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Mischkondensator Die Erfindung betrifft einen Mischkondensator.
Es ist bekannt, dass bei Wärmekraftwerken für die Erzeugung elektrischer Energie neben der bisher üblichen Wasserkühlung zum Kühlen von Kondensatoren der Wärmekraftwerke neuerlich eine Kondensationsanlage vorgeschlagen worden ist, bei welcher die Kühlung mittels der atmosphärischen Luft ausgeführt wird. Diese Luftkondensationsanlagen sind vor allem dadurch gekennzeichnet, dass sie anstatt den bisher allgemein verwendeten Oberflächenkondensatoren mit sogenannten Mischkondensatoren versehen sind, wobei die Mischkondensatoren sämtlichen Forderungen entsprechen müssen, die in Betracht des Dampfkreislaufes wichtig sind.
Es sind dabei zu erwähnen: Das Kühlwasser, das zum Kondensieren des aus einer Turbine des Wärmekraftwerkes heraustretenden Abdampfes dient, soll beim Verlassen des Kon- densators möglichst die dem im Kondensator herrschenden Dampfdruck entsprechende Sättigungs- dampftemperatur aufnehmen. Dies ist bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Dampfkreislaufes wichtig.
Eine weitere Forderung besteht darin, dass das aus dem Abdampf der Turbine stammende Kondensat geeignet entgast den Kondensator verlassen soll, damit eine Korrosion der zwischen Kondensator und Kessel liegenden Einrichtungen, sowie des Kessels selbst vermieden werden kann.
Es soll auch dafür gesorgt werden, dass bei Inbetriebsetzung bzw. beim Anlassen der Dampfturbine vor dem Eintritt des normalen Betriebszustandes die Kondensationsanlage entsprechend den Startbedingungen der Dampfturbine und des Kesselbetriebes angelassen werden kann.
Dies wird nun erfindungsgemäss mit einem Mischkondensator zum Kondensieren des über eine Einlassöffnung zuströmenden Abdampfes von Dampfturbinen durch über Düsen eingespritztes Kühlwasser erreicht, bei welchem im Kondensator gegenüber den Düsen gemäss .der Erfindung ein Was- sersammelgefäss mit einer Ableitung und mit mindestens einer Zuflussöffnung angeordnet ist, wobei die Zuflussöffnung an dem der Einlassöffnung des Mischkondensators zugekehrten Ende des Wasser- sammelgefässes vorgesehen und auf die Düsen gerichtet ist.
Die betriebstechnische und wirtschaftliche Bedeutung dieser erfindungsgemässen Anordnung wird an einem Ausführungsbeispiel erläutert, nachdem auch das Arbeitsprinzip von Mischkondensatoren mit Luftkühlung des Kühlwassers auf Grund der Zeichnung kurz erörtert worden ist.
Fig. 1 zeigt dabei das Arbeitsprinzip von Kraftwerken mit Luftkühlung des Kühlwassers für Mischkondensatoren.
Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemässen Mischkondensators im Querschnitt gemäss der Linie II-11 der Fig. 3.
Fig. 3 ist schliesslich ein Längsschnitt des . Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der in einem Kessel 1 erzeugte Dampf in einer Dampfturbine 2 Arbeit verrichten. Der Abdampf gelangt aus der Dampfturbine 2 in einen Mischkondensator 3, wo er durch über Düsen 4 eingespritztes Kühlwasser kondensiert wird. Ein Teil des im Kondensator 3 angesammelten Kondensats und Kühlwassers wird durch eine Kühlwasserumwälzpumpe 5 über luftgekühlte Wärmeaustauscherelemente 6 gedrückt und das abgekühlte Wasser über die Düsen 4 wieder in den Mischkondensator 3 zurückbefördert. Der mengenmässig der Menge des kondensierten Dampfes entsprechende andere Teil des im Mischkondensator 3 angesammel-
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ten Wassers wird durch eine Kondensatpumpe 7 nach dem Kessel 1 weiterbefördert.
Nach Vermischung des Kühlwassers und des Kondensats im Mischkondensator 3 sind das dem Kessel zugeführte Speisewasser und das Kühlwasser einander gleich.
Die Einhaltung der obenerwähnten Betriebsbedingungen stösst bei Kondensationseinrichtungen mit Luftkühlung gemäss Fig. 1 bezüglich der technischen Ausführung und der Instandhaltungsmöglichkeiten auf Schwierigkeiten.
Der ziemlich ausgedehnte Auslassstutzen der Dampfturbine 2 und der Mischkondensator 3 können nämlich nicht ganz luftdicht hergestellt werden. Dem- gemäss dringt unter der Wirkung des Druckunterschiedes zwischen innerem Unterdruck und atmo- sphärischem Luftdruck ständig Luft in den Mischkondensator 3.
Diese eingedrungenen Luftmengen werden durch eine Vakuumpumpe 8 entfernt: Die im Kondensatorraum befindliche Luft hat zur Folge, dass an verschiedenen Stellen des Kondensatorrau- mes je eine andere Luftkonzentration auftritt, wobei der Luftgehalt des Kondensatorraumes an der Zufüh- rungsstelle des Dampfes verhältnismässig geringer und an der Luftabsaugstelle verhältnismässig grösser ist.
Wegen der Gegenwart von Luft wird sich auch die Temperatur des Kondensatorraumes von Stelle zu Stelle ändern, wobei sie an einer gegebenen Stelle der Temperatur entspricht, die dem an der entsprechenden Stelle herrschenden partialen Dampfdruck zugeordnet ist. Diese Temperatur ist immer geringer als die Sättigungstemperatur eines Dampfes, dessen Druck dem im Kondensatorraum herrschenden Gesamtdruck entspricht. Hieraus folgt, dass auch das in. den Kondensatorraum eingespritzte Kühlwasser nur eine Temperatur aufnehmen kann, die der an der fraglichen Stelle herrschenden Dampftemperatur entspricht.
Tatsächlich kann selbst diese Erwärmung nicht erreicht werden, da die Wärmeübergangszahl zwischen eingespritztem Wasser und Dampfraum infolge der dort befindlichen Luft weitgehend beeinträchtigt wird. Bei den zur Zeit üblichen Mischkondensatoren erreicht deshalb die Kühlwassertemperatur nicht an jeder Stelle die dem Kondensatordruck entsprechende Sättigungsdampftemperatur. An diesen Stellen wird eine gewisse Menge an Luft durch das Kühlwasser absorbiert. Die absorbierte Luftmenge ist desto grösser, je höher die Luftkonzentration an der fraglichen Stelle ist.
Mit Rücksicht darauf, dass die Luftkonzentration von der Dampfzutrittsstelle in Richtung auf die Luftentweichung bzw. Ab- CD saug zu ständig zunimmt, ist auch die im Kühlwasser absorbierte Luftmenge an der Dampfzuflussstelle am geringsten und in der Umgebung der Luftabsaugung am grössten.
In den üblichen Mischkondensatoren bildet das eingespritzte Kühlwasser und das aus dem kondensierten Dampf entstehende Kondensat ein Gemisch, das sich am Boden des Kondensators - im Wasserraum desselben - ansammelt. Von hier wird es zum Teil als Speisewasser den Kesseln des Kraftwerkes und zum Teil als Kühlwasser den Wärmeaustau- schern der Kondensationsanlage zugeführt. Das Speisewasser ist somit bezüglich des Gasgehaltes mit dem Kühlwasser gleichwertig.
Die Erfindung bezweckt nun zu ermöglichen, dass das aus den Mischkondensatoren den Kesseln zugeführte Speisewasser wesentlich geringere Luftmengen enthält als das den Wär- meaustauschern zugeführte Kühlwasser. Wie erwähnt, wird dies erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das den Kesseln zuzuführende Speisewasser einem Teil des Kondensatorraumes entnommen wird, wo die Luftkonzentration am geringsten ist, so dass sich die Temperatur des in den Kondensatorraum eingespritzten Kühlwassers an die dem Kondensatordruck entsprechende Sättigungsdampftemperatur am meisten annähert.
Da an dieser Stelle die Luftkonzentration am geringsten und auch die Wassertemperatur praktisch der Temperatur des gesättigten Dampfes gleich ist, wird die absorbierte Luftmenge wesentlich geringer sein als die Luftmengen, die durch an den übrigen Stellen des Kondensators eingespritzte Wassermengen absorbiert worden sind.
Der erfindungsgemässe Mischkondensator kann auch bei Einrichtungen verwendet werden, bei welchen der Sauerstoffgehalt des Speisewassers besonders niedrig gehalten werden soll. Dann wird das ab- fliessende Kondensat durch zugeführten Dampf noch weiter erwärmt, wodurch dann der Sauerstoffgehalt des Kondensats abnimmt.
Beim Ausführungsbeispiel des Mischkondensa- tors gemäss der Erfindung gemäss Fig.2 und 3 strömt der aus einer nicht dargestellten Turbine austretende Dampf in Richtung des Pfeiles 1 über eine Einlassöffnung 12 in den Kondensator. Im Strömungsweg des Dampfes sind Düsen 2 angebracht, die in Richtung 1 des Dampfstromes gesehen in mehreren Reihen vorgesehen sind. Der durchströmende Dampf wird durch über die Düsen 2 zugeführtes und eingespritztes Kühlwasser kondensiert. Dabei nimmt der Luftgehalt des Dampfstromes immer mehr zu, da die mitgebrachte Luftmenge praktisch gleich ist, wogegen der Dampf beim Durchströmen der Düsenreihen beinahe zur Gänze kondensiert wird.
Das Gemisch von noch nicht kondensiertem Dampf und Luft entweicht über Luftabsaugrohre 3 nach den Düsen 2. Das zum nicht dargestellten Kessel der Anlage zu befördernde Kondensat wird in einem Wassersammel- gefäss 4 angesammelt, dessen oberer Teil auf die Düsen 2 gerichtete längliche Öffnungen 5 aufweist. Das Wassersammelgefäss 4 ist dabei derart im Kon- densatorraum angeordnet, dass das Kondensat oder Wasser nur in der Höhe der obersten Düsenreihe über die Öffnungen 5 zuströmt. Da nun die Luftkonzentration bei der obersten Düsenreihe am geringsten ist, enthält das aus dieser Höhe zufliessende Wasser die geringste Luftmenge.
Das in das Wassersammelgefäss 4 gelangte Kondensat fliesst entlang von Tassen 6, wobei es mit über ein Dampfzuführerrohr 7 eingeblasenem Dampf in
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Berührung gelangt, so dass sein Luftgehalt noch weiter abnimmt. Das im Wassersammelgefäss 4 angesammelte Wasser fliesst unmittelbar einer Konden- satpumpe zu, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Die Zuflussöffnungen 5 des Wassersammelgefäs- ses 4 sind derart ausgebildet, dass sie mehr Wasser durchlassen als die zu den Kesseln zu befördernde Speisewassermenge. Die Kondensatpumpe 7 (Fig. 1) wird dagegen nur eine wohlbestimmte Wassermenge absaugen, .die mit der im Kondensator niederschlagenden Dampfmenge identisch ist. Das als überschuss zugeflossene Wasser strömt über Öffnungen 9 in den Wasserraum 11 des Kondensators aus. Da dem Wassersammelgefäss 4 mehr Wasser zufliesst als erforderlich, ist die Wasserversorgung der Konden- satpumpe 7 (Fig. 1) im Betrieb jeweils gesichert.
Beim Anlassen der Anlage dagegen, wo noch keine genügenden Wassermengen durch die Kondensatpumpe 7 (Fig. 1) oder durch die Pumpe 5 (Fig. 1) zum Umwälzen des Kühlwassers befördert werden, so dass eine geeignete Versorgung mit Wasser über die Öffnungen 5 eventuell nicht gesichert werden kann, strömt aus dem Wasserraum 11 des Kondensators über die Öffnungen 9 eine entsprechende Menge von Wasser einer Ableitung 8 des Wassersammelgefässes 4 zu. Somit ist die Wasserversorgung der Kondensatpumpe selbst dann gesichert, wenn aus den Zerstäu- berdüsen 2 kein Wasser in das Wassersammelgefäss 4 gelangt.
Dann wird selbstverständlich der Sauerstoffgehalt des der Kondensatpumpe zufliessenden Wassers grösser. Da aber dies nur in den kurzen Anlassperioden vorkommen kann, sind diese erhöhten Sauerstoffgehalte für den Betrieb der Anlage unschädlich.
Der durch das perforierte Rohr 7 zugeführte Dampf dient zur weiteren Entgasung des im Wasser- sammelgefäss 4 befindlichen Wassers. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist es zweckmässig, den Heiz- dampf derart zuzuführen, dass nur eine dem Bedarf entsprechende Menge an Kondensat oder Kondenswasser erwärmt wird. Aus Sicherheitsgründen sammelt das Wassersammelgefäss 4 Kondensat mehr als erforderlich. Die Menge des Wassers ist der Länge der Zuströmöffnungen 5 proportional. Dementsprechend sind auch die Zuströmöffnungen 5 länger als dies dem tatsächlichen Bedarf an Kondensat entsprechen würde.
Das Dampfzuführungsrohr 7, das am unteren Teil des Wassersammelgefässes 4 zu den Zuflussöffnun- gen 5 parallel liegt, ist kürzer als diese. Seine Länge ist derart bestimmt, dass in ihm nur die dem Kessel zuströmende Kondensat- oder Wassermenge erwärmt wird, wobei es in seiner Gesamtlänge perforiert ist, so dass das abfliessende Wasser in einem der Rohrlänge entsprechenden Bereich gleichförmig erwärmt wird. Damit das Kondensat nur an einem Abschnitt von im voraus bestimmter Länge durch den Dampf erwärmt wird, sind im Wassersammelgerät 4 senkrecht zum Dampfzuführungsrohr 7 bzw. zu den Zuflussöffnun- gen 5 Trennplatten 10 vorgesehen.
Durch diese Trennplatten 10 wird nämlich verhindert, dass der Dampf in der gesamten Länge des Wassersammelge- fässes 4 mit dem abfliessenden Kondensat in Berührung gelangt.
Bei Dampfturbinen mit mehrstufigen Speisewas- servorwärmern besteht die Möglichkeit, den zur Entgasung verwendeten Dampf jener Dampfmenge zu entnehmen, die über das Rohr 7 zugeführt und aus dem Wasser verdampft worden ist. Das in der Speisewasservorwärmerstufe von niedrigstem Druck angesammelte Kondensat ist zu diesem Zweck geeignet, da sein Druck und seine Temperatur jeweils höher sind als der Kondensatordruck oder die im Kondensator herrschende Temperatur. Durch dieses System kann die Entgasung des Kondensats wirtschaftlicher bewirkt werden, als wenn angezapfter Dampf über das Rohr 7 zugeführt wird.