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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollständigen oder teilweisen
Kondensation von Wasserdampf oder anderen dampfförmigen Medien in Luftkondensatoren,
bei denen das zu kondensierende Medium innerhalb von Kondensationselementen kondensiert
wird, denen es über Dampfeintrittskammern zugeführt und aus denen das Kondensat
über Kondensatkammern abgezogen wird, wobei die Kühlluft, die als berippte oder
glatte Rohrbündel ausgebildeten Kondensationselemente in Querrichtung umströmt.
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Zum Niederschlagen von Dampf werden häufig Kondensatoren benutzt,
bei denen der Dampf an den Innenflächen schrägliegender oder senkrecht stehender
von außen gekühlter Rohre kondensiert. Es sind Luftkondensatoren bekannt, bei denen
über ein oder mehrere nebeneinander angeordnete Ventilatoren die Wärmeaustauschelemente
in Form der beiden Schenkel eines nach oben zeigenden gleichschenkeligen Dreiecks
angeordnet sind. Im allgemeinen befindet sich in der Spitze des gleichschenkeligen
Dreiecks die Dampfzuführungsleitung, von der je ein Abzweig zu der oben angeordneten
Dampfeintrittskammer jedes Elements führt. In diesen Elementen kondensiert der Dampf
in fallender Richtung und wird aus einer unteren Kondensatsammelkammer abgeführt.
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Es ist ferner bekannt, den Dampf von unten in die Kondensatorrohre
einzuführen, derart, daß dieser in den Rohren dephlegmatorisch kondensiert.
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Bei größeren Anlagen, z. B. bei Kraftwerken, ist es erforderlich,
viele Ventilatoren nebeneinander anzuordnen. Um die Anlagekosten herabzusetzen und
die Betriebsführung zu vereinfachen, ist man bemüht, die Anzahl der Ventilatoren
zu verringern und Ventilatoren mit größerem Durchmesser zu benutzen. Beim Einsatz
von Ventilatoren mit beispielsweise einem Durchmesser von 20 m ist es möglich, für
Turbinenleistungen von 50 bis 70 MW mit zwei Ventilatoren auszukommen. Wenn die
Ventilatoren auf Gebäuden aufgestellt werden, liegt ein weiterer Vorteil der Verwendung
größerer Ventilatoren darin, daß die von ihnen erregte Frequenz wesentlich kleiner
ist und damit Resonanzen mit dem Bauwerk weitgehend vermieden werden können. Auch
ist die Geräuschbelästigung der Umgebung wesentlich geringer.
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Infolge der größeren Abmessungen der Ventilatoren müssen auch die
Kühlaggregate entsprechend größer ausgeführt werden, so daß ohne besondere Vorkehrungen
in den Rohren Dampfgeschwindigkeiten entstehen würden, die theoretisch die Schallgeschwindigkeit
erreichen oder überschreiten. Praktisch würde sich in den Dampfkammern ein Rückstau
bilden, der zu erheblichen Druckverlusten und damit zur Verschlechterung des Vakuums
führen würde. Es wäre zwar möglich, zur Herabsetzung der großen Dampfgeschwindigkeit
auf größere Rohrdurchmesserder Kondensationselemente auszuweichen, . jedoch würden
hierdurch die Wärmedurchgangszählen verschlechtert werden und die Anlage eine entsprechend
größere Grundfläche zur Aufstellung benötigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dampfgeschwindigkeit
unter Vermeidung der obigen Nachteile herabzusetzen und zugleich ein Einfrieren
der Kondensationselemente bei Frost zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zu kondensierende
Medium gegebenenfalls zusätzlich zu der bekannten oberen Einführung oder der Einführung
von unten über in den Rohrbündeln vorgesehene Zwischenkammern in mittleren Höhenlagen
in die Kondensationselemente eingeführt wird, in denen es sich nach oben und unten
verzweigt und in steigender oder fallender Richtung kondensiert, wobei die aus dem
Dampf ausgeschiedene Luft bzw. andere, nicht kondensierbare Gase zusammen mit anhängendem
Restdampf an den Stellen, an denen die Dampfströme weitgehend kondensier sind, abgesaugt
oder bei überdruck abgeführt werden.
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Dabei strömt der Dampf also in den Kondensatorrohren sowohl von unten
nach oben als auch von oben nach unten, so daß sich die Dampfströme an einer etwas
unterhalb der Mitte zwischen der oberen und unteren Dampfzuführung liegenden Stelle
begegnen. An dieser Stelle, an der die Kondensation beendet ist, scheiden sich die
Luft und andere nicht kondensierbare Gase ab und werden abgesaugt. Der genaue Punkt
kann ermittelt werden, indem man die Länge der Rohre im Verhältnis der durch Versuche
festzustellenden Wärmeübergangsbedingungen aufteilt, wobei der Unterschied des k-Wertes
bei der Dampfströmung entgegen und mit der Kondensatströmung zu berücksichtigen
ist.
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Abgesehen von der Herabsetzung der Dampfgeschwindigkeit auch bei größeren
Aggregaten, besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß in die Kondensationselemente
unten der Frischdampf eingeführt wird, so daß dieser in inniger Berührung mit dem
im Gegenstrom hierzu fließenden Kondensat steht, wodurch bei Frost ein Einfrieren
der unteren Abschnitte vermieden wird. Ferner kann man in den Zwischenkammern, und
zwar sowohl in den Dampfzuführungskammern als auch an den Stellen, an denen die
Luftabsaugung erfolgt, das Kondensat abziehen. Hierdurch wird der Kondensatfilm
in den darunterliegenden Teilen der Kondensationselemente dünner. Wegen der schlechten
Leitfähigkeit des Wassers bringt die Verringerung der Kondensatfilmdicke eine Verbesserung
der Wärmeübergangsbedingungen und eine gringere Unterkühlung und damit einen wärmewirtschaftlichen
Gewinn. Weiterhin ist es möglich, insbesondere bei Teillasten, die obere Dampfzuführungsleitung
bzw. bei weiterer Aufteilung die oberen Dampfzuführungsleitungen durch Absperrorgane
abzustellen. Im oberen Teil werden sich dann Luft und andere, nicht kondensierbare
Gase ansammeln, so daß dieser Teil stillgelegt wird. Da bei modernen Kraftwerken
meist dem Speisewasser im Betrieb und beim Konservieren der Reservekessel Hydrazin
zugesetzt wird, besteht keine Gefahr von Korrosionen im stillgelegten Teil. Der
Nachteil der Kondensatunterkühlung, der im Winter zum Einfrieren führen kann, wird
demnach durch Verkleinern -der wirksamen Kondensationsfläche weitgehend gemindert.
Die Luftabsaugleitungen kann man an jeder Kammer mit Drosselgeräten versehen, so
daß die Möglichkeit besteht, sie entsprechend einer eventuellen unterschiedlichen
Beaufschlagung und Einfriergefahr mehr oder weniger an der Luftabsaugung zu beteiligen.
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Bei einem Kondensator zum Durchführen des Verfahrens können die oberen
Kondensationselemente über die oberen Dampfeintrittskammern mit der Dampfleitung
und die darunterliegenden Kondensationselemente über Zwischenkammern mit den Dampfleitungen
verbunden sein, wobei die Luftabsaugekammern
durch eine Leitung
an ein luftseitig parallel, dampfseitig in Serie zu den Kondensationselementen geschaltetes
Nachkühlelement angeschlossen ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal des Erfindungsgegenstandes können auch
die Kondensatsammelkammern mit der vom Abdampfstutzen kommenden Dampfleitung verbunden
sein, wobei zwischen den Zwischenkammern und den nunmehr als Dampfeintrittskammern
dienenden Kammern eine weitere Luftabführungskammer oder ein weiterer Luftabführungsstutzen
vorgesehen ist, wodurch die Luftabführung aus den Kammern entfällt. Ferner kann
sowohl an den Kammern als auch an den Zwischenkammern und an den Luftabsaugekammern
ein Kondensatablaßstutzen vorgesehen sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt A b b. 1 schematisch einen Querschnitt der Anlage und A b
b. 2 eine Draufsicht auf die auf A b b. 1 dargestellte Anlage in Richtungs des Pfeils
A.
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Der Ventilator 1 saugt in bekannter Weise die Luft von unten und drückt
sie im Querstrom zu den Kondensationselementen 2a bis 2 f, die aus
mehreren parallelgeschalteten Rohren, meist Rippenrohren oder auch glatten Rohren
bestehen, wobei die Luft die Rohre von außen kühlt. Die vom Abdampfstutzen 3 kommende
Dampfleitung verzweigt sich in mehrere Leitungen 4 a bis 4 c, die oberhalb der Kondensationselemente
als Leitung 4 a und seitlich als Leitungen 4 b und 4 c angeordnet sind. Aus der
oberen Leitung 4a strömt der Dampf durch Stutzen in die Dampfeintrittskammern
5 a und 5 b und von diesen in die Kondensationselemente
2 a und 2 b. Aus den Zweigleitungen 4 b und 4 c gelangt
der Dampf in die Zwischenkammern 6 a und 6 b, wo er sich in die oberen Kondensationselemente
2c und 2d sowie in die unteren Kondensationselemente 2 e und 2 f verteilt. In den
Luftabsaugekammern 7a und 7b ist sowohl der von unten als auch der
von oben kommende Dampfstrom weitgehend kondensiert. Aus den Luftabsaugekammern
werden die Luft und die anderen nicht kondensierbaren Gase mit dem anhängenden Restdampf
durch die Leitungen 8 über das luftseitig parallel zu den Kondensationselementen
geschaltete Nachkühlelement 9 von der in der Zeichnung nicht dargestellten Luftabsaugevorrichtung
abgesaugt. Es besteht auch die Möglichkeit, in die unteren Kondensatsammelkammern
10 a, 10 b einen weiteren Teil des Dampfes einzuführen, wobei dann
selbstverständlich zwischen den neu hinzukommenden Dampfeintrittskammern und den
Kondensatsammelkammern, die nunmehr die Funktion von Dampfeintrittskammern zusätzlich
übernehmen, noch Luftabsaugekammern oder Luftabsaugestutzen vorgesehen werden müssen.
Außerdem können erforderlichenfalls statt der dargestellten parallel angeordneten
Zwischenkammern 6a und 6b für die Dampfeinführung noch weitere Zwischenkammern bei
der Unterteilung der Gesamtelemente angeordnet werden, wobei selbstverständlich
auch hier zwischen den beiden Zwischenkammern wieder für die Absaugung der Luft
gesorgt werden muß.
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Das Kondensat wird durch in den Kammern 6, 7 und 10 angebrachte
Stutzen 11 abgeleitet und einer nicht dargestellten Sammelleitung zugeführt.