DE3717521C2 - - Google Patents
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- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kondensator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Dampfkraftanlagen ohne Speisewasserbehälter, beispielsweise
in Kernkraftwerken von Herstellern aus den USA ist im Kondensa
tor ein Heizrohrsystem (Sparger) installiert, das beim Anfahren
mit Hilfsdampf und während des Leistungsbetriebes mit Dampf aus
dem Wasser-Dampf-Kreislauf gespeist wird. Das System ist bei
diesen Anlagen so ausgelegt, daß nur die im unteren Lastbereich
anfallenden Kondensatmengen ausreichend aufheizbar sind, um das
Kondensat zuverlässig zu entgasen. Außerdem ergeben sich bei
dieser Anordnung weitere Probleme mit der Entgasung des Konden
sats, weil im Teillastbereich die Luftabsaugeaggregate häufig
überlastet sind und die durch die Entgasung freiwerdenden Gase
über ein Luftkühlerbündel nicht ausreichend abgesaugt werden
können. Wird eine Deionatversorgung zugeschaltet, so erhöht
sich in unerwünschter Weise der Sauerstoffgehalt im Kondensat
zusätzlich, da das Deionat beim Ablaufen an der Berohrung
zusätzlich Sauerstoff aufnimmt.
Über die Aufheizung des Kondensats soll eine unzulässige Kon
zentration des Sauerstoffgehaltes im Kondensat vermieden wer
den. Das Ausmaß der Aufheizung des Kondensats wird bei der be
kannten Anordnung durch probeweise Messung des Sauerstoffgehal
tes ermittelt. Dadurch ist eine Überhitzung und Verdampfung des
Kondensats nicht ausgeschlossen, weil die Aufheizung weitgehend
unkontrolliert erfolgt. Dies führt darüber hinaus zu relativ
großen Wärmeverlusten und unter Umständen sogar zu Leistungs
einbußen des Kraftwerkes, wenn das Heizrohrsystem länger als
unbedingt nötig in Betrieb ist. Darüber hinaus besteht beim
Auftreten erhöhter Kondensattemperaturen die Gefahr, daß die
Kondensatpumpen durch Kavitation geschädigt werden.
In den bekannten Anlagen ist das Heizrohrsystem aus unlegiertem
Kohlenstoffstahl hergestellt. Bei intermittierender Betriebs
weise entstehen dann Korrosionen. Die Korrosionsprodukte können
im Betrieb in den Dampferzeuger, bei Siedewasser-Kernreaktoren
sogar in den Kernreaktor, eingetragen werden. Um die Korrosions
produkte zu beseitigen, wird soweit vorhanden, eine Kondensat
reinigungseinrichtung häufig und lange in Betrieb gesetzt, so
daß zusätzliche Betriebskosten entstehen. Mit dem Speisewasser
in den Dampferzeuger eingetragene Korrosionsprodukte verursa
chen dort in der Folge erhebliche Korrosionsprobleme an der Be
rohrung.
Aus der EP-B1-01 52 920 ist auch ein Kondensator bekannt, bei
dem die Heizleistung des Heizrohrsystems über die Menge des
Heizdampfes durch ein von einer Steuereinrichtung betätigtes Heizventil in
Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Kondensators einstellbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde zur Aufheizung
des Kondensats in Kondensatoren großer Kraftwerksanlagen mit
Wasser-Dampf-Kreislauf in einem geschlossenen System ein Heiz
rohrsystem zu schaffen, das unabhängig vom Betriebszustand bis
hin zu einer zulässigen zeitweisen Überlastung des Wasser-
Dampf-Kreislaufes eine zuverlässige Entgasung des Kondensats
gewährleistet und dadurch eine Korrosion der Bauteile des
Kondensators sowie der nachgeschalteten Baugruppen weitgehend
verhindert, sowie gleichzeitig eine unzulässige Aufheizung des
Kondensats vermeidet und dadurch sowohl das Auftreten von
Kavitation an einer Kondensatpumpe ausschließt als auch eine
Wirkungsgradverschlechterung der Gesamtanlage eng begrenzt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kondensator der eingangs
genannten Art
durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1
ausgegebenen Merkmale gelöst.
Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Kondensator zwei Kondensationskammern aufweist, deren
jeder mindestens ein Heizrohrsystem, ein Proportionalregler
und ein Meßgrößenwandler zugeordnet ist, daß die Kondensations
temperatur aus dem mittleren Druck des im Kondensator zu konden
sierenden Dampfes abgeleitet ist und daß die Temperatur des
Kondensats über mehrere Meßsonden ermittelt ist, von denen
mindestens eine oberhalb des Heizrohrsystems angeordnet ist.
Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist die Heiz
leistung des Heizrohrsystems vorrangig durch die Unterkühlung
des Kondensats (die Differenz der Temperatur des Kondensats von
der Kondensationstemperatur) bestimmt, wobei die Heizleistung
über proportional zur Unterkühlung ist, so daß die
Aufheizzeit bei einer kleinen Unterkühlung größer ist als bei
einer starken. Es ist dicht über dem Kondensat eine
Absaugevorrichtung vorgesehen, die durch eine Leitung mit dem
Luftkühler des Kondensators verbunden ist.
Der erfindungsgemäß ausgeführte Kondensator er
möglicht eine zuverlässige Entgasung des Kondensats und gewähr
leistet dadurch infolge von fehlendem Sauerstoff einen weit
gehend korrosionsfreien Betrieb, so daß gleichzeitig auch die
Folgeprobleme, insbesondere die durch Korrosionsprodukte ver
ursachten Folgeprobleme vermieden sind, wobei eine nennenswerte
Wirkungsgradverschlechterung der Gesamtanlage durch die gezielt
beschränkte Aufheizung des Kondensats vermieden ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeich
nung näher erläutert.
Ein in einem Wasser-Dampf-Kreislauf einer Kraftwerksanlage
einer Turbine nachgeschalteter Kondensator hat zwei Kammern 1,
deren jede mit ihrem oberen Ende an den Auslaß einer
Niederdruckturbine angeschlossen ist. Quer zur Dampfströmungs
richtung, senkrecht zur Zeichnungsebene werden beide Kammern 1
in den schraffiert dargestellten von punktgestrichelten Linien
begrenzten Feldern 3 von einer sehr großen Anzahl von Röhren
durchsetzt, durch die Kühlflüssigkeit strömt. Der Dampf
kondensiert an der Außenseite der Röhren und das dadurch
gebildete Kondensat tropft nach unten, wobei es den Kondensator
bis an einen Pegel 4 füllt.
Im unteren Drittel des dampfgefüllten Raumes des Kondensators
ist ein nach unten offener, nach oben durch dachartige
gegeneinander geneigte Wände gebildeter Luftkühler 5
vorgesehen, der mit einem von seinem First ausgehenden Absaugrohr
6 über ein Rohr 7 an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe
angeschlossen ist. Der von dem Luftkühler 5 umfaßte Raum ist
ebenfalls von einer Vielzahl von kühlflüssigkeitsdurchströmten
Röhren durchsetzt, so daß dort der Partialdruck des
Wasserdampfes sehr klein ist und im wesentlichen nur die
übrigen Gase abgesogen werden.
Jeder Kammer 1 ist eine Kondensatleitung 8 zugeordnet, durch
die eine Kondensatpumpe 9 das Kondensat in einen nicht darge
stellten Speisewasservorwärmer fördert. Parallel zur Kondensat
pumpe 9 liegt eine Rückleitung 10 mit einem Spülventil 11,
das gerade so viel Kondensat durch die Rückleitung 10 in den
Kondensator zurückströmen läßt, daß Stillstandskorrosion im
Heizleitungssystem bei geschlossenem Heizventil 13 vermieden ist.
Der Austritt des zurückgeförderten Kondensats in den Kondensa
tor erfolgt durch von einem Heizrohrsystem 12 getragene Düsen,
wobei jede Kammer 1 ein eigenes Heizrohrsystem 12 aufweist. Je
des der Heizrohrsysteme 12 liegt vollständig unterhalb des Pe
gels 4 und ermöglicht ein geregeltes Erwärmen des Kondensats.
Hierzu öffnet nach dem vollständigen Verschließen des Spül
ventils 11 das Heizventil 13 in einer Heizdampf oder Heizkon
densat führenden Heizleitung 14.
Dabei wird die Durchflußmenge durch einen über eine Steuerlei
tung 15 auf das Heizventil 13 wirkenden Proportionalregler 16
und das vorhergehende Schließen des Spülventils 11 über eine
Steuerleitung 18 unmittelbar von einem Meßgrößenwandler 17 ver
anlaßt, dessen Ausgang außerdem mit dem Eingang des Proportio
nalreglers 16 verbunden ist. Für die Stellung des Spülventils
11 erfolgen Rückmeldungen über eine Meßleitung 19 und für
die Stellung des Heizventils 13 erfolgen Rückmeldungen über
eine Meßleitung 20 jeweils an den Meßgrößenwandler 17. Über
eine Meßleitung 21 erhält der Meßgrößenwandler 17 Werte über
den Betriebszustand der nicht dargestellten am Ende der Rohre 7
liegenden Vakuumpumpen.
Der Meßgrößenwandler 17 erhält darüber hinaus weitere Meßwerte,
und zwar über eine Meßleitung 22 über den Sauerstoffgehalt und
über eine Meßleitung 23 über die Temperatur im Kondensat, sowie
über eine Meßleitung 24 über den mittleren Druck im Dampfraum
des Kondensators und über eine Meßleitung 25 über die Kondensat
temperatur am Saugstutzen der Kondensatpumpe 9.
Der im Normalbetrieb der Anlage aus der Niederdruckturbine
in eine der Kammern 1 einströmende Dampf wird an den
kühlmitteldurchströmten Röhren in den Feldern 3, wie oben
erwähnt, abgekühlt und kondensiert. Das Kondensat fließt in den
unteren Teil des Kondensators und füllt diesen bis an den Pegel
4. Der im unteren Drittel des Dampfraumes des Kondensators
vorgesehene Luftkühler 5 kühlt den auch in einem geschlossenen
Kreislauf unvermeidbar mit geringen Mengen von im Wasserdampf
kondensator nicht kondensierbaren Gasen, beispielsweise mit
Sauerstoff, vermischten Niederdruckdampf weiter ab. Innerhalb
des Luftkühlers 5 erreicht der Partialdruck des Wasserdampfes
dabei einen Minimalwert, so daß über das Absaugrohr 6 vermehrt
die unerwünschten Gase, beispielsweise Sauerstoff, abgezogen
werden.
Das nach unten ablaufende Kondensat nimmt jedoch auf seinem Weg
begierig wieder Gase auf, die, wenn keine weitergehenden
Entgasungsmöglichkeiten vorgesehen sind, nicht bis in den
Luftkühler 5 gelangen. Das Kondensat im unteren Teil des
Kondensators enthält demzufolge gelöste Gase. Das Kondensat
wird beim Vorhandensein eines Speisewasserbehälters in der
Regel dort entgast.
Beim Fehlen eines Speisewasserbehälters ist es daher zweckmäßig,
die gelösten Gase schon im Kondensator auszutreiben. Hierzu
wird das an sich deutlich unterkühlt in den unteren Teil des
Kondensators gelangende Kondensat bis dicht unter die dem Druck
im Dampfteil des Kondensators entsprechende Kondensations
temperatur aufgeheizt, so daß es seine Lösungsfähigkeit für
Gase praktisch verliert. Die aus dem Kondensat aufsteigenden
Gasblasen werden dicht über dem Pegel 4 von einer Absauge
vorrichtung 26 aufgefangen und über ein Rohr 27 dem Luftkühler 5
zugeleitet.
Die Aufheizung des Kondensats erfolgt durch Re
gelung der Menge des zugeführten Heizkondensats oder Heiz
dampfes. Das diese Menge einstellende Heizventil 13 ist seiner
seits von dem Proportionalregler 16 mindestens in Abhängigkeit
von der Unterkühlung und dem Sauerstoffgehalt des Kondensats
eingestellt, deren Größe aus den über die Meßleitungen
22, 23 und 24 gelieferten Meßwerten vom Meßgrößenwandler 17
ermittelt wird. Daraus abgeleitete Signale gelangen über den
Ausgang des Meßgrößenwandlers 17 an den Eingang des
Proportionalreglers 16. Der Proportionalregler 16 ist über den
Meßgrößenwandler 17 außerdem in Abhängigkeit von der Kondensat
temperatur am Saugstutzen der Kondensatpumpe 9 beaufschlagt.
Grundvoraussetzung für ein Öffnen des Heizventils 13 ist
jedoch, daß das zugehörige Spülventil 11 geschlossen und die
zugehörige Vakuumpumpe über die Meßleitung 21 als in Betrieb
gemeldet ist.
Durch die geregelt erfolgende Aufheizung des Kondensats ist ge
währleistet, daß einerseits die Funktion und die Leistung des
Kondensators nicht beeinträchtigt ist und daß andererseits
keine im Kondensat gelösten Gase mit in den Wasser-Dampf-Kreis
lauf gefördert werden, wo insbesondere der Sauerstoff durch
Bildung von Korrosionsprodukten unerwünschte Folgeerscheinungen
verursachen würde. Eine stärkere Aufheizung des Kondensats,
möglicherweise bis über die Kondensationstemperatur im
Dampfraum des Kondensators, würde darüber hinaus den
Wirkungsgrad der Gesamtanlage verschlechtern, und ist durch die
beschriebenen Anordnung sicher verhindert.
Claims (9)
1. Kondensator für den Wasser-Dampf-Kreislauf einer Kraftwerks
anlage, insbesondere Kernkraftwerksanlage, mit einem Heizrohr
system (12) (Sparger) im mit Kondensat gefüllten unteren Teil,
wobei durch an den Heizrohren vorgesehenen Düsen in das Konden
sat hineingedrücktes Heizkondensat oder Heizdampf das Kondensat
aufheizt und dadurch gelöste Gase aus dem Kondensat austreibt,
- - wobei bei Erreichen eines vorgegebenen zulässigen Sauerstoffgehalts die Heizleistung des Heizrohrsystems (12) über die Menge des Heizkondensats bzw. des Heizdampfes durch ein Heizventil (13) einstell bar ist,
- - wobei aus dem Kondensat ausgetriebene Gase durch eine Vakuumpumpe abgezogen werden,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Heizventil von einem Proportionalregler (16) betätigt ist,
- - daß der Proportionalregler (16) von einem Meßgrößenwandler (17) in Abhängigkeit von der Unterkühlung des Kondensats beaufschlagt ist, wobei die Unterkühlung gleich der Differenz der Temperatur des Kondensats von der Kondensationstemperatur des zu kondensierenden Dampfes ist, und
- - daß der Meßgrößenwandler (17) dem Proportionalregler (16) ein ein Öffnen des zugehörigen Heizventils (13) verursachendes Meßergebnis nur weitergibt, solange die Vakuumpumpe in Betrieb ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß er zwei Kondensationskammern (1) auf
weist, deren jeder mindestens ein Heizrohrsystem (12), ein Pro
portionalregler (16) und ein Meßgrößenwandler (17) zugeordnet
ist.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kondensationstemperatur aus
dem mittleren Druck des im Kondensator zu kondensierenden
Dampfes abgeleitet ist.
4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kondensats
über mehrere Meßsonden ermittelt ist, von denen mindestens eine
oberhalb des Heizrohrsystems (12) angeordnet ist.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Heizrohr
systems (12) vorrangig durch die Unterkühlung des Kondensats
bestimmt ist, wobei die Heizleistung überproportional zur Unter
kühlung ist, so daß die Aufheizzeit bei einer kleinen Unterküh
lung größer ist als bei einer starken Unterkühlung.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß während der Aufheizzeit auf
das Einspeisen von Deionat in den Kondensator verzichtet ist
oder das Deionat unterhalb des Heizrohrsystems (12) direkt in
das Kondensat eingeleitet ist.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß dicht über dem Pegel (4) des
Kondensats eine Absaugevorrichtung (26) vorgesehen ist, die
durch eine Leitung mit dem Luftkühler (5) des Kondensators oder
einem zu einer Vakuumpumpe führenden Rohr (7) verbunden ist.
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserstand (4) des Kondensats
konstant gehalten ist, wobei zwischen den einzelnen Aufheizzeiten
ein Teil des durch die Kondensatpumpe (9) geförderten
Kondensats über ein Auffüllventil (11) und durch das Heizrohrsystem
(12) in den Kondensator zurückgefördert wird.
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