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Verfahren zur Kondensation des aus einem Dampferzeuger austretenden
Dampfes und Anlage zur tklrchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kondensation des
aus einem Dampferzeuger austretenden Dampfes unter Verwendung eines Oberflächenwärmeübertragers,
bei dem der Dampf bei Atmosphärendruck oder einem etwas darüber liegenden Druck
kondensiert wird und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei derartigen Anlagen, insbesondere Heizkondensatoren, Kondensatoren
für Industrieabdampf, z.B. aus Dampfhämmern oder aus Kühlaggregaten, die nach dem
Verdampfungsprinzip arbeiten, wie Kühlanlagen von Ofen und dergleichen,-bildet sich
im Kondensaetor in der Regel solange kein Vakuum, wie die Auslegungsbedingungen
eingehalten werden. Wenn aber die Wärmebelastung den vorgesehenen Bereich unterschreitet
oder das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur hat, werden die Kondensationstemperaturen
und der Kondensationsdruck so klein, daß Vakuum eintreten kann.
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Solche Zustände treten auch bei Heizkondensatoren in Zeiten geringeren
Wärmebedarfs auf, wenn der Heizkreislauf gegrosselt wird. Bei Abdampfkondensatoren
kann sich Vakuum einstellen, wenn der Abdampfdurchsatz bei Schwachlastbetrieb oder
Stillständen zurückgeht. Die Druckwechsel von Über- in Unterdruck können auch periodisch
oder unregelmäßig wechselnd auftreten, z.B. bei der Kondensation des Abdampfes von
Dampf-
Anlagen obiger Art, auf die sich die Erfindung bezieht, arbeiten
im allgemeinen bei Atmosphärendruck oder einem darüberliegendem Druck. Die bei Vakuum-Kondensatoren
üblichen Vorkehrungen, die darin bestehen, die im Dampf vorhandene Luft oder Inertgase
abzusaugen, können daher hier nicht angewandt werden. Vielmehr werden Luft und Inertgase
durch den Überdruck in die Atmosphäre abgeblasen. Bei vorübergehend auftretendem
Vakuum ist es, insbesondere wenn die Schwankungen plötzlich auftreten, kaum möglich,
Absaugvorrichtungen einzuschalten, so daß Luftsauerstoff in das System eintreten
kann, der in Verbindung mit dem Dampf und dem Kondensat stark korrosiv wirkt. Außerdem
besteht die Gefahr, daß bei dem Wiedereinsetzen des normalen Wärmestromes der Druckanstieg
im System zu Störungen führt, da die Abführung der eingedrungenen Luft Schwierigkeiten
bereitet. Weiterhin können Betriebsstörungen dadurch entstehen, daß oeim Auftreten
von Vakuum das Kondensat aus dem Dampferzeuger in den Kondensator zurückgesaugt
wird, wodurch der Dampferzeuger ernstlich gefährdet werden kann.
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Es ist aus dem deutschen Patent 174 853 zur Vermeidung derartiger
Betriebsstörungen bekannt, Vorrichtungen zum Aufheben des Vakuums durch gesteuerten
Lufteinlaß, sogenannte Vakuumbrecher, einzusetzen, bei denen man den Einbruch von
Luftsauerstoff in das System bewußt in Kauf nahm.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kondensationsanlagen,
bei denen die Kondensation bei Atmosphärendruck oder einem darüberliegenden druck
erfolgt, das Auftreten von Vakuum zu vermeiden, ohne daß die Gefahr von Lufteinbrüchen
in das System besteht.
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Bei einem Verfahren zur Kondensation des aus einem Dampferzeuger austretenden
Dampfes unter Verwendung eines wasser-oder luftgekuhlten Oberflächenwärmeübertragers
besteht die Erfindung darin, daß der zu kondensierende Dampf in einem
gleichzeitig
als Wärmespeicher dienenden Wasserbadumformer gelei@et und darin kondensiert wird
und daß das aus dem Wärme@peicher kommende Wasser in dem Cberflächenwärmeübertrager
gekühlt, wieder in den Wärmespeicher und von dort in den Dampferzeuger geleitet
wird. Die Erfindung sieht ferner vor, den Dampf in den unteren Teil des Wasserbadumformer's
durch ein sich über dessen Länge erstreckendes Verteilsystem @inzudüsen.
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Wassersadumformer, bei denen der Dampf direkt eingeblasen wird, sind
zur dmwandlung von Heißdampf in Sattdampf, z.B.
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bei i@@ @@mpfkählung (Babcock-Handbuch Wasser 1962, Seite 110) bekann@
und werden auch beim Löffler-Kessel verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wird der Wasserbadumformer dagegen zur Kondensation benutzt.
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En ge@@rt ferne@ zum Stand der Technik, Wasserdampf mit Was-@er in
einem Mischkondensator zu kondensieren und das Wasser, ohne daß es direkt mit der
Kählluft in Berührung kommt, unter Vermeidung von Verdunstungsverlusten mit Luft
rückzukühlen (DAS @ 241 852). Diesem Verfahren liegt demnach eine andere Aufgabenstellung
zugrunde; es ist außerdem auf sehr große luftgekühlte Kraftwerkskondensatoren, sowie
auf ein verhältnismäßig hohes Vakuum beschränkt. Eine Speicherung der Wärme, wie
sie bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen Ist, findet dabei nicht statt.
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Es i-t ferner bekannt, abwechselnd eine für einen gewissen Zeitraum
des 3etrieoes ausreichende Menge Speisewasser durch den abdampf der Turbinde im
Hauptkondensator oder in einem Hilfskondensator vorzuwärmen und in Sammelbehaltern
aufzuspeichern, dann aber die Speisewasservorwärmer abzuschalten und die Kondensation
in der üblichen normalen Weise ohne Speisewasservorwärmer zu bewirken (deutsches
Pateht 326 317).
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Derartige Anlagen haben den Zweck, das in einem Behälter gespeicherte
und dabei abgekühlte Speisewasser wieder aufzuwärmen, indem das Kondensat abwechselnd
mit normalem Kühl-
wasser und, wenn wärmeres Speisewasser benötigt
wird, mit Speisewasser gekühlt wird. Diese Anlagen werden in der Regel auch mit
Vakuum gefahren, das höchstens zeitweise einmal, wenn wärmeres Speisewasser verlangt
wird, etwas eingeschränkt wird. Betriebszustände, bei denen das Vakuum ganz aufgehoben
wird, treten dabei nicht auf.
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Aus dem deutschen Patent 484 576 ist es bekannt, parallel zum Kondensator
einen Verdrängungsspeicher zu schalten, in dessen Mischraum überschüssiger Dampf
durch das Kühlwasser des Speichers niedergeschlagen und als Warmwasser gespeichert
wird; dabei wird die Entladung des Speichers bei Das mangel durch Rückverdampfung
aus dem Speicherwarmwasser in der Weise ermöglicht, daß in einem Mischraum das Warmwasser
verbraust und in diesen Raum von unten kalte Luft aus dem Kondensator gedrückt wird.
Zweck dieses bekannten Verfahrens ist es, Belastungsschwankungen auszugleichen,
um Kondensator und Kühl turm nur für die mittlere Last auslegen zu müssen. buch
diesem Verfahren, das auf Vakuumkondensatoren beschränkt ist, liegt insofern eine
andere Aufgabenstellung zugrunde, als die Verhinderung temporärer Vakuumeinbrüche
nicht zur Debatte steht.
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Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß
aus einem Wasserbadumformer zur Kondensation des vom Dampferzeuger kommenden Dampfes,
sowie einem Wärmeoberflächenübertrager, wobei der Umformer mit dem Dampferzeuger
über eine Daipfleitung und eine Kondensatleitung und mit dem Oberflächenwärmetau6cher
über eine Kreislaufleitung in Verbindung steht, in der sich eine Pumpe befindet.
Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Dampfleitung in ein im untermen Teil des
Umformers angeordnetes Dyjisensystem mündet, über das der Dampf gleichiäßig in den
Umformer elettetwird. Der Umformer ist erfindungsgemäß oben mit einem Stutzen versehen,
über den er mit der freien atmosphäre oder einem Schutzgas in Verbindung steht.
Bei einer anderen itis-
führungsform der Erfindung ist die Wasseroberfläche
des Umformers in an sich bekannter Weise durch Schwimmkugeln abgedeckt.
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Der Dampferzeuger kann erfindungsgemäß ein nach dem Verdampfungsprinzip
arbeitender Kühler, vorzugsweise zur Abführung der Wärme in chemischen oder metallurgischen
Prozessen sein. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht darin, daß an die vom
Dampferzeuger zum Wasserbadumformer führende Dampfleitung ein Dampfverbraucher,
vorzugsweise ein Dampfhammer angeschlossen ist, durch den die Dampfabgabe ständig
verändert wird.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Die Anlage besteht aus dem Dampferzeuger 1, dem gleichzeitig als Wärmespeicher
dienenden Wasserbadumformer 2 und dem Oberflächenwärmeübertrager 3. Von dem Dampferzeuger
strömt der Dampf über die Dampfleitung 4 und das Diiisensystem 5 in den Wasserbadumformer
2, in dem der Dampf unter Wasser kondensiert. Das Kondensat strömt durch die Leitung
11 zum Dampferzeuger 1 zurück. Das Einleiten des Dampfes erfolgt über Düsen bekannter
Bauart, die ein fast geräuschfreies Austreten und Kondensieren gestatten. Der Wasserinhalt
des Wasserbadumformers wird durch die Pumpe 6 über die Kreislaufleitung 12 umgewälzt.
Hierbei wird das Wasser im Wärmeübertrager 3 durch Luft, Wasser oder ein anderes
Medium das durch die Leitung 7 su-und durch die Leitung 8 abgeführt wird, abgekühlt.
Der Speicher ist mit einem Stutzen 9 versachen, der mit der freien Atmosphäre oder
einem Schutzgas in Verbindung steht, das Korrosionen oder eine Sauerstoftentnahme
durch das Wasser verhindert. Es besteht auch die Nögliceit, in an sich bekannter
Weise die Wasseroberfläche 10 durch Schwimmkugeln abzudecken, um die Luftdiffusion
in das Wasser zu erschweren. Der Speicher 2 ist so bemessen,
daß
die Wärme, die temporär im Dampferzeuger 1 mehr erzeugt wird als im Wärmeübertrager
3 abgeführt wird, gespeichert werden kann. Beim Anfahren enthält der Wasserbadumformer
2 zunächst kaltes Wasser, das sich im Laufe der Zeit bis auf maximal 1000C erwärmt.
In den Zeiten, in denen der Dampferzeuger 1 weniger Wärme erzeugt als vom Wärmeübertrager
3 abgeführt wird, kühlt sich der Speicherinhalt wieder ab.
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Der Grundgedande,der der Erfindung zugrunde liegt, läßt sich in verschiedener
Weise praktisch anwenden. Beispielsweise kann@der Dampferzeuger 1 ein nach dem Verdampfungsprinzip
arbeitender Kühler sein. Derartige Kühler werden zur Abführung der Wärme in chemischen
oder metallurgischen Prozessen verwendet. Bekannt ist es beispielsweise, Sauerstofflanzen
für Öfen zur Erzeugung von Stahl in dieser Weise zu kühlen. Hierbei wird zeitweise
ein Wärmedurchsatz erreicht, der das normale flaß erheblich überschreitet. Während
dieser Zeit entsteht auch entsprechend mehr Dampf, dessen Kondensationswärme an
das im Was-serbadumformer 2 enthaltene Wasser abgegeben wird, das sich dabei erwärmt,
da nur ein Teil der Wärme im Wärmeübertrager 3 an das Kühlmedium übertragen wird.
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Ist dasSauerstoffblasen beendet oder geht bei dem chmischen Prozeß
die Wärmeentwicklung zurück, so wird die Kühlung fortgesetzt und der Inhalt des
Speichers 2 allmählich wieder abgekühlt, so daß der Speicher erneut zur Aufnahme
von überschüsaigar Wartt bereit ist.
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Eine andere Anwendungsmöglichkeit ist dann gegeben, wenn die Dampfabgabe
durch Arbeitsmaschinen eine dauernde Veränderung erfäht. Strömt der Dampf volL Dampferzeuger
1 durch dampfverbrauchende Maschinen, z.B. durch Dampfhämmer, die an die Leitung
4 angeschlossen sind, so treten kurzzeitig Dampfspitzen auf, die den Oberflächenwärmeübertrager
nicht belasten, da sie von dem Wasserbadumformer 2 aufgefangen werden. Wäre dieser
nicht vorhanden, So wurde der Wärmeübertrqer, wie es bei bekannten Anlagen der Prall
ist, als Kon-
densator arbeiten und müßte für die auftretenden Dampfspitzen
ausgelegt sein. Ist der Kondensator luftgekühlt, so können im Winter bei Frost bei
Arbeitspausen der Hämmer so tiefe Temperaturen auftreten, daß der Luftkondensator
einfriert.
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Die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung kann auch als Heizanlage
dienen. In diesem Fall benutzt man den Oberflächenwärmeübertrager 3 nicht zur abführung
der Energie, sondern zur Erwärmung des Heizmediums, wie z.B. des Unlaufwassers oder
eines anderen Wärmeträgerstoffes. Der Wirmebedarf kann hierbei stark wechselnd sein.
Durch den gleichmäßig belleizten Dampferzeuger 1 kann der Wasserbadumformer 2 während
der Zeit geringeren Wärmebedarfs aufgeheizt werden und seinen Wärmeinhalt bei erhöhtem
Wärmebedarf im Wärmeübertrager 3 in Spitzenzeiten wieder abgeben.
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Patentansprüche