis sebességének fokozódása részben kompenzálja.

A levegőhűtőben mindegyik támaszlapban van egy nyílás a levegőhűtő fenékrésze felé, amely víztelenítő nyílásként szolgál a keletkező kondenzátum számára. A levegőhűtő víztelenítése érdekében annak fenékrésze a teljes hosszában lejtéssel van ellátva. Ennek következtében a keletkező kondenzátum azokból a rekeszekből, amelyekben a levegőhűtő fenékrésze magasabban van, lefolyik a mélyebben fekvőkbe. Azt a rekeszt, amelyben a levegőhűtő fenékrésze a legmélyebben van, egy vezeték a gőzkondenzátor kondenzátumgyűjtő edényébe vízteleníti.

Mivel a levegőhűtő kondenzvezetékének hőmérséklete a szomszédos csövekben lévő hűtővíz hőmérsékletéhez igazodik, ez gondoskodik arról, hogy a nem kondenzálható gázok elszívása a keletkező gázokkal arányos legyen.

A levegőhűtő ilyen konstrukciója nem nyújt ideális megoldást a különböző rekeszekben, változó működési feltételek között keletkező, különböző gázok elszívására. Felléphetnek a maradék gőz-inert gáz keverék nem kívánt kiegyenlítő áramlásai, amelyek negatívan befolyásolhatják a gőzkondenzátor teljesítőképességét.

Találmányunk célja, hogy a bevezetésben leírt jellegű gőzkondenzátorban az inért gázokat minden egyes rekesz levegőhűtőjéből célzottan, az adott rekeszhez igazodva szívjuk el és így az elszívás javuljon. Ezzel a gőzkondenzátor hatásfokának értékes növekedését kívánjuk elérni.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a levegőhűtőben eszközöket helyezünk el a nyílások gáz- és gőzzáró lezárására úgy, hogy ezek az eszközök anélkül akadályozzák meg a levegőhűtőben lévő maradék gőz-inert gáz keverék közvetlen cserélődését a szomszédos rekeszek között, hogy ez negatívan befolyásolná a kondenzátum áramlását a nyílásokon át.

A találmánynak az a lényege, hogy a kondenzátumnak a szomszédos rekeszek közötti áramlását szolgáló, a támaszlapokban lévő nyílások gáz- és gőzzáróan le vannak zárva. A maradék gőz-inert gáz keverék cserélődő áramlása a levegőhűtőn belül, a szomszédos rekeszek között így meg van akadályozva.

HU 220 753 Bl

A találmányunk tehát gőzkondenzátor, amelyben a gőz különálló csőkötegekbe összefogott hűtőcsöveken csapódik le, és a hűtőcsövekre merőlegesen elhelyezett támaszlapok minden csőköteget rekeszekre osztanak, az egy csőköteget képező, sorokban elrendezett hűtőcsövek üreget zárnak körül, amelyben levegőhűtő van a maradék gőz-inert gáz keverék számára, a levegőhűtő levegőhűtő-fenékrésze a esősorok egész hosszában lejtő, azaz a levegőhűtőben egy rekeszben keletkező kondenzátumot a támaszlapokban lévő nyílásokon át a mélyebben lévő levegóhűtő-fenékrészű szomszédos rekeszbejuttató kialakítású, továbbá az összes rekesz számára közös, a hűtőcsövek egész hosszára kiterjedő hosszúságú szívócsatomával rendelkezik, amely szívócsatorna az egy rekeszben keletkező, nem kondenzálható gázok levegőhűtőből való átáramlását biztosító résekkel van ellátva. A találmány lényege, hogy legalább a legmélyebben lévő levegőhűtő-fenékrészt tartalmazó rekesz levegőhűtő-fenékrészén legalább egy, a magasabban lévő rekeszből lefolyó kondenzátumot feltorlasztó, és a nyílásokat a magasabban lévő rekeszből áramló feltorlasztott kondenzátum által mind gáz-, mind gőzzáróan lezáró torlófal van.

A találmányunk ismertetett megoldása a gőzkondenzátor minden üzemi állapotában lehetővé teszi a levegőhűtő hatékonyabb kihasználását minden rekeszben, minthogy a levegőhűtőben a maradék gőz-inert gáz keverék kiegyenlítő áramlása a szomszédos rekeszek között teljesen meg van akadályozva.

Találmányunkat és az azzal elérhető előnyöket annak példaképpeni kiviteli alakja, egy erőművi gőzkondenzátor kapcsán ismertetjük részletesebben, ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra egy gőzkondenzátor részcsőkötege kitört részekkel, körvonalas ábrázolásban, a technika állása szerint levegőhűtővel, a

2. ábra a levegőhűtő keresztmetszete, a

3. ábra a levegőhűtő találmány szerinti kialakítása hosszmetszetben.

Az ábrákon az azonos elemeket azonos hivatkozási jelekkel jelöltük, és csak a találmány megértése szempontjából fontos elemeket ábrázoltuk.

Az ábrázolt hőcserélő egy négyszögletes felületi kondenzátor, amely úgynevezett padló alatti elhelyezéshez alkalmas. A találmány szempontjából lényegtelen részeket, így a kondenzátomyakat, a kondenzálóteret, a kondenzátorköpenyt, a vízkamrákat, a csőfenekeket, a kondenzátumgyűjtő edényt nem ábrázoltuk, de ezeket a következőkben a találmánnyal összefüggésben röviden taglaljuk.

A kondenzátort turbinához csatlakoztató fáradtgőzcsonkon át gőz áramlik be a kondenzátomyakba. Ebben lehetőség szerint jó homogén áramlási teret létesítünk, hogy az áramlási irányban ezután következő, az 1. ábrán látható 20 csőkötegek egész hosszában tiszta gőzöblítés jöjjön létre. A kondenzátorköpeny belsejében lévő kondenzálótér több, egymás mellett elhelyezett 20 csőköteget tartalmaz. Mindegyik 20 csőköteg több hűtőcsőből áll. Ezek közül az 1. ábrán csak egy 13 hűtőcsövet ábrázoltunk. A hűtőcsövek két vége csőkötegfalban van rögzítve. A csőkötegfalon túl vízkamrák vannak elrendezve. A 20 csőkötegekről elfolyó kondenzátumot kondenzátumgyűjtő edény fogja fel, és onnan a víz-gőz körforgásba kerül.

Az 1. ábrán a pontozott felület a 20 csőköteg csak részben ábrázolt 1 kondenzáló része. A 13 hűtőcsövek megtámasztására szolgáló 5 támaszlapok a részcsőkötegeket 10 rekeszekre osztják.

Mindegyik 20 csőköteg belsejében 19 üreg van, amelyben a nem kondenzálható gázokkal feldúsult gőz összegyűlik. Ebben a 19 üregben 3 levegőhűtő van elhelyezve. A maradék gőz-inert gáz keverék ezen a 3 levegőhűtőn átáramlik, és eközben a gőz legnagyobb része kondenzálódik. A keverék maradékát elszívjuk.

A csőköteg belsejében lévő 3 levegőhűtő hatására a maradék gőz-inert gáz keverék a 20 csőkötegben felgyorsul. Ez annyiban javítja a viszonyokat, hogy nincsenek kis áramlási sebességek, amelyek a hőátadást befolyásolhatnák.

Működés közben a gőz a 13 hűtőcsöveken kondenzálódik, és a kondenzátum lecsöpög a kondenzátumgyűjtőbe.

A 3 levegőhűtőnek az a feladata, hogy a nem kondenzálható gázokat a kondenzátorból eltávolítsa. Ennek a folyamatnak a során a gőzveszteségeket a lehető legkisebb értéken kell tartani. Ezt úgy érjük el, hogy a maradék gőz-inert gáz keveréket a 4 szívócsatoma irányában gyorsítjuk. A nagy sebességnek jó hőátadás a következménye, amelynek eredményeként a maradék gőz messzemenően kondenzálódik. A keverék gyorsítása céljából a keresztmetszet áramlási irányban egyre csökken.

Az 1. ábrán a DE-OS 1 948 073 számú német közzétételi iratból ismert hűtőrendszer látható. Ez a hűtőrendszer a 2 előhűtőból és a 3 levegőhűtőből áll. A 2 előhűtőből a 14 hűtőcsövet, a 3 levegőhűtőből a 15 hűtőcsövet ábrázoltuk. A 3 levegőhűtőt 6 résekkel ellátott 8 lemezfal választja el a 4 szívócsatomától, amelyen át a nem kondenzálható gázokat elszívjuk. A 6 és 9 rések beépítésével érjük el, hogy a kondenzálási folyamat elején és végén minden esetben szükséges nyomáskülönbség túlnyomórészt a fojtásokban szűnjön meg.

A 2. ábrán a 3 levegőhűtőt az előtte elhelyezett 2 előhűtővel és a 4 szívócsatomával együtt nagyítva ábrázoltuk. Az 5 támaszlap a 3 levegőhűtőt is 10 rekeszekre osztja. Az 5 támaszlapban van egy 18 nyílás a 21 levegőhűtő-fenékrész felé. Ez a 18 nyílás lehetővé teszi a 3 levegőhűtőben keletkező kondenzátum keresztkiegyenlítését. A 4 szívócsatoma közös valamennyi 10 rekesz számára, vagyis az 5 támaszlapok ezt nem tagolják.

A 3 levegőhűtő 3. ábra szerinti hosszmetszetén látható, hogy a 21 levegőhűtő-fenékrész lejt, úgyhogy a 3 levegőhűtőben keletkező 23 kondenzátum a magasabban lévő 21 levegőhűtő-fenékrészeket tartalmazó 10 rekeszekből lefolyik a legmélyebben lévő 21 levegőhűtőfenékrészt tartalmazó 10 rekesz irányába. Ebben az utóbbiban megy végbe a víztelenítés, amit nem ábrázoltunk, mivel a találmány szempontjából nem lényeges.

Változó működési feltételek esetén előfordulhat, hogy a 3 levegőhűtőben az 5 támaszlapokban lévő

HU 220 753 Bl nyílásokat a lefolyó 23 kondenzátum nem zátja el teljesen. Ez azt jelenti, hogy az egyes 10 rekeszekben fennálló üzemi nyomáskülönbségek miatt a 3 levegőhűtőben a kondenzátum áramlásán kívül maradék gőz-inert gáz kiegyenlítő áramlás is bekövetkezhet a szomszédos 10 rekeszek között. A 24 hűtővíz-beömlési oldalhoz közelebb eső rekeszekben a hűtővíz és a beáramló gőz közötti nagyobb hőmérséklet-különbség miatt jobbak a kondenzálódási feltételek, mint a következő 10 rekeszekben, amelyekbe már temperált hűtővíz kerül, így azokban a 10 rekeszekben, amelyekben a hűtővíz beömlési hőmérséklete alacsonyabb, kisebb nyomás áll be. Magától értetődik, hogy ez a nyomás áll be a 3 levegőhűtőnek a 10 rekeszhez tartozó részében is. így nyomásesés észlelhető a 25 hűtővíz-kiömlési oldalon lévő 10 rekesz és a 24 hűtővíz-beömlési oldalon lévő 10 rekesz között. A 3 levegőhűtőben a gőzkondenzátor olyan működése esetén, amelyben az 5 támaszlapokban lévő 18 nyílásokat 23 kondenzátum nem zárja el, a maradék gőz-inert gáz keverék kiegyenlítő áramlása észlelhető. A maradék gőz-inert gáz keverék ekkor a 3 levegőhűtőn belüli nagyobb nyomású, vagyis magasabb hűtővíz-hőmérsékletű 10 rekeszeiből a legkisebb nyomású és legalacsonyabb hűtővíz-hőmérsékletű 10 rekeszbe áramlik. Ebben az esetben a 3 levegőhűtő funkcióját a 24 hűtővíz-beömlési oldal közelebbi környezetében az korlátozza, hogy a hűtővíz beömléséhez közelebb eső rekeszeknek a magasabban lévő rekeszek maradék gőz-inert gáz keverékét is szellőztetniük kell, ahelyett, hogy a helyileg ott lévő rekesz maradék gőz-inert gázát szellőztetnék. Ez ugyancsak működési gondokat okoz a megfelelő rekesz 2 előhűtőjében és 1 kondenzáló részében.

A találmány ezeket a hátrányokat a maradék gőz-inert gáz keverék 3 levegőhűtőben bekövetkező kiegyenlítő áramlásának elkerülése révén a gőzkondenzátor minden üzemi pontján kiküszöböli. Evégett a 3. ábra szerint legalább a 24 hűtővíz-beömlési oldalon található 10 rekesznél lévő 3 levegőhűtő-fenékrészén, az 5 támaszlapokkal párhuzamosan egy 22 torlófal van elhelyezve. A 22 torlófal olyan magas, hogy a rajta feltorlódó, a szomszédos 10 rekeszekből lefolyó 23 kondenzátum a csőköteg egész hosszán hidraulikusan lezárja az összes 5 támaszlapban lévő 18 nyílásokat. Ennek a megoldásnak a révén a 3 levegőhűtő egy 10 rekeszében keletkező maradék gőz-inert gáz keverék helyileg a 4 szívócsatomába szívódik. A 23 kondenzátum az 5 támaszlapban lévő, hidraulikusan lezárt 18 nyíláson át a szomszédos 10 rekeszbe folyik. A találmány szerinti megoldás megakadályozza a maradék gőz-inert gáz keveréknek a rekeszek közötti kiegyenlítő áramlását. Azzal, hogy a maradék gőz-inert gáz keverék kiegyenlítő áramlását a 3 levegőhűtőn belül megakadályozzuk, változó működési feltételek között a 3 levegőhűtő, a 2 előhűtő és az egész gőzkondenzátor-rendszer hatásfoka növekszik. Ezenkívül elkerüljük az inért gázok koncentrációjának helyi növekedéseit.

Magától értetődik, hogy a találmány nem korlátozódik a bemutatott és leírt kiviteli alakra, így például lehetséges egy további, találmány szerinti kiviteli változat, amelyben mindegyik rekeszben a 21 levegőhűtőfenékrészen, a támaszlapokkal párhuzamosan egy vagy több 22 torlófal van elhelyezve.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONT

   Gőzkondenzátor, amelyben a gőz különálló csőkötegekbe összefogott hűtőcsöveken csapódik le, és a hűtőcsövekre merőlegesen elhelyezett támaszlapok minden csőköteget rekeszekre osztanak, az egy csőköteget képező, sorokban elrendezett hűtőcsövek üreget zárnak körül, amelyben levegőhűtő van a maradék gőz-inert gáz keverék számára, a levegőhűtő levegőhűtő-fenékrésze a esősorok egész hosszában lejtő, a levegőhűtőben egy rekeszben keletkező kondenzátumot a támaszlapokban lévő nyílásokon át a mélyebben lévő levegőhűtő-fenékrészű szomszédos rekeszbe juttató kialakítású, továbbá az összes rekesz számára közös, a hűtőcsövek egész hosszára kiterjedő hosszúságú szívócsatomával rendelkezik, amely szívócsatoma az egy rekeszben keletkező, nem kondenzálható gázok levegőhűtőből való átáramlását biztosító résekkel van ellátva, azzal jellemezve, hogy legalább a legmélyebben lévő levegőhűtő-fenékrészt (21) tartalmazó rekesz (10) levegőhűtő-fenékrészén (21) legalább egy, a magasabban lévő rekeszből (10) lefolyó kondenzátumot (23) feltorlasztó, és a nyílásokat (18) a magasabban lévő rekeszből (10) áramló feltorlasztott kondenzátum (23) által mind gáz-, mind gőzzáróan lezáró torlófal (22) van.