DE68903829T2

DE68903829T2 - Verfahren zum kondensieren von dampf und luftkondensationsanlage zur verwendung in einem solchen verfahren.

Info

Publication number: DE68903829T2
Application number: DE8989303422T
Authority: DE
Inventors: Janos Bodas; Gyoergy Dr Palfalvi; Istvan Papp
Original assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Current assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2009-04-07
Also published as: ES2036798T3; DE68903829D1; EP0390990A1; US4909309A; EP0390990B1; CA1323496C; ATE83311T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kondensieren von Dampf, insbesondere Abdampf von Kraftwerksdampfturbinen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, und auf Luftkondensatoreinrichtungen zur Verwendung in einem derartigen Verfahren.
Ein derartiges Verfahren ist in der DE-A-1 962 061 geoffenbart.
Luftkondensatoreinrichtungen zur Durchführung von Verfahren zum Kondensieren von Dampf und insbesondere Abdampf von Kraftwerksdampfturbinen bestehen aus Luftkondensatoren, in denen Dampf durch von einem Ventilator zugeführte Luft kondensiert wird. Die Luftkondensatoren bestehen aus geneigten oder aufrechten mit Lamellen versehenen Kühlrohren, die an ihren oberen Enden mit einer gemeinsamen Dampfverteilungskammer oder einer Verzweigung und an ihren unteren Enden mit einer gemeinsamen Kondensatsammelkammer oder einem Sammelverteiler verbunden sind. Die geneigte oder aufrechte Position der Kühlrohre stellt sicher, daß das Kondensat des Dampfes die Sammelkammer durch die Schwerkraft erreicht.
Im Betrieb wird der von der Dampfverteilungskammer in die Kühlrohre eingeleitete Abdampf, während er strömt, bei konstanter Temperatur kondensiert. Entstandene Flüssigkeitstropfen bilden einen Flüssigkeitsfilm, der an den innenwänden der Kühlrohre nach unten abläuft. Die Temperatur des Flüssigkeitsfilms ist im wesentlichen gleich der Temperatur des eintretenden Abdampfes.
Wenn die Länge der Kühlrohre derart ist, daß eine Kondensation genau am Ende der Kühlrohre beendet ist, ist die Temperatur des in die Sammelkammer abziehenden Kondensats ebenfalls im wesentlichen gleich der Temperatur des eindringenden Abdampfes.
Wenn andererseits auf Grund von Änderungen von Betriebsfaktoren, wie Last, Temperatur der Kühlluft und dgl., die Länge der Kühlrohre kleiner als der vorher angegebene Wert wird, wird die Kondensation des Abdampfes nicht in den Kühlrohren abgeschlossen, die dann auch Dampf abgeben. Diese Dampfmenge, die mit 20 % des gesamten Dampfstromes veranschlagt werden kann, wird in einer sekundären Kondensationszone kondensiert. Die Struktur der Luftkondensatoren der sekundären Kondensationszone ist gleich wie jene der bereits beschriebenen primären Kondensationszone. Ein betrieblicher Unterschied besteht jedoch darin, daß aus hier irrelevanten Gründen der Dampf grundsätzlich in ihren Kühlrohren aufwärts strömt.
Sollte die Länge der Kühlrohre den oben erwähnten Wert überschreiten, wird die Kondensation beendet, bevor das Kondensat die Sammelkammer erreicht. Dann wird der an den Innenwänden der Kühlrohre nach unten ablaufende Flüssigkeitsfilm weiter abgekühlt, so daß in Abhängigkeit von der Rohrlänge beträchtliche Differenzen zwischen den Temperaturen des eindringenden Abdampfes und des austretenden Kondensats auftreten können: das Kondensat wird unterkühlt, womit wir meinen, daß es auf eine zu niedrige Temperatur abgekühlt wird, d.h. eine Temperatur, die unter oder weit unter der erforderlichen liegt. Tatsächlich kann dies insofern alternativ als "Überkühlung" bezeichnet werden, als das Kondensat zu weit abgekühlt wird.
Eine Unterkühlung des Kondensats ist aus zwei Gründen unerwünscht.
Einerseits stellt sie einen thermodynamischen Verlust dar, da das unterkühlte Kondensat nur durch Verbrennen von überschüssigem Treibstoff wieder verdampft werden kann, der eingespart werden könnte, wenn es keine Unterkühlung gäbe.
Andererseits kann eine Unterkühlung eine Frostgefahr auslösen, da das unterkühlte Kondensat bei niedriger Umgebungstemperatur gefrieren und Frostschäden in den Luftkondensatoren der Einrichtung mit sich bringen kann.
Verschiedene Hilfsmittel wurden zur Vermeidung des Problems des Gefrierens des Kondensats in den Kühlrohren der Luftkondensatoren von Luftkondensatoreinrichtungen vorgeschlagen.
Das einfachste Mittel zum Verhindern einer Unterkühlung besteht darin, daß nur eine teilweise Kondensation in den Kühlrohren zugelassen wird. Dadurch wird sichergestellt, daß auch Dampf abgegeben wird, wie beispielsweise in der US-A-3 705 621 geoffenbart. Offensichtlich wird dann die Kapazität der Luftkondensatoren der Einrichtung nicht vollständig genützt.
Wenn in den Kühlrohren der Reihe, auf die die Kühlluft zuerst auftrifft, eine vollständige Kondensation angewendet wird, wird die Gefahr eines Gefrierens durch Messen der Temperatur des Kondensats verhindert, das von einer derartigen Reihe abzieht. Wenn die Temperatur niedriger ist als ein vorherbestimmter Wert, wird das Abkühlen durch Vermindern des Stromes von Kühlluft durch Modifizieren der Ventilatorleistung gemäßigt. Hier wird dann eine Unterkühlung und dadurch ein Gefrieren durch Einstellen der Leistung der Ventilatoren verhindert, die die Kühlluft zuführen, was unökonomisch ist, wie für Fachleute klar ist. Ein derartiger Luftkondensator ist in der US-A-4 177 859 beschrieben.
Ein Einstellen mit Hilfe der Ventilatorleistung kann durch Ablenken und Rückführen des Luftstroms anstatt ihn zu vermindern vermieden werden. Für einen derartigen Zweck werden Vorhänge, die zum Abschirmen der Luftkondensatoren in variablen Ausmaßen in Abhängigkeit von den Temperaturen des Kondensats, der Umgebung und des eindringenden Dampfes geeignet sind, verwendet. Auf Grund der Rückführung werden die Kühlrohre der ersten Reihe von relativ wärmerer Luft bestrichen, wodurch die Gefahr eines Gefrierens verhindert wird. Eine derartige Luftkondensatoreinrichtung ist in der US-A-4 450 899 beschrieben.
Ein ähnliches Hilfsmittel zur Vermeidung der Probleme eines Gefrierens durch eine Ablenkung anstelle einer Regulierung der Ventilatorleistung wird auch von einer Luftkondensatoreinrichtung verkörpert, in der eine Ablenkung durch Abdeckklappen mit variabler Länge, die vor und nach den Kühlrohren angeordnet sind, anstatt durch Vorhänge bewirkt wird. Die Klappen werden in Abhängigkeit von der Temperatur des Kondensats und möglicherweise der Umgebung eingestellt, wie beispielsweise im Fall der in der DE-A-1 962 061 beschrieben Luftkondensatoreinrichtung.
In einer ähnlichen Lösung sind die Luftkondensatoren in einem Luftbehälter angeordnet, während die Außenwände und Abteilungen der Luftbehälter Klappen aufweisen, die zum Ablenken und Rückführen der Kühlluft geeignet sind. Eine derartige Einrichtung ist in der CH-A-485 187 geoffenbart.
Wie ersichtlich ist, bietet der Stand der Technik eine Reihe von Hilfsmitteln zur Vermeidung der Gefrierprobleme, durch die auch eine Unterkühlung verhindert werden kann, sollte sie bei Temperaturniveaus auftreten, die wahrscheinlich die Gefahr eines Gefrierens hervorrufen.
Es wurde jedoch festgestellt, daß eine Unterkühlung auch bei Temperaturniveaus und Umgebungstemperaturen auftreten kann, bei denen Gefrierprobleme außer Frage stehen, beispielsweise in Fällen, in denen die Temperatur der eintretenden Kühlluft weit über dem Gefrierpunkt liegt. Offensichtlich ist sogar eine derartige Unterkühlung auf Grund des oben erwähnten thermodynischen Verlusts unerwünscht.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist, abgesehen von der Frostgefahr eine Unterkühlung zu verhindern und dadurch eine hohe thermodynamische Effizienz von Luftkondensatoren mit Kühlrohren in einer Anordnung mit mehreren Reihen sicherzustellen. Die Erfindung basiert auf der Annahme, daß Unterschiede in den Leistungen von parallel in einer Luftkondensatoreinrichtung arbeitenden Luftkondensatoren für eine Unterkühlung verantwortlich sind. Im Fall von Leistungsunterschieden sind nämlich einige Luftkondensatoren überlastet, während andere bei verminderter Last arbeiten. So muß bei einigen Luftkondensatoren die Kühlung erhöht werden, während sie bei anderen vermindert werden muß. Die ersteren geben Dampf ab, bis die Kühlung erhöht wird. In den letzteren wird das Kondensat unterkühlt, bis die Kühlung vermindert wird.
So wird eine Unterkühlung wahrscheinlich durch Eliminieren aller Leistungsunterschiede, d.h. durch Ausgleichen der Kühlleistungen von parallel arbeitenden Luftkondensatoren, verhindert. Für derartige Zwecke sind jedoch die bekannten Verfahren zum Verhindern von Frostschäden ungeeignet. Wenn nämlich ein Steuersignal von der Temperatur des aus der ersten Reihe von Rohren abziehenden Kondensats abgeleitet wird, sollte eine derartige Temperatur mit der Einlaßtemperatur des Dampfes anstatt mit dem Gefrierpunkt verglichen werden. Wenn andererseits die Temperatur des Kondensats in der Sammelkammer entscheidend ist, ist es nicht zulässig, eine mögliche Unterkühlung in der ersten Reihe von Rohren abzuleiten, da sich die die erste Reihe der Rohre erreichende frische Luft im Laufe des Kondensierens des Dampfes erwärmt, so daß auf die zweite und weitere Rohrreihen immer wärmere Luft auftrifft. So empfängt die Sammelkammer Kondensate mit unterschiedlichen Temperaturen und sogar Dampf. Die sich vermischenden Kondensate ergeben eine mittlere Temperatur, die, obwohl sie niedriger ist als die Einlaßtemperatur von Dampf, noch immer höher ist als die des aus der ersten Reihe von Rohren abziehenden Kondensats.
So muß, um eine Beobachtung einer Unterkühlung unabhängig von einer Frostgefahr zu ermöglichen, ein Verfahren entwickelt werden, das auf Betriebsfaktoren vor dem Erreichen der Sammelkammer basiert.
Ein Vergleich der Temperatur des aus einzelnen Reihen von Rohren abziehenden Kondensats mit der Einlaßtemperatur von Dampf scheint ein derartiges Verfahren zu sein. Es ist jedoch bekannt, daß die Messung der Temperatur von Dampf, wahrscheinlich auf Basis einer Druckmessung, eine schwierige Aufgabe ist, durch die im Fall von Luftkondensatoreinrichtungen, die aus einigen je aus einer Vielzahl von Rohrreihen bestehenden Luftkondensatoren zusammengesetzt sind, die Investitionskosten unerwünscht erhöht würden und zahlreiche Risken für mögliche Betriebsprobleme verursacht würden.
Die Art der von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung ist im Stand der Technik völlig unbekannt. Sie basiert auf der Annahme, daß das Vorliegen einer Unterkühlung auch durch das Vergleichen der Temperaturen der Kondensate, die von der ersten und einer weiteren Reihe von Rohren, vorzugsweise der ersten und zweiten, abziehen, nachgewiesen werden kann, d.h. durch Messen bloßer Flüssigkeitstemperaturen. Wenn nämlich die Luftkondensatoreinrichtung bei vorgewählten Betriebsbedingungen (Dampflast, Temperatur von Kühlluft und dgl.) arbeitet, gibt die erste Reihe von Rohren ein Kondensat ab, dessen Temperatur gleich der Temperatur des eintretenden Dampfes ist, so daß keine Unterkühlung vorliegt. Die zweite Reihe von Rohren kann auch Dampf abgeben, da die Temperatur der die Rohre der ersten Reihe bestreichenden Kühlluft erhöht wird. So besteht keine Differenz zwischen den Temperaturen der von der ersten und weiteren Rohrreihen abziehenden Kondensate: die Luftkondensatoren der Luftkondensatoreinrichtungen arbeiten mit der gleichen Last.
Wenn die Dampflast und dadurch die Temperatur des eintretenden Dampfes abnimmt, findet eine Kondensation bei einer Temperatur statt, die niedriger ist als vorher, jedoch gleichermaßen ohne Unterkühlung. Jede der Rohrreihen gibt Kondensate mit gleichmäßger Temperatur ab.
Die Situation verändert sich jedoch, wenn die Lastverteilung zwischen den Betriebseinheiten (den Luftkondensatoren) ungleich wird, d.h. eine Asymmetrie zwischen den Kühlleistungen der Luftkondensatoren eintritt: die Kühlleistung des einen oder anderen Luftkondensators nimmt aus einem bestimmten Grund zu oder ab. Eine derartige Asymmetrie kann beispielsweise auf einen absichtlich oder unabsichtlich bewirkten Unterschied in den Ventilatorleistungen zurückzuführen sein. Dann tritt in einigen der Luftkondensatoren notwendigerweise eine Unterkühlung auf. Auf Grund der Unterkühlung unterschieden sich die Temperaturen der von den Rohrreihen abziehenden Kondensate, und genau eine derartige Temperaturdifferenz wird gemäß dem Grundkonzept der vorliegenden Erfindung zum Eliminieren von Leistungsunterschieden der Luftkondensatoren oder mit anderen Worten zum Ausgleichen ihrer Leistungen genützt.
Ein Ausgleichen der Luftkondensatorleistungen wird durch Ändern der Betriebslänge der Kühlflächen der Luftkondesatoren mit Hilfe einstellbarer Abschirmungen sichergestellt, bis der vorgeschriebene Wert der Kühlleistung wiederhergestellt ist.
Zur Feststellung der Temperaturdifferenz werden Temperatursignale von den aus der ersten Reihe von Rohren abziehenden Kondensaten und vom aus einer weiteren Rohrreihe, vorzugsweise der zweiten, abziehenden Kondensat abgenommen. Diese Temperatursignale werden einem Komparator zugeführt, dessen Ausgangssignal einen Antriebsmechanismus auslöst, der seinerseits die Position der Abschirmungen einstellt.
So stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Betrieb von Luftkondensatoreinrichtungen zum Kondensieren von Dampf, insbesondere Abdampf von Kraftwerksdampfturbinen, dar, welches auf an sich bekannte Weise das Leiten des Dampfes durch Kühlrohre, die in zumindest zwei Reihen nacheinander in Strömungsrichtung der Kühlluft angeordnet sind, wobei den Kühlrohren Abschirmmittel zugeordnet sind, die zum Einstellen der wirksamen Arbeitslänge der Kühlrohre geeignet sind, und das Einstellen der wirksamen Arbeitslänge der Kühlrohre durch Einstellen der Position der Abschirmmittel in Abhängigkeit von einem Temperaturwert des aus den Kühlrohren abziehenden Kondensats umfaßt. Gemäß der Erfindung werden die Temperaturen der von zumindest zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Kühlrohren abziehenden Kondensate gemessen, und der oben erwähnte Temperaturwert wird aus der Differenz derartiger Kondensattemperaturen berechnet.
Wie erläutert wurde, wird mit diesem Verfahren eine Unterkühlung beendet, wodurch die thermodynamische Effizienz erhöht und ein Gefrieren des Kondensats bei niedrigen Umgebungstemperaturen verhindert wird.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung Luftkondensatoreinrichtungen, die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignet sind. Sie umfassen in an sich bekannter Weise Luftkondensatoren mit Kühlrohren, die in zumindest zwei Reihen in Strömungsrichtung der Kühlluft nacheinander angeordnet sind und denen Abschirmmittel zugeordnet sind, die zum Einstellen der wirksamen Arbeitslänge ihrer Kühlflächen geeignet sind. Neue Merkmale der Luftkondensatoren bestehen in Meßmitteln zur Bestimmung der Temperaturdifferenz von aus zumindest zwei aufeinanderfolgenden Reihen, vorzugsweise der ersten und zweiten, von Kühlrohren abziehenden Kondensaten, und in Antriebsmitteln zum Einstellen der Position der Abschirmmittel in Abhängigkeit von einer solchen Temperaturdifferenz in Ansprechen auf ein Ausgangssignal der oben erwähnten Meßmittel.
Wie angegeben wurde, arbeitet die Luftkondensatoreinrichtung mit den Abschirmmitteln unabhängig von der Temperatur der Kühlluft ohne Unterkühlung, solange die Kühlleistungen der Luftkondensatoren keine Asymmetrie aufweisen. Im Fall einer Asymmetrie wird andererseits die wirksame Arbeitslänge der Kühlflächen des für die Asymmetrie verantwortlichen Luftkondensators mit Hilfe der Abschirmungen geändert, bis die Kühlleistungen der Luftkondensatoren der Einrichtung wieder ausgeglichen sind.
Mit ausgeglichenen oder gleichmäßigen Kühlleistungen bleibt eine vorgewählte Differenz zwischen den Temperaturen des eintretenden Dampfes und der Kühlluft während des Betriebs der Einrichtung unverändert. Wenn die Temperatur der Kühlluft abnimmt, tritt die oben genannte Temperaturdifferenz bei immer niedrigeren Niveaus auf. Es kommt dennoch zu keiner Unterkühlung.
Mit abnehmender Kühllufttemperatur kann sich jedoch das Temperaturniveau der Kondensation dem Gefrierpunkt nähern. Dies kann Frostgefahr mit sich bringen, da das Kondensat in der ersten Reihe der Rohre durch die kalte Umgebung unterkühlt werden und in den Rohren gefrieren kann.
Andererseits kann sich die Kondensationstemperatur auf Grund einer Erwärmung der Kühlluft unerwünscht erhöhen, so daß sie nicht länger den Betriebsanforderungen der Dampfturbine des Kraftwerks entspricht.
Die erfindungsgemäße Luftkondensatoreinrichtung ist zum selbsttägigen Verhindern beider Anomalien durch Einstellen des Kondensationstemperaturniveaus wirksam. Eine Regulierung des letzteren erfordert nämlich nur das vorsehen von Klappen zwischen Paaren von benachbarten Luftkondensatoren, durch die ein Teil der erwärmten Kühlluft in den eintretenden Luftstrom rückgeführt wird. Die Position der Klappen wird in Abhängigkeit von der Temperatur des eintretenden Dampfes eingestellt.
Wie ersichtlich ist, beeinflussen derartige Mittel die Steuerung der Mittel zum Verhindern der Unterkühlung durch Aufrechterhalten der Temperaturdifferenz zwischen dem eintretenden Dampf und der Kühlluft, ohne jedoch ihr Niveau zu bestimmen.
Die Klappen zwischen den Luftkondensatoren verhindern durch eine Ablenkung des Luftstroms sowohl ein Absinken des Temperaturniveaus auf Werte, die wahrscheinlich eine Frostgefahr auslösen, als auch ein Ansteigen derselben auf unerwünschte Werte.
Die Klappen werden mit Hilfe eines Antriebsmechanismus eingestellt, der durch das Ausgangsignal eines Komparators ausgelöst wird, welcher ein von der Temperatur des eintretenden Dampfes abgeleitetes Temperatursignal empfängt. Im Komparator wird ein derartiges Signal mit einem eingestellten Schwellenwert verglichen, worauf ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs ausgegeben wird.
So ist zum Einstellen des Temperaturniveaus die erfindungsgemäße Luftkondensatoreinrichtung zum Schließen eines Spaltes zwischen Paaren von gegenüberliegend angeordneten Luftkondensatoren in Abhängigkeit von der Temperatur des eintretenden Dampfes mit einstellbaren Klappen versehen, durch die ein Teil der in den Kondensatoren erwärmten Kühlluft rückgeführt wird. Dadurch wird ein unerwünschtes Absinken des Kondensationstemperaturniveaus zuverlässig verhindert. Durch Erhöhen des Zustromes von frischer Luft werden ebenso unerwünschte Anstiege des Temperaturniveaus verhindert.
Zusätzlich zur Unterkühlung und dem unerwünschten Absinken oder Steigen des Temperaturniveaus können auch Schwierigkeiten beim Starten der Luftkondensatoreinrichtung bei äußerst niedrigen Umgebungstemperaturen angetroffen werden. Der eintretende Dampf kann nämlich durch die kalten Metallmassen der Einrichtung, wie mit Lamellen versehene Kühlrohre und dgl., unabhängig vom Strom von Kühlluft und dessen Kühlwirkung kondensieren oder sogar gefrieren.
Mit der Erfindung können derartige Schwierigkeiten ebenso einfach durch Anordnen der Luftkondensatoren auf an sich bekannte Weise in einem Luftbehälter, der durch einen Bodenteil zu einem Gehäuse oder Mantel ergänzt wird, ausgeschaltet werden. Der letztere weist seitliche Öffnungen zwischen dem Bodenteil und dem Luftbehälter und eine obere Öffnung im Luftbehälter auf. Die seitlichen Öffnungen haben einstellbare untere Klappen, und die obere Öffnung hat einstellbare obere Klappen, die darin angeordnet sind, um durch einen Antriebsmechanismus betrieben zu werden, der seinerseits durch das Ausgangssignal eines Komparators gesteuert wird, welcher die Umgebungstemperatur mit einem einstellbaren Schwellenwert vergleicht und das Ausgangsignal von der Differenz der verglichenen Werte ableitet.
Bei äußerst niedrigen Umgebungstemperaturen werden die Klappen geschlossen gehalten, bis die Temperatur der Kühlluft, die im geschlossenen System zirkuliert, den im Komparator eingestellten Wert erreicht. Das bedeutet, daß die kalten Metallmassen der Luftkondensatoren den Verlauf der Kühlung nicht länger beeinflussen. So kann eine Kühlung bei einem regulierten Temperaturniveau ohne Unterkühlung beginnen und der Normalbetrieb der Einrichtung durch Öffnen der Klappen eingeleitet werden.
Die Luftkondensatoreinrichtung gemäß der Erfindung kann auch durch handbetriebene Einstellmittel zum Einstellen der Schwellenwerte in den oben erwähnten Komparatoren oder dgl. ergänzt werden.
Nachstehend wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben, die als Beispiele bevorzugte Ausführungs formen der Erfindung zeigen und in denen:
Fig.1 ein aufrechtstehender Längsschnitt eines Beispiels einer Luftkondensatoreinrichtung ist, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist;
Fig.2 ein Detail von Fig.1 in einem vergrößerten Maßstab zeigt; und
Fig.3 einen aufrechtstehenden Längsschnitt eines weiteren Beispiels einer Ausführungsform darstellt.
In den gesamten Zeichungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Details.
Wie gezeigt, umfaßt die Luftkondensatoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung paarweise gegenüberliegend angeordnete Luftkondensatoren 10, die in aufrechtstehenden Längsschnitten Positionen in Form eines V mit der Spitze nach unten einnehmen.
Bei der in Fig.1 und 2 veranschaulichten beispielsweisen Ausführungsform ist jedem der Luftkondensatoren 10 ein Ventilator 12 zugeordnet, der in einer Bodenöffnung 16 eines Luftbehälters 14 angebracht ist. Nach oben hin sind die Luftbehälter 14 durch die Luftkondensatoren 10 geschlossen.
Wie in Fig.2 veranschaulicht, umfaßt jeder Luftkondensator 10 Kühlrohre 18, 20, 22, die im vorliegenden Fall in drei Reihen nacheinander angeordnet und oben mit einer Dampfverteilungskammer 24 und unten mit einer Sammelkammer 26 verbunden sind. Klarerweise könnten, wenn notwendig, mehr als drei Reihen von Kühlrohren eingesetzt werden. Es ist jedoch klar, daß zumindest zwei derartige Reihen zur Durchführung der Erfindung benötigt werden.
Die wirksame Arbeitslänge der Kühlrohre 18, 20, 22 wird durch eine Abschirmung oder Vorhang 28 eingestellt, die, vom Ventilator 12 gesehen, vor der ersten Reihe von Rohren 18 angeordnet ist. Die Abschirmung 28 wird durch einen Antriebsmechanismus 30 eingestellt.
Die Bezugszahl 32 bezeichnet Schenkel, die die Luftkondensatoren 10 mit Hilfe der Luftbehälter 14 tragen.
Wie erwähnt wurde, wird gemäß dem Verfahren der Erfindung bei jedem Temperaturniveau durch Messen der Differenz zwischen den Temperaturen der aus der ersten und einer weiteren Reihe von Rohren abziehenden Kondensate und durch Ändern der Arbeitslänge der Kühlflächen der Rohre in Abhängigkeit von einer derartigen Differenz eine Unterkühlung verhindert.
Bei der in Fig.1 und 2 dargestellten Ausführungsform wird die Temperaturdifferenz der aus den Reihen von Kühlrohren 18 und 20 abziehenden Kondensate gemessen, da dann eine größere Möglichkeit zur Messung der Temperaturen von flüssigen Medien besteht, was, wie ausgeführt wurde, eine relativ einfache Aufgabe ist. Für derartige Zwecke sind Thermometer 34 und 36 in die Endabschnitte der Kühlrohre 18 bzw. 20 eingesetzt, wo sie von den Luftkondensatoren 10 (Fig.2) vorstehen. So werden Temperatursignale von den Kondensaten erhalten, bevor sie die Kondensatsammelkammern 26 erreichen.
Die Signale der Thermometer 34 und 36 werden in einen Komparator 38 zugeführt, der den Differenzwert der Signale bildet. Wenn ein derartiger Wert größer ist als ein im Komparator 38 durch einen handbetriebenen Regler 40 eingestellter Schwellenwert, gibt der Komparator 38 ein Ausgangssignal durch eine Leitung 42 an einen Antriebsmechanismus 30 ab, der die Abschirmung 28 betätigt, bis der zu hohe Wert verschwindet.
Wie erwähnt wurde, kann zusammen mit der Eliminierung einer Unterkühlung auch das zum Verhindern einer Frostgefahr geeignete Temperaturniveau sichergestellt werden. Dies wird mit Hilfe von Klappen erhalten, die zwischen Paaren von Luftkondensatoren vorgesehen sind und in Abhängigkeit von der Temperatur des einströmenden Dampfes gesteuert werden.
Eine derartige Lösung ist in Fig.1 dargestellt, wo Klappen 46 in einem Spalt 44 vorgesehen sind, der ein Paar von einander gegenüberliegenden Luftkondensatoren 10 an der Spitze der bereits erwähnten V-Form trennt. Ein die Klappen 46 einstellender Antriebsmechanismus 48 ist durch eine Leitung 50 mit einem Komparator 52 verbunden, der ein Temperatursignal von einem Thermometer 60 empfängt, das die Temperatur von in der Leitung 54 strömendem Abdampf erfaßt. Eine derartige Temperatur wird im Komparator 52 mit einem Paar von händisch durch einen Regler 62 eingestellten Schwellenwerten verglichen. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs wird der Antriebsmechanismus 48 ausgelöst, um die Klappen jeweils zu schließen oder zu öffnen.
Die in Fig.1 und 2 gezeigte Luftkondensatoreinrichtung arbeitet wie folgt:
Zuerst wird angenommen, daß die Arbeitsfläche der Kühlerrohre eine vollständige Kondensation ohne Unterkühlung sicherstellt, wenn die Temperatur des eindringenden Dampfes 50ºC und die Temperatur der von der Umgebung angesaugten Kühluft 20ºC beträgt.
So tritt der Abdampf einer nicht dargestellten Kraftwerksdampfturbine durch die Leitung 54 in die Verteilungskammer 24 und von hier in die Kühlerrohre 18, 20, 22 der Luftkondensatoren 10 bei einer Temperatur von 50ºC ein.
Die Ventilatoren 12 führen Kühlluft von der Umgebung 58 in der durch Pfeile 56 angegebenen Richtung bei einer Temperatur von 20ºC zu. Die Kühlluft trifft zuerst auf die Kühlerrohre 18 (die "erste" Reihe von Rohren) auf, wonach sie die Kühlerrohre 20 und 22 aufeinanderfolgend bestreicht und mehr und mehr erwärmt wird (Fig.2).
Da es zu keiner Unterkühlung kommt, geben die Kühlerrohre 18, 20, 22 Kondensate und Dampf ab, deren Temperatur im wesentlichen die gleiche ist, wie jene des eintretenden Dampf es (50ºC). Vor dem Erreichen der Sammelkammern 26 werden jedoch die Temperaturen der aus den Kühlerrohren 18 und 20 abziehenden Medien durch die Thermometer 34 bzw. 36 gemessen, und ihre Temperatursignale werden in den Komparator 38 eingespeist.
Wenn die Differenz zwischen diesen Temperatursignalen niedriger ist als der durch den händischen Regler 40 eingestellte Schwellenwert, besteht im wesentlichen keine Unterkühlung.
Wenn andererseits die Differenz größer ist als der festgelegte Schwellenwert, arbeitet der betreffende Luftkondensator 10 bei Unterkühlung, als Folge welcher die erste Reihe von Rohren 18 ein Kondensat von z.B. 45ºC ergibt, und die zweite Reihe von Rohren 20 ein Kondensat von z.B. 49ºC abgibt.
Um die Unterkühlung zu stoppen, gibt der Komparator 38 ein Ausgangssignal ab, das durch die Leitung 42 den Antriebsmechanismus 30 erreicht und diesen veranlaßt, die Abschirmung 28 in Richtung eines Schließens zu bewegen. Folglich nimmt die Arbeitsfläche der Kühlerrohre und dadurch die Kühlleistung des Kondensators ab, so daß auch die Unterkühlung abnimmt. Das Einstellen der Abschirmung 28 dauert bis zur Beendigung der Unterkühlung an, d.h. bis die Temperaturdifferenz zwischen den aus der ersten und zweiten Reihe von Rohren abziehenden Kondensaten verschwindet.
Wie erwähnt wurde, ist es durch geeignetes Einstellen des Kondensationstemperaturniveaus auch möglich zusätzlich zur Verhinderung von Frostgefahr eine Anpassung an die Arbeitsbedingungen der Dampfturbine des Kraftwerks zu erhalten. Für einen derartigen Zweck hat der Komparator 52 des die Klappen 46 einstellenden Antriebsmechanismus 48 zwei Schwellenwerte, wie ausgeführt wurde. Je nachdem, welcher von diesen überschritten wird, wird der Antriebsmechanismus 48 im Sinn eines Öffnens oder Schließens der Klappen 46 und dadurch zum Erhöhen oder Senken des Temperaturniveaus betrieben.
Im Fall von Schwierigkeiten beim Starten der Luftkondensatoreinrichtung auf Grund einer äußerst kalten Umgebung kann eine Ausführungsform wie in Fig.3 veranschaulicht verwendet werden.
Hier werden die Luftbehälter 14 durch einen Bodenteil 68 zu einem Gehäuse oder Mantel ergänzt, das bzw. der die Luftkondensatoren 10 umschließt. Das Gehäuse oder der Mantel hat seitliche Öffnungen 63 zwischen dem Bodenteil 68 und dem Luftbehälter 14 und eine obere Öffnung 65 im letzteren. Einstellbare untere Klappen 64 und einstellbare obere Klappen 66 sind in den seitlichen Öffnungen 63 bzw. in der oberen Öffnung 65 angeordnet. Die unteren Klappen 64 lassen Umgebungsluft zu den Ventilatoren 12 der Luftkondensatoreinrichtung ein. Die oberen Klappen 66 dienen hingegen zum Abgeben der abziehenden Kühlluft zurück an die Umgebung 58. Die unteren Klappen 64 und die oberen Klappen 66 werden jeweils von einem Komparator 74 gesteuert, der mit einem Sensor 70 zum Feststellen der Umgebungstemperatur verbunden ist und durch ein handbetriebenes Programmiermittel 72 eingestellt wird. Ausgangssignale des Komparators 74 lösen den Betrieb von Antriebsmechanismen 76 und 78 über Leitungen 80 bzw. 82 aus.
So zeigt Fig.3 eine beispielsweise Ausführungsform der Luftkondensatoreinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist, und die sich, wie gezeigt wurde, durch das Vorsehen eines die Luftkondensatoren 10 umschließenden Gehäuses 68, von das Gehäuse am Boden bzw. an der Oberseite schließenden Klappen 64 und 66 und eines die Klappen in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebung 58 betreibenden Komparators 74 auszeichnet.
Wenn auf Grund niedriger Umgebungstemperaturen die Metallmassen der Einrichtung eine Gefrierwirkung ausüben können, wird das handbetriebene Programmiermittel 72 derart eingestellt, daß es die Antriebsmechanismen 76 und 78 veranlaßt, die Klappen 64 bzw. 66 in ihre geschlossenen Positionen zu schieben, in der die Luftkondensatoren 10 der Luftkondensatoreinrichtung von der Umgebung 58 getrennt werden.
Dann wird Abdampf der Kraftwerksturbine in die Luftkondensatoren 10 eintreten gelassen, die sich bei fehlender Kühlung erwärmen. Die von den Ventilatoren 12 zugeführte Luft wird rückgeführt, wie durch Pfeile 84 angedeutet, und ebenso erwärmt, während sie die erwärmten Luftkondensatoren 10 bestreicht.
Wenn die Temperatur der Metallmassen der Einrichtung die Kondensationstemperatur erreicht, veranlaßt der Komparator 74 die Klappen 64 und 66 sich zu öffnen, worauf eine Kühlung unter Betriebsbedingungen einsetzt.
Dann beginnen auch die Abschirmungen 28, die die wirksame Arbeitslänge X (Fig.2) der Kühlflächen der Luftkondensatoren 10 bestimmen, und die das Kondensationstemperaturniveau einstellenden Klappen 46 ihren Betrieb. Die ersteren verhindern eine Unterkühlung, während die letzteren die Frostgefahr ausschließen und unzulässige Erhöhungen des Temperaturniveaus verhindern.
So hat die Luftkondensatoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung im Normalbetrieb drei in ihr arbeitende Regulierungssysteme.
Das erste hievon dient zum Verhindern einer Unterkühlung mit Hilfe von Abschirmungen 28, Antriebsmechanismen 30, Leitungen 34 und 36 und des Komparators 38.
Das zweite System ist für das Temperaturniveau verantwortlich und umfaßt Klappen 46, den Antriebsmechanismus 48, die Leitung 50, den Komparator 52, das Thermometer 60 und den Regler 62.
Schließlich stellt das dritte System mit dem Sensor 70, dem händisch betriebenen Programmiermittel 72, dem Komparator 74, Antriebsmechanismen 76 und 78 und Leitungen 80 und 82 die Möglichkeit sicher, die Luftkondensatoreinrichtung bei äußerst kalten Umgebungen ohne Frostgefahr zu starten.
Vorstehend wurde die Luftkondensatoreinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als mit Abschirmungen und Klappen versehen beschrieben. Abschirmungen und Klappen könnten jedoch durch andere Verschlußmittel ersetzt werden, die zur Änderung der Länge X der wirksamen Kühlflächen der Luftkondensatoren bzw. der Querschnitts-Strömungsflächen von Kühlluft geeignet sind. So wurden die Ausdrücke "Abschirmung" und "Klappen" gewählt, um mehr die Betriebs funktionen als die tatsächliche Struktur der betreffenden Mittel anzugeben.
Es ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Lösung die Eliminierung einer Lastverteilungsasymmetrie erhalten wird, indem Messungen zwischen den Luftkondensatoren und der Sammelkammer vorgenommen werden, und die wirksame Länge der Kühlflächen der Luftkondensatoren in Abhängigkeit vom Ergebnis solcher Messungen geändert wird. Die wichtigste Folge hievon ist, daß ein Lastausgleich der Luftkondensatoren oder mit anderen Worten die Lastsymmetrie zwischen parallel arbeitenden Einheiten in bisher unerreichten Ausmaßen sichergestellt wird. Eine weitere signifikante Folge besteht darin, daß die wirksamen Kühlflächen der Luftkondensatoren nicht in ihrer gesamten Länge L abgeschlossen werden müssen. Was nämlich erreicht werden muß, ist die maximale Durchflußrate von Kühlluft, da sie von Anfang an gegen Temperaturdifferenzen zwischen aus den Reihen von Kühlrohren abziehenden Kondensaten wirkt. Daher muß die Arbeitslänge der wirksamen Kühlflächen nur um etwa 20 bis 40 % geändert werden, was klarerweise Einsparungen von Investitionskosten bedeutet.
Es wurde ausgeführt, daß die Regulierungssysteme Komparatoren umfassen. Was in Verbindung mit Abschirmungen und Klappen gesagt wurde, gilt auch für Komparatoren: anstelle von Komparatoren können beliebige Mittel, die zum Empfangen von SteuersignaIen und Abgeben von Ausgangssignalen in Abhängigkeit von miteinander in Beziehung stehenden Werten geeignet sind, verwendet werden.
Es ist ersichtlich, daß die Luftkondensatoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung außer zum Kondensieren des Abdampfes von Kraftwerksdampfturbinen auch zum Kondensieren von Dampf anderen Ursprungs geeignet ist, wie für einen Fachmann klar ist. So ist sie auch zur Erfüllung von Kondensationsanforderungen insbesondere von chemischen Anlagen geeignet.

Claims

1. Verfahren zum Kondensieren von Dampf oder dgl., insbesondere des Abdampfes von Kraftwerksdampfturbinen, welches die folgenden Schritte umfaßt:

Leiten des Dampfes durch Kühlrohre (18, 20, 22), die in zumindest zwei Reihen nacheinander in Strömungsrichtung (56) der Kühlluft angeordnet sind, wobei den Kühlrohren Abschirmmittel (28) zugeordnet sind, die zum Einstellen der wirksamen Arbeitslänge (X) der Kühlrohre geeignet sind, und

Einstellen der wirksamen Arbeitslänge der Kühlrohre durch Einstellen der Position der Abschirmmittel in Abhängigkeit vom Temperaturwert des Kondensats von den Kühlrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen des Kondensats von zumindest zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Kühlrohren (18, 20) gemessen werden und der Temperaturwert aus der Differenz der Kondensattemperaturen berechnet wird.

2. Luftkondensatoreinrichtung zur Verwendung im Verfahren nach Anspruch 1, welche Luftkondensatoren (10) mit Kühlrohren (18, 20, 22) umfaßt, die in zumindest zwei Reihen nacheinander in Strömungsrichtung (56) der Kühlluft angeordnet sind und denen Abschirmmittel (28) zugeordnet sind, die zum Einstellen der wirksamen Arbeitslänge (X) der Kühlrohre geeignet sind, gekennzeichnet durch:

Meßmittel (34, 36, 38) zur Bestimmung der Temperaturdifferenz des Kondensats von zumindest zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Kühlrohren (18, 20, 22) und Antriebsmittel (30) zum Einstellen der Position der Abschirmmittel (28) in Abhängigkeit von einer derartigen Temperaturdifferenz in Ansprechen auf ein Ausgangssignal der Meßmittel (Fig.2).

3. Luftkondensatoreinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einstellbare Klappen (46) in einem Spalt (44) zwischen Paaren von gegenüberliegend angeordneten Luftkondensatoren (10) und einen Antriebsmechanismus (48, 50, 52, 54) zum Einstellen dieser Klappen, um einen Teil aufgewärmter Kühlluft durch die Luftkondensatoren in Abhängkeit von der Temperatur des eintretenden Dampfes rückzuführen (84) (Fig.1).

4. Luftkondensatoreinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkondensatoren (10) von einem Luftbehälter (14) umschlossen sind, der durch einen Bodenteil (68) ergänzt ist, welcher ein Gehäuse oder einen Mantel bildet, das bzw. der seitliche Öffnungen (63) zwischen dem Bodenteil und dem Luftbehälter und eine obere Öffnung (65) im Luftbehälter aufweist, wobei die seitlichen Öffnungen einstellbare untere Klappen (64) haben und die obere Öffnung einstellbare obere Klappen (66) hat, die darin angeordnet sind, um von Antriebsmechanismen (76, 78) betrieben zu werden, die ihrerseits durch das Ausgangssignal eines Komparators (74) zum Vergleichen der Umgebungstemperatur mit einem einstellbaren Schwellenwert (72) und zum Ableiten des Ausgangssignals von der Differenz der verglichenen Werte gesteuert werden können, um die Kühlluft im Gehäuse oder Mantel in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur rückzuführen (Fig.3).

5. Luftkondensatoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch handbetriebene Einstellmittel (40, 62, 72) (Fig.1 bis 3).

6. Luftkondensatoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel die Temperaturdifferenz von Kondensat von der ersten und zweiten Reihe von Kühlrohren bestimmen.