NL8200577A - Luchtgekoelde stoomcondensor. - Google Patents

Description

Hr * 823024/Key/th.

Korte aanduiding: Luchtgekoelde stoomcondensor.

De uitvinding heeft betrekking op een luchtcondensor voor dampen, in het bijzonder stoom, die door het verschaffen van gelijkmatige werkomstandigheden voor zijn warmteuitwisselbuizen, elk gevaar van terugstroming voorkomt, een zeer hoog rendement kan bereiken met 5 een beperkte omvang en lage aanschaf- en onderhoudskosten, zelfs in een zeer koud klimaat waar het voorkomen van bevriezing, dat wil zeggen het vormen van ijsproppen in het inwendige van de warmteuitwisselbuizen noodzakelijk is, terwijl tegelijkertijd een volledige condensatie wordt verzekerd.

10 Het met lucht koelen van media heeft in de afgelopen jaren ver geleken bij de conventionele met water gevoede systemen een gestadige groei gekend ten gevolge van de steeds grotere moeilijkheid om geschikte watervoorraden te vinden en de problemen die hun oorsprong vinden in de thermische en biologische verontreiniging door het 15 gebruik van water.

Een van de gebieden waar luchtkoeling zeer veel wordt toegepast is bij het condenseren van uit turbines afgevoerde stoom, waar ten einde het rendement van de kringloop te verbeteren, de condensatie volledig moet zijn en moet worden uitgevoerd onder drukken die onder 20 de atmosferische druk liggen.

Aan de andere kant, aangezien de lucht die de stoom altijd vergezelt aanleiding geeft tot een meeslepen van stoom zodat de laatste in de atmosfeer zal worden afgevoerd, wordt het noodzakelijk, ten einde het verlies van de door de lucht meegevoerde stoom drastisch 25 te verlagen, een bijzonder sterke koeling uit te voeren. Dit vereiste is de oorsprong van een bijzonder lastig probleem, in het bijzonder wanneer de omgevingsomstandigheden onder het vriespunt komen, en het probleem is des te moeilijker naar mate de temperatuurlager is.

In feite kan de temperatuur in het inwendige van de condensor 30 onder zulke omstandigheden zakken tot waarden die nabij die van de omgevende lucht liggen, hetgeen resulteert in het vormen van een ijsprop, die na verloop van tijd kan uitgroeien tot de viije doorgang van de stoom in de buizen van de condensor geheel is geblokkeerd en de condensor dientengevolge buiten werking raakt.

35 Meer in het bijzonder, in de meest kenmerkende uitvoeringsvorm wordt luchtkoeling toegepast door het te condenseren medium of damp door boven elkaar geplaatste rijen van van lamellen voorziene warmteuitwisselbuizen die alle worden gevoed door een gemeenschappelijke 8200577 * » -2- verdeelleiding en die alle aflopen naar een enkele gemeenschappelijke leiding die het condensaat verzamelt» welke buizen op hun uitwendige vlakken en in kruisstroom worden getroffen door een stroom door middel van ventilatoren door de genoemde boven elkaar geplaatste rijen bui-5 zen voortgestuwde koellucht. De lucht stroomt achtereenvolgend door de genoemde rijen en het is dus duidelijk dat de rij» die de lucht het eerste treft, meer te condenseren stroom zal trekken omdat deze in contact met de koudste lucht staat, waarbij het genoemde condenserend vermogen geleidelijk afneemt als de lucht langs de andere rij-10 en buizen van de condensor stroomt.

In feite is de hoeveelheid et oom die in elke rij van lamellen voorziene warmte-uitwisselbuizen condenseert evenredig met het temperatuursverschil tussen de verzadigde stoom en de koellucht die tegen de rij aankomt, zodat de eerste rij meer stoom zal condenseren 15 dan de tweede rij en zo voort. Deze vraag naar meer/condenseren /"te stoom ten gevolge van de efficientere warmte-overdracht in de eerste rij, leidt zoals in de praktijk is bevestigd, en welk verschijnsel eveneens kwantitatief is uitgedrukt in wiskundige termen, tot een zuiging van stoom vanuit de andere rijen buizen (de minder efficiên-20 te) naar de buizen van de eerste rij, dat wil zeggen de stoom die aanwezig is in de condensaat verzamelende leiding wordt gecondenseerd omdat het niet gecondenseerd is in de bovenste rijen. Samenvattend de stoom zal in eerste instantie aan beide uiteinden in de eerste rij buizen komen, maar de stoom die door de genoemde eerste rijen 25 buizen in het uitlaateinde van de buizen stroom, dat wil zeggen in de richting tegengesteld aan die van de hoofdstroom, is rijk: aan niet-condenseerbare gassen, zoals lucht, zodat deze gassen voortdurend worden opgeslagen in het einddeel van de buizen van de eerste rij, waardoor wordt toegelaten dat het condensaat in de verzamelleiding 30 kan stromen, maar wordt voorkomen dat andere stoom uit de genoemde leiding komt en doorgaat het condensaat met zijn latente warmte te verwarmen. Dit verschijnsel is bekend als de '’terugstroom” terwijl de resulterende accumulatie van niet-condenseerbare gassen, dat wil zeggen lucht, "afscherming” wordt genoemd en het resultaat hiervan 35 is dat het condenserend vermogen van de eerste rij slechter en slechter wordt totdat dit nagenoeg nihil is. Dit nadeel wordt dan nog vergroot bij koude klimaten, daar het gedeelte van de buizen van de eerste rij dat buiten werking is zijn temperatuur verlaagt 8200577 <e * - 3 - tot de waarde van de omgevingstemperatuur, waardoor deze bevriest, dat wil zeggen dat het gevaar van bevriezing van het door de buizen stromende condensaat en dus van het vormen van ijs in de buizen aanwezig is.

5 De bekende stand van techniek verschaft een aantal typen lucht- gekoelde stoomcondensors waarbij pogingen zijn gedaan de omstandigheden ten gevolge van de terugstroom en het bevriezingsverschijnsel te voorkomen.

Een van de meest gebruikte condensors is de zogenaamde '’Vent 10 Condensor" waarin slechts de overheersende fractie van het condensaat (75# - 90#) wordt verkregen binnen de zo geheten primaire condensor, waarin stoom en condensaat te zamen vanaf de bovenkant naar de bodem stroomt, terwijl de overblijvende stoom wordt gecondenseerd in een volgende secundaire condensor, die eveneens is opgebouwd 15 uit van lamellen voorziene verticale of hellende buizen, waarin stoom vanaf de bodem naar. boven stroomt in tegenstroom met het gevormde condensaat.. De werking van een dergelijke condensor is gebaseerd op de twee fundamentele gedachten voor het vermijden van een totale condensatie in een enkele primaire condensor, waarin een derge-20 lijke gehele condensatie zowel tot terugstroom als tot bevriezing aanleiding kan geven en waarbij voor de uiteindeljke condensatie in de secundaire condensor het terugstroompatroon optreedt, dat de condensatie van de resterende stoom bewerkstelligt. Een dergelijke conventionele condensor heeft echter, zoals duidelijk zal zijn, naast 25 een hoge kostprijs en een groot volume, tevens een aantal nadelen.

De verdeling van de condensatie tussen de primaire en de secundaire condensor is met het oog op het voorkomen van terugstroom en het hieruit voortvloeiende afschermen in feite afhankelijk van de werkomstandigheden zodat tussen de verschillende werkparameters een af-30 weging verplicht is en een dergelijke afweging slecht kan blijken te zijn voor de bijzonder kritische werkomstandigheden. Bovendien, is het als de omgevingstemperaturen dalen, vereist dat het gedeelte van de condensatie die uitgevoerd wordt in de secundaire condensor wordt vergroot ten einde bevriezing te voorkomen: dientengevolge 35 zou het oppervlak van de secundaire condensor moeten worden vergroot zelfs tot boven de 50# en het gevolg is dat niet alleen een toename van de kosten optreedt, maar tevens het gevaar van het meeslepen van het condensaat wordt verhoogd en de drukvallen toenemen, zodat 8200577 * » de condensatietemperatuur verre van bevredigend is.

Ten slotte is een volgend nadeel van de condensor van het hierboven genoemde type dat deze zich slecht kan aanpassen aan een plotselinge variatie van de belasting, zodat, indien de stoomstroom toe-5 neemt het gebeurt dat voordat het regelsysteem op tijd de ventilatoren kan beïnvloeden, een grote hoeveelheid stoom de secundaire condensor bereikt en de laatste niet in staat is deze te verwerken.

Het gevolg is een ongewenste, plotselinge stijging van de condensa-tiedruk.

10 Volgens een ander type conventionele condensor wordt de terug stroom niet zoals in het vorige geval voorkomen door het verdelen van de condensatie tussen twee in serie geplaatste condensors, maar door elke rij warmte-uitwisselbuizen van de condensor te laten uitmonden in een eigen verzamelleiding. In het laatste type condensor, 15 treden de hierboven genoemde nadelen niet op, maar het is duidelijk dat het systeem zeer veel ruimte in beslag neemt en duur is omdat behalve een groot aantal verzamelleidingen evenveel ejectoren en aansluitleidingen noodzakelijk zijn.

De onderhavige uitvinding beoogt een stoomcondensor met lucht-20 koeling te verschaffen, waarbij de hierboven genoemde nadelen worden vermeden en waarbij het hoge rendement wordt gecombineerd met lagere kosten en een minder groot volume, zelfs indien een dergelijke condensor in zeer koude klimaten wordt gebruikt.

Dit oogmerk wordt bereikt, doordat een enkele verdeelleiding 25 voor de te condenseren stoom en een enkele uitlaatleiding die het condensaat van de bodem verzamelt en de niet-condenseerbare gassen aan de bovenkant afvoert, met elkaar zijn verbonden door een zodanige bundel van van lamellen voorziene evenwijdig aan elkaar aangebrachte warmte-uitwisselbuizen dat voor alle genoemde warmte-uitwisselbuizen 30 gelijke werkomstandigheden worden verkregen.

Meer in het bijzonder zijn volgens de onderhavige uitvinding de genoemde van lamellen voorziene warmte-uitwisselbuizen van de bundel die evenwijdig aan elkaar en horizontaal zijn geplaatst elk uitgevoerd in de vorm van een S-bocht bestaande uit drie van lamellen 35 voorziene elementen die horizontaal en evenwijdig aan elkaar zijn aangebracht op opeenvolgende rijen ten opzichte van de richting van de stroom koellucht, welke elementen met elkaar zijn verbonden door twee elleboogverbindingsstukken die zijn aangebracht onder een hoek met een positieve helling ten einde het wegstromen van het condensaat 8200577 - 5 - te vergemakkelijken.

Heze constructie maakt het in feite mogelijk dat de zelfde werkomstandigheden in elke S-bocht plaats vinden omdat de elementen die met elkaar overeenkomen in de S-bocht nu op dezelfde wijze ten 5 opzichte van de stroom koellucht zijn aangebracht zodat het verloop van de temperatuur van de lucht voor alle S-bochten gelijk is. Bovendien zijn de stoomtoevoer en de afvoer van de niet condenseerbare gassen en van de resterende stoom gelegen op tegenover elkaar gelegen zijden, zodat de drukval is gebalanceerd en het zelfde geldt 10 voor de stoomstroom voor elke S-bocht. Samenvattend kan worden gesteld dat dezelfde, identieke voorwaarden voor het de uitwisselbui-zen verlatende medium aanwezig zijn, waarbij het optreden van terugstroom zelfs indien een enkele uitlaatleiding worden gebruikt definitief worden vermeden, hetgeen betekent een condensor met een uit-15 zonderlijk beperkte omvang.

Aan de andere kant, houdt de helling van de elleboogverbindings-stukken van elke/wiISeïing^van &eCspoe? de omstandigheid in 'dat de drie banen van elke S-bocht onderling trapsgewijs zijn geplaatst ten opzichte van de baan van de stroom koellucht, zodat het gedeelte 20 van de stroom koellucht dat tussen de eerste banen van de Srbocht stroomt zal neerslaan op de tweede banen, en de stroom tussen de tweede banen zal neerslaan op de derde banen van de S-bocht zodat hierbij een maximale benutting van de koellucht wordt verkregen.

Volgens een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de uit-25 vinding, zijn de verdeelleidingen en de uitlaatleidingen met een hoek en evenwijdig aan elkaar aangebracht, waarbij de verdeelleiding wordt gevoed vanaf de bodem, terwijl in de uitlaatleiding het condensaat vanaf de bodem wordt afgevoerd door de zwaartekracht en de niet condenseerbare gassen te zamen met de resterende stoom worden 30 verwijderd aan de bovenkant met behulp van een ejector.

Hierdoor wordt het rendement van de condensor nog meer verhoogd daar in de uitlaatleiding een tegenstroom optreedt tussen het condensaat dat naar beneden toe wordt afgevoerd en de resterende stoom die naar boven gaat, en de warmte hiertussen via direct contact wordt 35 uitgewisseld zodat een extra condensatie van de resterende stoom optreedt.

Ten slotte zijn volgens een· andere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding de S-bochten met de genoemde drie banen 8200577 - 6 - van van lamellen voorziene buizen verbonden met de verdeelleiding via hun van lamellen voorziene baan die het eerst in contact komt met de stroom koellucht en zijn dientengevolge met de uitlaatleiding verbonden via hun van lamellen voorziene baan die 5 het laatst hiermee in aanraking komt zodat zij een constructie vormen die in gelijkstroom loopt met de koellucht·

Hierdoor geeft de betreffende inrichting bij het volledig vermijden van de omstandigheden waarbij terugstroom optreedt tevens een extra bescherming tegen bevriezing, daar de uitlaatbaan van de 10 S-bochten nu worden beroerd door de lucht die verwarmd is wanneer deze tussen de andere twee banen van dezelfde S-bochten‘stroomt en zodoende een temperatuur heeft die hoger is dan van de omgevingslucht.

De combinatie van deze twee omstandigheden, namelijk het onder-15 drukken van terugstroom en de uitlaat van de S-bochten in contact met verwarmde lucht, verzekert zodoende een goede bescherming tegen het mogelijk vormen van ijs en maakt het controleren van de werkomstandigheden gemakkelijker.

De uitvinding wadt nader toegelicht aan de hand van de tekening 20 die als voorbeeld een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding toont.

Fig. 1 is een schematisch perspectiefaanzicht, gedeeltelijk in dwarsdoorsnede van de bij voorkeur hellende constructie van twee stoomcondensors volgens de uitvinding, die worden gevoed door een 25 gemeenschappelijke stoominlaat welke condensor is uitgevoerd in gelijkstroom met de koellucht.

Fig. 2 is een schematisch zijaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede en op vergrote schaal van de constructie volgens Fig. 1;

Fig, 5 is een van voren geziene dwarsdoorsnede volgens de lijn 3Q III-III in Fig. 1;

Zoals blijkt uit de tekening, geeft het verwijzingscijfer 1 in zijn geheel een gestel aan voor het ondersteunen van twee luchtge-koelde stoomcondensors 2 en 2', uitgevoerd volgens de uitvinding en die in de vorm van een dak onder een hoek zijn aangebracht en 55 worden gevoed door een enkele stoomverdeelleiding 3·

Elke condensor 2, 2' omvat een verdeelleiding k of V voor de te condenseren stoom, die is verbonden met en wordt gevoed vanaf de bodem van de stoomverdeelleiding 3» en een uitlaatleiding 5 of 8200577 - 7 - 5*, die aan zijn onderkant is verbonden met een condensaatverzamel-leiding 6 of 6' en aan de bovenkant met een leiding 7 of 7' voor het afvoeren van de niet condenseerbare gassen en de overblijvende stoom via een niet in de tekening weergegeven ejector.

5 De verdeelleiding k of V, en de uitlaatleiding 5 of 5‘, zijn vervolgens met elkaar verbonden door middel van een bundel 8 of 8· van met lamellen voorziene warmte-uitvisselende buizen die evenwijdig aan elkaar zijn aangebracht en altijd met hun assen horizontaal lopen, terwijl een hieronder gelegen ventilator 9 of 9', die is 10 ondersteund in het gestel 1 en wordt aangedreven door een motor 10 of 10·, een stroom koellucht opgewekt in de richting van de pijlen 11 of 11*.

Elke warmte-uitwisselende buis van de bundel 8 of 8', is vervaardigd in de vorm van een S-bocht met drie banen respectievelijk 15 12, 13t H (zie Fig. 3) die horizontaal en evenwijdig aan elkaar zijn aangebracht in opeenvolgende rijen ten opzichte van de richting 11 en 11* van de genoemde stroom koellucht.

De van lamellen voorziene banen 12, 13, 1*f van elke S-bocht zijn met elkaar verbonden door twee elleboogstukken 15 en 16 die een 20 hoek maken met de positieve helling ten einde de afvoer van het condensaat te bevorderen (zie Fig. 2) en in het weergegeven voorbeeld zijn zij in gelijkstroom met de stroom 11, dat wil zeggen de van lamellen voorziene baan 13, die uitmondt in de uitlaatleiding 5 (zie Fig. 3), bevindt zich in de meest buitenste rij ten opzichte van de 25 richting van de stroom koellucht, waarbij de van lamellen voorziene baan 12 die is verbonden met de verdeelleiding 4 het eerst wordt getroffen door de genoemde luchtstroom.

8200577

Claims (3)

1. Luchtgekoelde stoomcondensor omvattende een leiding voor het verdelen van de te condenseren damp, een uitlaatleiding, een bundel van lamellen voorziene warmte-uitwisselende buizen die evenwijdig 5 aan elkaar lopen en met hun ene einde aan de genoemde verdeelleiding en met het andere einde aan de genoemde uitlaatleiding zijn verbonden, alsmede een ventilator ten einde een stroom koellucht op te wekken die loodrecht op de genoemde bundel is gericht, met het kenmerk, dat de genoemde van lamellen voorziene warmte-uitwis-10 selende buizen van de genoemde bundel horizontaal zijn aangebracht in de vorm van een S-bocht met drie van lamellen voorziene banen die horizontaal en evenwijdig aan elkaar lopen in opeenvolgende rijen ten opzichte van de genoemde stroom koellucht, welke banen met elkaar zijn verbonden door middel van twee elleboogstukken die een hoek 15 maken met de positieve helling ten einde de condensaatafvoer te vergemakkelijken.

2. Luchtgekoelde stoomcondensor volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de verdeel- en uitlaatleidingen evenwijdig aan elkaar lopen, de verdeelleiding wordt gevoed vanaf de bodem, terwijl 20 het condensaat van de bodem van de uitlaatleiding wordt afgevoerd door de zwaartekracht en de niet condenseerbare gassen samen met de overblijvende stoom worden afgevoerd via de bovenkant door middel van een ejector.

3. Luchtgekoelde stoomcondensor volgens conclusie 1, m e t het 25 kenmerk, dat de genoemde S-bochten, bestaande uit drie van lamellen voorziene banen elk zijn verbonden met de verdeelleiding via een van lamellen voorziene baan die het eerst met de stroom koellucht in contact komt en deze S-bochten zijn verbonden met de uitlaatleiding via hun van lamellen voorziene baan die het laatst hiermee in 30 contact komt zodat zij een constructie vormen die in gelijkstroom werkt met de koellucht. 8200577