DE1551396A1 - Verfahren und Anlage zum Kondensieren von Dampf - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. R. MDUER-BORNER PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY

BERLIN 33 (DAHLEM) · PODBfELSKIAlLEE 68 8 MÜNCHEN 22 · Wl D E N M AYE RSTR AS S E

TELEFON (0311) 762907 · TELEGR.: PROPINDUS TELEFON (0811) 225585 . TELEGR.: PROPINDUS

FERNSCHREIBER: 0184057 (TELEX) FERNSCHREIBER: 0524244 (TELEX)

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General Electric Company» Schenectady, N.Y. (USA)

Verfahren, und Anlage zum Kondensieren von Dampf

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Kondensieren von Dampf, insbesondere zum Kondensieren des Abdampfes von Kraftanlagen, beispielsweise Dampfturbinen, Speziell betrifft die Erfindung eine neuartige Kombination von luftgekühlten Kondensatoren, und zwar eines Einspritz«· kondensators und eines direkt luftgekühlten Kondensators.

In einer typischen' Kraftanlage mit einer Dampfturbine und einem Generator wird der Abdampf der Niederdruckturbine in einem Wärmetauscher kondensiert, wobei der Dampf seine

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latent« Verdampfung»wärme an Kühlwasser abgibt, das durch den Wärmetauscher oder Kondensator flieset. Dieses Kühlwasser kommt beispielsweise von einem Fluss od.dgl. Aus diesem Grunde sind Kraftwerke gewöhnlich neben einem Gewässer angeordnet. In manchen Gebieten ist das Wasser in den für die derzeit projektierten Kraftanlagen erforderlichen Mangen jedoch nicht leicht zu beschaffen· In derart wasserarmen Gebieten muss man daher andere Verfahren zum Kondensieren des Dampfes anwenden·

Ein anderes Verfahren zum Kondensieren von Dampf ist in der USA-Patentschrift 2 356 kok (Fig. 2) angegeben. Danach strömt der Abdampf der Turbine in einen Kondensator, in dem der Dampf direkt mit eingesprühtem Kühlwasser in Be· rührung gebracht wird. Das Sprühwasser und das Kondensat werden dann in einem Behälter aufgefangen· Ein Teil der

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aufgefangenen Flüssigkeit wird zu dem Kessel zurückgepumpt· Ein anderer Teil wird im Kreislauf zu einem luftgekühlten Kühler und danach zu den Einspritzdüsen des Kondensators zurückgeführt.

Ein weiteres Verfahren zum.Kondensieren von Dampf ist in der USA-Patentschrift 2 951 68? (Fig. 3) angegeben. Danach tritt der Abdampf der Turbine in einen Kondensator ein, in dem Luft als Kühlmittel verwendet wird. Im normalen Betrieb wird in dem Kondensationssystem nur die umgewälzte Luft verwendet. Die Umgebungsluft kann jedoch so kühl sein» dass

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ORlGlNAL INSPECTED

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das gebildete Kondvnsat als zu kalt angesehen wird. In diesem Fall wird vin Tvil dvs Kondensats umgewälzt und vingeepritzt, s* dass vs «it dem Abdampf τνο dsr Turbinv dirvkt in BvrUhrung.kommt. Dabei wird vin kleiner Tvil dvs Dampfes kondensiert und das umgewälzte Kvndvnsat ar« wärmt. Dadurch wird div vrstv Stufν dvr Speieewasservor« wärmung durchgeführt.

Div bsidvn Torstvhvnd angvgvbvnvn Einrichtungen zum Kon««

dvnsivrvn τ·η Dampf, und zwar der Einspritzkondensator

dirvkt
und dvr luftgvkühltv Kvndensator sind luftgekühlte Ken« densatorvn, wvil in beiden letzten Indes Luft als Kühl·· ■ittvl vdvr Yäravaufnvhaer verwendet wird« Beide Einrieh· tunken vnthalten bvstissitv Beschränkungen, die durch die Srfindung bvsvitis;t werden sollen·

Ein Einspritzkondensator ist ein VKraetauscher, in des die latvntv Wnu ' (des Abdaepf ve) in fühlbare Wäre· (des Sprühwassvrs) wrwandelt wird. Das die latvntv Värsie τβη devi Daapf untvr Kondensation dvssvlbvn aufnehmende Sprühwasser ' wird vrwarsit, so dass notwendigerweise vin Temperaturunter^ schiVd swisvhvn dvm Abdampf und dvm Spruhwasser vorhanden ist« Obwohl das Sprtthwassvr.durch dvn Dampf vrwärmt wird, blvibt vinv Diffvrenz zwisckvn dvm Abdampf und dvr höchsten SprUhwassvrtvmperatur vorhanden. Ausserdvm wird ein Ein··

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Spritzkondensator oft nach der USA-Patentschrift 2 356 kok mit einem luftgekühlten Kühler kombiniert, ao daaa daa um-· gewalzte Waaaer gekühlt wird, ehe ei erneut in den Kondensator eingeaprüht wird. Infolgedessen muss ein anderer und ähnlicher Temperaturunterachied zwischen dem Sprühwasser und der Um·· gebungaluft vorhanden aein, an die das Wasser in dem luft«« gekühlten Kühler Wärme abgibt. In einem Einspritzkondensator sind daher ein doppelte^? Wärme tausch und zwei Temperatur·· atufen zwischen dem kondensierenden Dampf und der Umgebungs« luft erforderlich.

Ein Einspritzkondensator ist an der Eintrittsstelle dea Turbinenabdjpfes am wirksamsten. Während der Bewegung des Dampfes durch einen Einspritzkondenaator bewirken daa Sprühwaseer, der kondensierende und eich abkühlende Dampf und daa schnell abnehmende Volumen eine turbulente, unge« ordnete Strömung in dem Kondensator. In den (von der Ein« trittsstelle dea Turbinenabdampfea) weiter entfernten Stufen dea Kondensators ist daher der Temperaturunterschied zwischen dem Sprühwasaer und dem Dampf kleiner, so daaa der Wärmeaustausch dort im allgemeinen weniger wirksam iat. In einer Anlage, in der nur ein Einspritzkondensator verwendet wird, erfolgt somit die Kondensation dea grossten Teile dea Dampfea in einem relativ kleinen Teil dea Kondensators. Es gilt hier alao daa Geaetz der abnehmenden Erträge, da in den unteren oder letzten Stufen einea Einspritzkondensators

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nur sehr wenig Kondensat pro Mengeneinheit des eingespritzten Kühlmittels erzeugt wird.

Ein direkt luftgekühlter Kondensator ist dagegen ein Wärmetauscher , in welchem der auf der einen Seite strömende Dampf Wärme direkt an die Luft abgibt, die auf der anderen Seite strömt. lh einem direkt luftgekühlten Kondensator erfolgt daher nur ein einziger Wärmetausch und es ist nur eine einzige Temperaturetufβ zwischen dem zu kondensierenden Dampf und der Umgebungsluft vorhanden. Direkt lüftgekühlte Kondensatoren unterliegen jedoch einer Beschränkung hinsichtlich ihrer Grosse. Ein direkt luftgekühlter Kondensator für eine Kraftwerksturbine typischer Grosse müsste so gross sein, dass die Anlage für viele Zwecke unwirtschaftlich wäre*. Ferner erschwert das Problem der Diffusion der ganzen Abdampf menge der Turbine in einem derartigen direkt luftgekühlten Kondensator die Anwendung einer Anlage, in welcher der Abdampf der Turbine nur in einem direkt luftgekühlten Kondensator kondensiert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine luftgekühlte Anlage zum Kondensieren von Turbinenabdampf zu schaffen, die mit Minimalem Temperaturunterschied zwischen der Umgebungsluft und dem Dampf betrieben wird und bei verhältnismässig geringer Grosse ein grosses Dampfvolumen verarbeiten kann.

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Dabei liegt der Erfindung dar Gedanke zugrunde, einen Ein· spritzkondeneator und einen direkt luftgekühlten Kondensa» tor derart zu kombinieren, dass die Vorteile beider Systeme erhalten und ihre Einschränkungen beseitigt werden.

In einer Ausführungsfora der Erfindung wird der Abdampf einer Dampfturbine an einen Einspritzkondensator abgegeben, der Abdampf an einen direkt luftgekühlten Kondensator abgibt. Das in den Einspritzkondensator eingesprühte Wasser wird ständig durch einen luftgekühlten Kühler im Kreislauf geführt. In dem Einspritzkondensator wird das Dampfvolumen so stark herabgesetzt, dass der Dampf danach in einem direkt luftgekühlten Kondensator verarbeitet werden kann. Der direkt luftgekühlte Kondensator bewirkt eine wirk·* saniere Kondensation des noch nicht kondensierten Dampfes·

Die Erfindung wird anhand von Ausführungebeispielen näher beschrieben« In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigtt

Fig. 1 eine Anlage nach der Erfindung, in der ein Einspritz·» kondensator und ein direkt luftgekühlter Kondensator kombiniert sind, ■ ₍

Fig. 2 eine bekannte Anlage, in der nur ein Einspritzkondensator verwendet wird,

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Fig. 3 «in· bekannt· Anlag·, in der nur ein direkt luft·· gekühlter Kondensator verwendet wird.

In Fig. 1 iat an eine Dampfturbine 1 ein Einepritzkondensa~ tor 2 angeaohlossen. Dieaer hat einen Auffangbehälter 31 der duroh eine Rohrleitung nit einer Kondenaatumwälzpumpe verbunden iat. Die an eine Leitung zu« Kessel angeschlossene Pumpe k iat duroh eine Umwälzeohleife J> mit dem Innern des Kondensators 2 verbunden. Die Umwälzaehleife 5 führt duroh einen Wärmetauscher oder Sprühwasserkühler 7» *h· sie die Einapritzdüaen 6 erreicht. Der WaaaerkUhler 7 iat luftgekühlt, d.h. daa in seinen Rohren befindliche Wasser gibt Wärme an die die Rohre umstreichende Luft ab.

Bin direkt luftgekühlter Kondensator 8 steht mit dem Gehäuse dea Sinapritzkondenaatora 2 direkt in Verbindung. Von dem Einspritzkondensator 2 kommender Turbinendampf durchströmt die Rohre dea Kondensators 8 und gibt dabei Wärme an die die Rehre umstreichende Luft ab.

Kondensator 8 hat einen Auffangbehälter 9, der durch •ine Umwaliβchi·if· 13, die eine Pumpe Ik enthält, mit den letzten Stufen des Einspritzkondensator 2 verbunden iat. Der Auffangbehälter ateht über eine Leitung mit einer Luft« düse in Verbindung. Dadurch wird dem Einspritzkondensator

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das küblet« Wasser zugeführt, das zur Verfügung steht, so dass eine optimale Leistung erzielt wird. Ferner wird das Wasser in dem direkt luftgekühlten Kondensator aufgewärmt, ehe es in das Kesselspeisewassersystem zurückgeführt wird. Das gesamte Kesselspeisewasser wird dem Auffangbehälter 3 des Einspritzkondensators 2 entnommen·

Die Wärmelaus ehr öhre des Bprühwas β erkühler s 7 und des direkt luftgekühlten Kondensators 8 sind in einem Verdampfungs·» kühlturm 10 angeordnet« Die Wärmetauschrohre haben Vorzugs» weise eine vergrösserte Oberfläche, beispielsweise durch Verwendung von Rohren mit wendeiförmigen Rippen. Ein Ventilator 11 saugt bzw. drückt die Kühlluft durch den Verdampfungskühlturm 10 und über den direkt luftgekühlten Kondensator 8 und den WasserkUhler 7*

Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Anlagen besitzen je einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Anlage, Dabei sind einander entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Wirkungsweise dieser Anlagen wird nachstehend kurz beschrieben, damit die Wirkungsweise ihrer Merkmals·· kombination nach der Erfindung noch besser verständlich wird.

Nach Fig. 2 gelangt der Abdampf von der Turbine 1 in den Einspritzkondensator 2. Der Dampf wird beim Durchströmen

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des Kondensatorgehäuses unter der Einwirkung des von Ein·· spritzdüsen 6 abgegebenen Wassers kondensiert. Das Konden« •at wird in dem Behälter 3 aufgefangen* Ein Teil des Kon» densats wird von dem Auffangbehälter 3 über die an eine Leitung ium Kessel angeschlossene Pumpe k duroh die Um· wälzschleife 5 und den Wasserkühler 7 zu den Einspritzdüsen 6 gepumpt, so dass der Kreislauf geschlossen ist» Über die Rohre des Wasserkühlers 7 wird Luft geführt, welche das durch den Kühler 7 umgewälzte Wasser kühlt. Um die Kühlwirkung zu verbessern, wird die Kühlluft zuerst duroh den Verdampfungskühlturm 10 geführt und dadurch unter die Trockenthermometer**Teraperatur fast auf die Nassthermometer-Temperatür gekühlt.

Die vorstehend erwähnten, in diesem System unvermeidbarem Tem·· peraturunterschiede sind zwischen dem Dampf und dem Sprüh— wasser (in dem Einspritzkondensator 2) und zwischen dem Sprühwasser und der wärmeaufnehmenden Kühlluft (in dem Kühler 7) vorhanden· Da zwischen dem kondensierenden Dampf und dem wärmeaufnehmenden Medium zwei getrennte Temperatur·· stufen vorhanden sind, ist das von dem Kondensator erzeugte Vakuum der Turbine nicht so niedrig, als wenn ein geringerer Temperaturunterschied vorhanden wäre (vorausgesetzt, das wärmeaufnehmende Medium hat die gleiche Temperatur).

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Xa Fig. 3 gelangt Abdampf aua dor Turbine 1 durch den Diffusor 12 in den direkt luftgekühlten Kondensator 8, in dem der Dampf durch die die Kondensatorrohre bestreichende Luft gekühlt und kondensiert wird. Das Kondensat wird in dem Behälter 9 mit einer Leitung zu einer Luftdüse aufgefangen und von dort zum Kessel zurüokgepumpt. Zur Verbesserung der Kühlwirkung wird die Kühlluft zuerst wieder durch einen VerdampfungskUhlturm geführt. In diesem System ist ein Wärmetauscher mit direktem Warnetaueoh zwischen Dampf und Luft -vorhanden, so dass für diesen Wärmetausch nur eine einzige Temperaturstufe notwendig ist. Die Diffusion der ganzen Abdampfmenge einer grossen Turbine in dem Diffuser 12 auf niedrige Geschwindigkeiten..und die Zuführung dieser Abdampfmenge zu einem direkt luftgekühlten Kondensator sowie der direkt luftgekühlte Kondensator selbst erfordern jedoch solche Abmessungen der Anlage, dass diese bei einer grossen Turbine nicht anwendbar ist.

In der in Fig. 1 gezeigten Anlage gemäss der Erfindung gibt die Turbine 1 Abdampf in einen Einspritzkondensator 2 ab. Der den Kondensatorkörper durchströmende Dampf wird durch die Wirkung des ven den Einspritzdüsen 6 abgegebenen Wassers kondensiert» Das Auffangen und Umwälzen des Kondensate er« folgen in der vorstehend anhand der Fig. 2 beschriebenen Weise. In der erfindungsgemässen Anlage wird jedoch der Dampf in dem Einspritzkondensator nicht vollständig konden«

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siert, sondern nur jener Teil dieses Dampfes* der durch das Sprühwasser ta wirksamsten kondensiert werden kann. Bei- . spielsweise können in dem Einspritzkondensator etwa 75 $ der Gesamtmenge des .Abdampfes der Turbine kondensiert werden. Daduroh werden das Volumen und die Geschwindigkeit der Dampfströmung soweit herabgesetzt, dass die Rohrleitungen nicht zu gress werden und die RohrleitungsVerluste zwischen dem Einspritzkondensator und dem direkt .luftgekühlten Eondensator sehr gering sind· Der Restdampf gelangt aus dem Einspritzkondensator in den direkt luftgekühlten Kondensator und wird dort durch einen βinsigen Wärmetausch kondensiert, so dass nur ein einsiger Temperaturechritt zwischen dem Dampf und dem wärmeaufnehmenden Medium vorhanden ist. Der direkt luftgekühlte Kondensator bestimmt somit die niedrigste Temperatur und damit auoh das Vakuum in der Anlage, Dieses Vakuum ist niedriger als jenes, das mit einem Einspritzkondensator erzielt werden kann, der in Umgebungeluft arbeitet, die sich auf derselben Temperatur befindet. Der Auffangbehälter 9 ist durch die Umwälzeohleife 13 mit den letzten Stufen des Einspritzkondensators 2 verbunden, so ■dass das kühlste Kondensat, das zur Verfügung steht, in den Einspritzkondensator eingeleitet und dort die beste Leistung erzielt wird.

Der Verdampfungskuhlturm 10 gibt an den direkt luftgekühlten Kondensator und den Sprühwasserkühler 7 ungekühlte oder

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gekühlt· Luft ab. Ee versteht eioh, da·· dl··· Anlag· in Gebieten verwendet werden kann, in denen ¥aaa«r nicht r«iohlioh vorhanden i«t, so da·· der Verdampfungskühler* nicht ständig in Betrieb ist, sondern nur während jene· Teils de· Tages, in dem bei hoher Umgebungslufttemperatür ein maximaler Leistung·bedarf vorhanden ist« Di·· gilt beispielsweise für den südwestlichen Teil der USA, wo die Temperaturen am Tag gewöhnlioh höher sind al· 38 C und die Belastung durch Klimaanlagen während dieser Zeit sehr hoch ist. Selbst wenn nicht genügend Wasser für eine ständige Verdampfungskühlung zur Verfügung steht, ietiiim allgemeinen Grundwasser vorhanden, das in Speicher ge» pumpt werden kann und dann am Tage während der Zeit der Spitzenbelastung für die Verdampfungskühlung verwendet werden kann.

Die Erfindung schafft daher eine luftgekühlte Kondensation·«· anlage, in der die Einschränkungen der bekannten Anlagen beseitigt sind. In der kombinierten Anlage gemäss der Erfin« dung bestimmt der direkt luftgekühlte Kondensator das Vakuum, doch wird das Dampfvolumen durch den Einspritzkondensator herabgesetzt, se dass der direkt luftgekühlte Kondensator nicht so gross ausgeführt zu werden braucht«

Dmr Fachmann kann im Rahmen des Erfindungsgedankens Abänderungen vornehmen. Beispielsweise kann man anstelle der Vor-

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dampfungskühlung eine ander· Kühleinrichtung verwenden. Ferner kann es unter bestimmten Umständen zweckmässig sein, das Kondensat von nur einem der Auffangbehälter im Kreis« lauf zu dem Einspritzkondensator zurückzuführen. Die Erfin» dung ist daher nicht auf die vorstehend beschriebenen Ein-, zelheiten eingeschränkt·

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreib» bung enthalten und bzw. oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschliesslich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Faohmann naheliegt.

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Claims (2)

PATENTANWÄL7 PATENTANWALT DIPL.-ING. R. MOLLER-BORNER .. PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY BERLIN 33 (DAHLEM) · PODBI ELSKI ALLEE 68 » AH m 8 MÖNCHEN 22 · Wl D E N MAYE R STR ASS E TELEFON (0311) 76290/ . TELEGR.s PROPINDUS TELEFON (0811) 225585 · TELEGR.: PROPINDUS FERNSCHREIBER: 0184057 (TELEX) FERNSCHREIBER: 0524244 (TELEX) 19 552/3 General Electric Company, Schenectady, N.Y. (USA) Patentansprüche

1. Anlage zum Kondensieren von Dampf, mit einen Einspritz· kondensator, der axt einer Abdampfquelle in Verbindung steht, einem Behälter zum Auffangen von Kondensat, das in dem Einspritzkondensator entsteht, einen luftgekühlten Wärmetauscher, einer Umwälzschleife, welche den Auffangbehälter, den Wärmetauscher und mindestens eine der Einspritzdüsen des Einspritzkondensators hintereinander schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass ein direkt luftgekühlter Kondensator (8) unmittelbar mit dem Einspritzkondensator (2) in Verbindung steht.

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2. Anlas· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das· «in zweiter Behälter (9) zum Auffangen von Kondensat vorgeeehen iet_v da· in des direkt luftgekühlten Kondensator (8) gebildet worden ist, wobei durch eine Uawälzsohleife (1^,13) der zweite Auffangbehälter (9) und aindeatene eine der Einspritzdüsen (6) des Einspritzkondensator* hintereinandergesohaltet sind.

3· Anlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Luftkühleinrichtung (10) zur Abgabe von gekühlter Luft an den direkt luftgekühlten Kondensator (8) und den Väraetauscher (?)·

k. Anlage'naoh Anspruch 2 oder 3 t dadurch gekennzeichnet, dass in Ströaungsrichtung des Daapfes die Uawälzschleife

,,. ersten

(k_t5) slit aufeinanderfolgenden und die Usnrälzsohleife

,13) ait ,nachfolgenden Stufen des Einspritzkondenea·* tor· in Verbindung stehen·

5· Verfahren zua Kondensieren des Abdaapfes einer Daapf« turbine, dadur.cn gekennzeichnet, dass ein Teil des Ab« daapfes in einea Einspritzkondensator duroh direkte Berührung ait kontinuierlich eingespritzten Wasser kon~ densiert, das Kondensat in einea Behälter aufgefangen, der übrige Abdaapf in einea direkt luftgekühlten Konden-

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