DE2250794A1 - Kondensationseinrichtung fuer dampfturbinenkraftwerke - Google Patents

Kondensationseinrichtung fuer dampfturbinenkraftwerke

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Description

TYEPLOELEKTROPROJEKT, Moskau, UdSSH ENERGIAGAZDÄLKODASI INTEZET, Budapest, Ungarn
KONDENSATIONSEINRIOHTUNG FÜR DAKPFTURBINENKRAFTWERKE
Die Erfindung "betrifft eine Kondensationseinrichtung für Dampfturbinen von Kraftvrerken.
Wie bekannt, ist der Wirkungsgrad einer Turbine umso höher, je geringer ist die Kondensationstemperatur des Turbinenabdampfes. Zum Kühlen von Kondensatoren wird weitgehend Wasser oder Luft verwendet. Wasser wird natürlichen Quellen entnommen. Das Kühlwasser wird nach Durchströmen von Oberflächenkondensatoren der Dampftur-
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"binen entweder abgeführt oder in Umwälz systemen wiederholt werwendet. Im letzteren Fall wird das Wasser in Verdampf ungskühlern (in Kühltürmen), Eieselungsanlagen oder in Kühlteichen) abgekühlt.
In den Verdampfungskühleinrichtungen wird ein Teil des abgekühlten Wassers verdampft, während ein anderer Teil desselben in Form von Tropfen durch den Luftstrom mitgerissen wird. -Außerdem wird ein Anteil des Wassers in der Regel abgelassen, damit eine übermäßige Konzentration des im umgewälzten Wasser gelösten Salzes vermieden wird. Um diese Verluste zu ersetzen, muß Wasser aus natürlichen Quellen dem Kühlsystem zugeführt werden.
In den jüngsten Jahren haben sogenannte Luftkondensationsanlagen, bei welchen die Kühlflüssigkeit durch Umgebungsluft rückgekühlt wird, immer mehr an Boden gewonnen. Anlagen dieser Art enthalten einen Mischkondensator, in den das Kondensat eingespritzt wird, das vorher in Oberflächenwärmetauschern durch Luft abgekühlt worden ist. Die Oberflächenwärmetauscher sind dabei in Kühltürme mit natürlichem Zug oder mit Lüftern (Ventilatoren) eingebaut. Die Kosten der Luftkondensationsanlagen sind höher als die Kosten eines wassergekühlten Systems. Hierzu komtut, daß bei hohen Umgebungstemperaturen keine geeigneten Wirkungsgrade der Turbinen gesichert werden können» Daß sie trotzdem immer weitere Anwendung finden, ist dem Mangel an Wasser an zahlreichen Stellen der Welt zuzuschreiben.
Es ist aber auch zu erwähnen, daß bei niedrigen Lufttemperaturen die Luftkondensationsanlagen außerordentlich hohe Turbinenwirkungsgrade zeitigen.
Ein Mangel an Wasser tritt in gewissen Jahren und in bestimmten Jahreszeiten mit geringem Niederschlag auf und kann kritisch werden, wobei jährliche oder jahreszeitliche Schwankungen an fließenden Wassermengen für den Wassermangel bestimmend sein können.
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So ζ. B. nimmt die in Flüssen bei mittleren Breitegraden im Winter beobachtbare Wassermenge im Frühjahr sprunghaft zu und behält wahrend des Sommers ein ziemlich hohes Biveav bei. Die Wasserspeicher werden somit im Frühjahr und wourend des Sommers aufgefüllt und in der Regel wenig in Anspruch genommen. In den heißen Jahreszeiten sind die Flußbetten mit Wasser gefüllt, das aus dem Schnee in den hohen Bergen entstand. In nördlichen Gebieten frieren zahlreiche Flüsse im Winter "vollständig zu, wobei die mächtigsten Flüsse ein Mindestmaß an Wassermenge liefern, wogegen sie im Sommer außerordentlich angeschwollen sind. In derartigen Fällen ist es wirtschaftlich vorteilhaft, das Kondensat im Winter durch Luft rückzukühlen, wo die kalte Luft ermöglicht, einen hohen Turbiiienwirkungsgrad aufrechtzuerhalten, wogegen im Sommer zum Kühlen der Kondensatoren neben der Luft auch das zur Verfügung stehende Wasser verwendet wird. Im. Laufe von wasserarmen Jahren, wo die zur Verfügung stehende Wassermenge besonders gering ist, scheint es wirtschaftlich vorteilhaft zu sein, eine geringe Abnahme des Turbinenwirkungsgrades zuzulassen und vom Wasser nur in jenen Stunden Gebrauch zu machen, während welcher das Kraftwerk Höchstleistung abzugeben hat und di^. Temperatur der Luft hoch ist.
Es sind Kondensationssysteme bekannt, bei welchen eine Luftkondensationsanlage und ein Wasser^ awälzsystem mit Kühlturm miteinander kombiniert werden.
Es ist z. B. eine Anordnung bekannt, bei welcher ein Teil des aus den Turbinen entweichenden Dampfes über Rohrleitungen Oberflächenwärmetauschern zugeführt wird, die durch Luft gekühlt werden. Ein anderer Teil des Abdampfes gelangt in Oberflächenkondensatoren unterhalb der Turbinen. In den Rohren der Oberflächenkondensatoren wird Wasser umgewälzt, das mittels einer Rieselanlage durch Kontaktluft gekühlt wird. Die Oberflächenkondensatoren zum Kühlen des Dampfes und die Rieselanlage, zum Kühlen des umgewälzten
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Wassers sind untereinander in der Luft auftthruiigsoffniing eines Kühlturmes mit natürlichem. Zug angeordnet.
Es ist auch bekannt, einen kombinierten Kondensator zu verwenden, der zum Teil' mit eingespritztem Kondensat arbeitet, aber auch mit Rohren ausgestattet ist,'in.denen umgewälztes Kühlwasser fließt. Das Kondensat wird in Oberflächenwärmetauschern und das umgewälzte Wasser in Kontaktrieselanlagen abgekühlt» welche in der Luftzuführungsöffnung eines Kühlturmes mit natürlichem Zug übereinander angeordnet sind, wie dies bei der eben beschrie- ■ benen Ausführungsform der Fall war·
Schließlich ist auch, eine Anordnung bekannt, bei welcher einem Oberflächenkondensator ein Kühlturm zugeordnet ist, in dessen Luftzuführungsöffnung Oberfläche&wärmetauscher und Kontaktrieselkühlanlageh übereinander angeordnet sind. Bas durch den Oberflächenkondensator hindurch umgewälzte Wasser'wird zunächst durch die OberflachenWarmepr tauscher und dann durch die offenen Rieeelkiihlajalagen hindurch geleitet«
Die angeführten kombinierten Systeme setzen die Anwendung von Oberflachenkondensatoren voraus, die aus kostspieligen korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt werden müssen, weil das in ihnen umgewälzte Wasser verschiedene Salze und Sauerstoff enthält· Es besteht auch die Gefahr, daß das Kondensat über Dichtungstellen in den Anpassungen zwischen Bohren und Anschlüssen verunreinigt wird, was schwere folgen haben kann. Hierzu kommt, daß der Raumbedarf von Oberflächenkondensatoren sehr groß ist, wodurch dann auch die Abmessungen die Maschinenraumes im Kraftwerk entsprechend größer werden.
Von den vorher beschriebenen vier kombinierten Systemen müssen bei den ersten zwei mindestens vier Rohrleitungen zwischen Kondensator und Kühlturm verlegt werden· Zwei davon dienen zum ZufüHren und Abführen des Kühlwassers. Die zwei anderen sind bestimmt, den Dampf oder das Konden-
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sat zu befördern. Die Rohrleitungen zum Zuführen des Dampfr in die Wärmetauscher fallen sehr groß aus, wobei der Druck ' in ihnen'geringer ist als der Atmosphärische Druck,' so daß auch die Gefahr einer Verunreinigung des Kondensats beträcht lieh zunimmt.
Die Zuführungsöffnungen des kombinierten Kühlturmes ' sind mit schwerfälligen Einrichtungen ausgestattet, die zum Regeln der Luftmengen dienen., welche über die Oberflächenwärmetauscher und die Kontaktrieselkühlanlagen dem Kühlturm zuströmen.
Die Abmessungen von Kühltürmen mit natürlichem Zug bzw. die Leistung von in Kühltürmen angebrachten. Lüftern (Ventilatoren) müssen wesentlich größer sein als bei den herkömmlichen Verdampfungskühltürmen, da sehr, große Mengen an Luft zum konvektiven Kühlen der Oberfllichenwärmetauscher erforderlich sind, abgesehen von den. Luftmengen, die' dazu dienen, die Wärme durch Konvektion und Verdampfung aus der' Kontaktrieselkühlanlage zu entziehen.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Unzulänglichkeiten, wobei in an sich bekannter Weise ebenfalls ein-Mischkondensator für die Turbine vorgesehen' und das Kondensat· mittels luftgekühlter Oberflächenwärmetauscher abgekühlt wird. -Entgegen, den bekannten Luftkondensationsanlagen ist aber nach dem luftbetriebenen Kühler für das Kondensat oder parallel dazu ein wasserbetriebener Kondensatkühler eingebaut, der aus einem. Oberflächenwärmetauscher besteht, in dessen Rohren das Kühlwasser fließt, während außerhalb der Rohre das abzukühlende Kondensat geführt wird. Der wasserbetriebene Kondensatkühler kann. z. B. innerhalb eines Kühlturmes mit natürlichem Zug angeordnet sein.
Die Abmessungen des luftgekühlten Kondensatkühlers bzw. der Wärmetauscher und der Luft speiseanlagen, werden· zweckmäßig derart gewählt, daß bei Höchstbelastung des ; Kraftwerkes im Winter geeignet tiefe Kondensationstemperaturen gewährleistet werden, ohne Kühlwasser dem wasserbe-
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triebenen Kühler des Kondensats zuführen zu müssen. Da bei Lufttemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes sehr große Unterschiede zwischen den !Temperaturen des Kondensats und der Luft zugelassen werden können, ohne daß der Wirkungsgrad der Turbine abnehmen würde (der Unterschied kann im Bereich von 35 bis 45 0O liegen), sind die zweckmäßigen Abmessungen des luftbetriebenen Kondensatkühlers wesentlich geringer als bei den bekannten Luftkondensationsanlagen, welche in der Hegel auf die jährliche Mitteltemperatur der Luft bemessen werden.
Kühlwasser wird nur dann dem wasserbetriebenen Kondensatkühler zugeführt, wenn die Lufttemperatur so hoch ist, daß der luftbetriebene Kondensatkühler nicht imstande ist, eine geeignet tiefe Temperatur zum Kondensieren des aus der Turbine entweichenden Abdampfes zu gewährleisten. Wasser muß auch dann nicht zum Kühlen gebraucht werden, wenn bei Lufttemperaturen oberhalb des Gefrierpunktes das Kraftwerk nicht bei voller Belastung betrieben wird, wie z.B. in den NacMetunden oder an arbeitsfreien Tagen.
Die strömende Menge des Kühlwassers wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Kondensats oder vom im Kondensator der Turbine herrschenden Druck automatisch geregelt·
Auf diese Weise gestattet die erfindungsgemäße Kondensationseinrichtung, einen hohen Wirkungsgrad der Turbine stätig aufrechtzuerhalten und dabei nur eine Mindestmenge an Kühlwasser zu verbrauchen, in dem die Speisung dee Kühlwassers in Abhängigkeit von den Wetterverhältnissen und der Belastung dee Kraftwerkes geregelt wird.
Kühlwasser kann äßeren Quellen wie Flüssen, Teichen und Kanälen entnommen werden. Wenn diese Quellen selbst im Sommer nicht in der Lage sind, geeignete Mengen von Kühlwasser zu liefern, wird erfindungsgemäß eine Verdampfungswasserkühleinrichtung (Kühlturm, Hieselbecken oder Kühlteich) vorgesehen. In diesem fall wird die Zuführung von Kühl-
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wasser in den wasserbetriebenen Kühler des Kondensats ebenfalls gemäß der Kondensationstemperatur des Dampfes in Abhängigkeit von den Wetterverhältnissen und der Belastung des Kraftwerkes geregelt, wobei angestrebt wird, Wasserverlüste in der Verdampfungskühlanlage zu vermeiden und geeignet hohe Wirkungsgrade der Turbine zu gewährleisten.
Die Kontaktrieselanlage oder die Rieselanlage des 7erdampfungswasserkühlers und der Oberflächenwärmetauscher des luftbetriebenen Kühlers des Kondensats werden im Rahmen eines Kühlturmes mit natürlichem Zug angebracht, wodurch sowohl die Kosten, wie auch der Raumbedarf verringert werden. Bei Anordnung der Wärmetauscher zum Kühlen des Kondensats und der Rieseleinrichtung der Kontaktrieselanlage oder des Verdampfungskühlers hintereinander wird die Wasserkapazität der Luft vollständig ausgenützt und der Luftverbrauch verringert, so daß auch die Abmessungen des Kühlturmes mit natürlichem Zug oder die Leistung von Lüstern (Ventilatoren) kleiner werden. ,
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 bis 5 <3-ie Schaltdiagramme verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung darstellen.
. In den Zeichnungen weisen gleiche Bezugsnummern auf ähnliche Einzelheiten hin.
Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung dar, bei welcher das Kühlwasser einer äußeren Quelle 8 entnommen wird, wobei die luft- und wasserbetriebenen KühLjr des Kondensats in Reihe geschaltet sind. Der Dampf gelangt aus einer Turbine 1 in einen Mischkondensator 2. Zum Kondensieren des Abdampfes der Turbine wird abgekühltes Kondensat in den Mischkondensator 2 eingespritzt. Das erwärmte Kondensat wird durch eine Pumpe 3 in Wärmetauseher 4 gefördert, die mittels Luft gekühlt sind, wie dies durch krumme Pfeile angedeutet ist. Aus den Wärmetauschern 4 gelangt das Kondensat in
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den Wärmetauscher 6, die mittels einer Pumpe 7 aus der äußeren Quelle 8 mit Kühlwasser versehen werden. Die Fördermenge wird durch ein Verschlußorgan 10 geregelt· .Das abgekühlte Kondensat gelangt auß den Wärmetauschern 6 über eine Kondensatleitung 9 in den Mischkondensator 2 zurück·
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung, bei welcher die luft- bzw. wasserbetriebenen Kühler des Kondensats in Parallelschaltung angeordnet sind. Hier fliefct ein Teil des Kondensats aus dem Mischkondensator 2 über den Wärmetauscher 4, der durch Luft gekühlt ist. Der andere Teil des Kondensats strömt durch den wassergekühlten Wärmetauscher 6 hindurch. Die Verteilung der den verschiedenen Kühlern zufließenden Kondensatsmengen wird durch nicht dargestellte Regelorgane bewirkt.
Fig. 3 stellt eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung dar, bei welcher das Kühlwasser für in den wasserbetriebenen Wärmetauscher 6 in einem Kühlturm 12 rückgekühlt wird. Das im Kühlturm 12 abgekühlte Wasser wird durch die Umwälzpumpe 7 in den wasserbetriebenen Oberflächenwärmetauscher 6 gespeist, aus welchem das Kühlwasser in Richtung der Pfeile zum Kühlturm 12 zurückkehrt.
Der Wasserverlust, der im Kühlturm 12 infolge Verdampfung und wegen Mitreißen von Wasserteilchen durch die Luft, sowie durch Ablassen des Wassers zwecks Verhinderung
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einer unzulässigen Zunahme der Konzentration des im Wasser gelösten Salzes entsteht, wird aus einer äußeren nicht dargestellten Wasserquelle ersetzt·
Beim dargestellten Ausführungsbeiepie1 ist ein Kühlturm 12 mit natürlichem Zug gezeigt wodea* Es ist jedoch leicht einzusehen, daß auch Kühl türme mit Lüfter (Ventilatoren), Rieselwasserbecken oder Kühlteiche mx Anwendung gelangen könnten.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4- unterscheidet
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sich vom vorherigen dadurch, daß die Kontaktrieselanlage des wasserbetriebenen Wärmetauschers 6 zusammen mit dem luftbetriebenen Wärmetauscher 4 für das Kondensat in der Luft eintritt soff nung des Kühlturmea 5 mit natürlichem Zug angebracht ist, wobei der luftbetriebene Wärmetauscher 4 oberhalb der Rieselanlage 13 angeordnet ist. Die Verteilung des Luftströmes zwischen den Wärmetauschern 4, 6 und den Rieselanlagen 13 erfolgt mittels Regelklappen 11.
Nimmt die Menge des der Rieselanlage 13 zugeführten Wassers zu, dann wird auch die Menge des die Rieselanlage durchströmenden Luft erhöht, während beim Einstellen der Zuführung von Wasser in die Rieselanlage die Luftströmung ebenfalls unterbrochen wird.
Die beispielsweise Ausführungsform der Kondensationseinrichtung nach der Erfindung gemäß Fig·. 5 zeigt, wie die Kontaktrieselanlage 13 des wasserbetriebenen Wärmetauschers 6 mit Verdampfung in Richtung der Luftströmung hinter dem luftbetriebenen Wärmetauscher 4 für das Kondensat angebracht werden kann. Bei einer derartigen Ausführung kann eine Regelung der Luftmenge entfallen. "
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Claims (1)

  1. FATÄTANSPRÜCHE
    Kondensationseinrichtung für Dampfturbinenkraftwerke mit einem Miscnkondensator und einem luftbetriebenen Kühler für das aus dem Mischkondensator entweichende Kondensat, wobei der luftbetriebene Kühler aus einem Oberflächenwärmetauscher und aus einer LuftZuführungsanlage, zweckmäßig aus einem Kühlturm mit natürlichem Zug oder Lüfter besteht und der Mischkondensator mit dem luftbetriebe-^ nen Kühler über eine Kondensatleitung verbunden ist, die eine Umwälzpumpe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verringerung der Kondensattemperatur ein wasserbetriebener Wärmetauscher (6) für das Kondensat vorgesehen und über Kondeusatleitungen zum luftbetriebenen Kondensatkühler (4, 5) in Reihe oder parallelgeschaltet ist, wobei eine Pumpe (7) zum Entnehmen von Kühlwasser einer äußeren Quelle (8) und zum Befördern über den wasserbetriebenen Wärmetauscher (6) vorgesehen ist.
    2. Kondensationseiririchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwecks Verringerung der Kondensationstemperatur des Turbinenabdampfes ein wasserbetriebener Verdampfungskühler, zweckmäßig ein Kühlturm (12) vorgesehen ist, der über eine Kondensat leitung mit dem wasserbetriebenen Wärmetauscher (6) für das Kondensat verbunden ist, wobei eine Umwälzpumpe (7) zum Befördern des abgekühlten Wassers aus dem Kühlturm (12) über eine im Kühlturm angeordnete Kontaktrieselanlage vorgesehen ist (3?ig.
    5). ■ ..· ■ ; ■■■■ ;"
    3. Kondensationseinrichtung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwecke Verringerung der Anzahl von Luft Zuführungsmitteln wie Kühltürme mit natürlichem Zug und Lüfter eine Kontaktrieselanlage (13) für den wasserbetriebenen Wärmetauscher (6) vorgesehen und unter dem luftbetriebenen Wärmetauscher (4) im Rahmen einer einzigen LuftZuführungsanlage (5) angeordnet sind» wobei Zuführungsöffnungen für die Luft der Luft Zuführungsanlage
    - 10 -
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    mit Regelorganen (11) für die Luftströmung ausgestattet sind, die zweckmäßig aus beweglichen Klappen bestehen (Fig. 4).
    4. Kondensationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verringerung der zur Kühlung erforderlichen Luftmenge und der Abmessungen der Luftzufühningsanlagen der Oberflächenwärmetauscher (4) des luftbetriebenen Kühlers für das Kondensat und die Kontaktrieselanlage (13) des wasserbetriebenen Wärmetauschers (6) in der Strömungsrichtung der Luft hintereinander angeordnet sind (Fig» 5).
    5. Kondensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwecks Verringerung von verdampfungsbebedingten Wasserverlusten und des Energiebedarfes der Kühlwasserumwärzung ein Regelorgän (10) in der Umvrälzleitung des wasserbetriebenen Warmetauschers (6) vorgesehen ist, das"geeignet ist, die Eintrittsmenge des Kühlwassers in Abhängigkeit von der Kondensatemperatur oder vom im Kondensator (2) herrschenden Druck zu ändern oder die Lieferung von Wasser zu unterbrechen.
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