[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Kondensat einer Dampfkraftanlage.
Sie bezieht sich weiter auf eine danach arbeitende Anlage.
[0002] In einer Dampfkraftanlage wird der Wärmeinhalt eines heißen Gases oder Dampfes in
eine andere, im allgemeinen elektrische Energieform umgewandelt, wobei z.B. ein geschlossener
Wasser-Dampf-Kreislauf zur Energieumwandlung genutzt wird. Der Wärmeinhalt des heißen
Gases oder Dampfes wird dabei zunächst benutzt, um in einem Verdampfer Wasser ganz
oder teilweise zu verdampfen. Der so entstandene Dampf wird einer Dampfturbine zugeleitet,
wo er entspannt und dabei Energie auf ein Generatorsystem überträgt. Der entspannte
Dampf wird sodann einem Kondensator zugeführt. Im Kondensator kondensiert der Dampf
zu Wasser. Das Wasser (Kondensat) wird dann erneut dem Verdampfer zugeführt, so daß
ein geschlossener Kreislauf entsteht.
[0003] Für einen langfristigen, wartungsfreundlichen und kostengünstigen Betrieb einer derartigen
Dampfkraftanlage ist eine Reinhaltung des Strömungsmediums, d.h. des Wasser/Dampf-Gemisches
im Umlauf, erstrebenswert. Verunreinigungen des Strömungsmediums, insbesondere durch
O₂ oder CO₂, können zu Korrosion von Anlagenteilen, mechanischen Schaden oder auch
zu Ablagerungen führen. Damit ist ein hoher Wartungs- und Reparaturaufwand verbunden
und damit die Verfügbarkeit eingeschränkt. Aus diesem Grund erfolgt in der Regel der
Umlauf des Strömungsmediums in einer Dampfkraftanlage in einem abgeschlossenen System,
so daß ein zu Verunreinigungen führender Gaseintrag, beispielsweise aus der Umgebungsluft,
in das Wasser/Dampf-Gemisch, insbesondere in das im Kondensator gebildete Kondensat,
vermieden ist. Durch die sich beim Umlauf des Strömungsmediums einstellenden Verhältnisse
steht dabei in der Regel das Volumen innerhalb des Kondensators oberhalb des Kondensatspiegels
unter Unterdruck (Vakuum). Dieses Kondensatorvakuum kann auch durch zusätzliche Pumpen
erzeugt oder aufrechterhalten werden. Während des Betriebs der Dampfkraftanlage wird
durch den Kondensationsvorgang und das dadurch erzielte Vakuum erreicht, daß unerwünschter
Gaseintrag in das Kondensat vermieden ist.
[0004] Je nach Betriebszustand der Dampfkraftanlage sind jedoch Situationen möglich, in
denen bei einem Stillstand der Dampfkraftanlage das Kondensatorvakuum nicht aufrechterhalten
werden kann. Dies sind zum einen jegliche innerhalb des Kondensators anfallenden Reparaturarbeiten,
bei denen das Kondensatorvakuum bewußt gebrochen werden muß. Zum anderen kann aber
auch ein Stillstand der Dampfkraftanlage, beispielsweise lediglich über Nacht, erforderlich
sein, wobei das Kondensatorvakuum nicht aufrechterhalten sein kann. Je nach Bauart
der Dampfkraftanlage und Betriebsweise können beispielsweise etwa 250 Nachtstillstände
und mehr pro Betriebsjahr auftreten.
[0005] Nach einem Gaseintrag in das Kondensat ist eine aufwendige Kondensatentgasung notwendig.
Dazu ist üblicherweise am Boden des Kondensators eine Auffangwanne vorgesehen. Auch
kann durch geeignete Beheizung des Kondensats eine Ausgasung und Abführung der im
Kondensat gelösten unerwünschten Gase erreicht, was eine Abführung der Gase ermöglicht.
[0006] Um bei Stillständen der Dampfkraftanlage einen Gaseintrag in das Kondensat und die
damit verbundenen Nachteile, wie beispielsweise Korrosion, oder die Bildung von Ablagerungen,
von vornherein zu vermeiden, ist es üblich, das Kondensatorvakuum durch Stopfbuchsbedampfung
aus einem Hilfskessel aufrechtzuerhalten.
[0007] Alternativ ist es für eine Dampfkraftanlage mit einem eine Auffangwanne aufweisenden
Kondensator und mit einer in der Auffangwanne angeordneten Heizvorrichtung aus der
Druckschrift ASME Publication June 1-4, 1992, "Optimization of an Advanced Combined
Cycle and its Application to the Yokohama Thermal Power Station No. 7 and No. 8 Groups"
bekannt, Isolationsventile zwischen dem Kondensator und der Auffangwanne vorzusehen.
Dadurch wird erreicht, daß der in der Auffangwanne befindliche Teil des Kondensats
bei einem Bruch des Kondensatorvakuums keinem Gaseintrag ausgesetzt ist. Auf diese
Weise kann jedoch ein Gaseintrag in das Kondensat nur unter hohem Aufwand oder nur
unvollständig vermieden werden.
[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung von
Kondensat einer Dampfkraftanlage anzugeben, durch das mit einfachen Mitteln und kostengünstig
ein Gaseintrag in das Kondensat vermieden ist, auch wenn das Kondensatorvakuum nicht
dauerhaft aufrechterhalten ist. Dies soll mit einer besonders geeigneten Dampfkraftanlage
erreicht werden.
[0009] Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem
- der Kondensatspiegel bis etwa zur Höhe einer in dem Kondensator angeordneten Abdeckeinrichtung
abgesenkt wird, wobei mindestens während des Absenkens das Kondensatorvakuum aufrechterhalten
ist,
- Kondensat zwischengespeichert wird, und
- das zwischengespeicherte Kondensat nach Erzeugung des Kondensatorvakuums in den Kondensator
zurückgefördert wird.
[0010] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß nur durch Abschluß des Kondensats
von einer Gasatmosphäre ein Gaseintrag in das Kondensat vermieden werden kann. Der
vollständige Abschluß des Kondensats gegen die Gasatmosphäre kann erreicht werden,
in dem der Kondensatspiegel bis etwa zur Höhe einer geeigneten Abdeckeinrichtung abgesenkt
wird. Während des Absenkens ist zur Vermeidung von Gaseintrag das Kondensatorvakuum
aufrechtzuerhalten. Das durch das Absenken aus dem Kondensator entnommene Kondensat
wird unter Vermeidung von z.B. Lufteintritt zwischengespeichert. In dieser Speicherphase
kann das Kondensatorvakuum aufrechterhalten oder nicht aufrechterhalten sein. Somit
sind in dieser Phase beispielsweise Reparaturarbeiten oder Wartungsarbeiten am Kondensator
möglich. Ebenso ist damit Gaseintrag in das Kondensat bei einem Nachtstillstand der
Dampfkraftanlage vermieden. Nachdem das Kondensatorvakuum aufgebaut oder wiederhergestellt
ist, kann das zwischengespeicherte Kondensat, ebenfalls ohne Gaseintrag, in den Kondensator
zurückgefördert werden.
[0011] Fur eine einen Speisewasserbehälter aufweisende Dampfkraftanlage erweist es sich
als vorteilhaft, das aus dem Kondensator entnommene Kondensat in den Speisewasserbehälter
zu fördern und unter den im Speisewasserbehälter herrschenden Bedingungen zwischenzuspeichern.
Somit ist es bei einer Dampfkraftanlage mit Speisewasserbehälter vorteilhafterweise
nicht unbedingt notwendig, einen zusätzlichen Behälter zur Zwischenspeicherung des
Kondensats bereitzustellen.
[0012] Bezuglich der Dampfkraftanlage mit einer Vorrichtung zur Behandlung von Kondensat
wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Kondensators eine
Abdeckeinrichtung vorgesehen ist, mittels der bei einem Absenken des Kondensatspiegels
das Kondensatorvolumen unterhalb der Abdeckeinrichtung vom Kondensatorvolumen oberhalb
der Abdeckeinrichtung mindestens annähernd gasdicht abschließbar ist.
[0013] Sobald beim Absenken des Kondensatspiegels die Höhe der Abdeckeinrichtung vom Kondensatspiegel
erreicht wird, schließt die Abdeckeinrichtung das Kondensat weitgehend und gasdicht
ab. Nachdem das Kondensat gasdicht abgeschlossen ist, kann das Kondensatorvakuum gebrochen
werden, ohne daß ein Gaseintrag in das Kondensat erfolgt. Nachdem das Kondensatorvakuum
wieder hergestellt wurde, kann durch Zurückfördern des Kondensats in den Kondensator
der Kondensatspiegel wieder angehoben werden, wobei die Abdeckeinrichtung wieder öffnet.
[0014] In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung ist in die Speisewasserzuführung ein Wärmetauscher
zum Abkühlen des rückgeförderten Kondensats geschaltet, in dem eine nutzbare Wärmemenge
des rückgeführten Kondensats dem Kraftwerksprozeß zugeführt werden kann. Somit ist
erreicht, daß eine nutzbare Wärmemenge des Kondensats nach dem Zurückfördern des Kondensats
in den Kondensator, beispielsweise zur Kondensatvorwärmung, genutzt werden kann.
[0015] Die Speisewasserzuführung zum Zurückfördern des zwischengespeicherten Kondensats
in den Kondensator kann am Kondensator unterhalb der Abdeckeinrichtung angeordnet
sein. In zweckmäßiger Ausgestaltung ist die Speisewasserzuführung jedoch am Kondensator
oberhalb der Abdeckeinrichtung angeordnet.
[0016] Die Abdeckeinrichtung kann auf verschiedene Weise realisiert sein, z.B. mittels Schwimmerkugeln.
Zweckmäßigerweise umfaßt die Abdeckeinrichtung mindestens ein Kugelverschlußventil.
Dadurch ist ein selbsttätiges Schließen der Abdeckeinrichtung beim Absenken des Kondensatspiegels
in einfacher Weise erreicht.
[0017] Alternativ umfaßt die Abdeckeinrichtung mindestens eine Klappe. Dabei weist zweckmäßigerweise
die oder jede Klappe Schwimmelemente auf, beispielsweise in Form eines in der Klappe
enthaltenen Hohlraums. Somit ist bei einer Variation der Höhe des Kondensatspiegels
ein selbsttätiges Öffnen und Schließen der Klappen gewährleistet.
[0018] Im geöffneten Zustand der Kugelverschlußventile oder der Klappen der Abdeckeinrichtung
ist ferner ein ungehinderter Kondensatfluß möglich, so daß die normalen Betriebsbedingungen
der Dampfkraftanlagen nicht beeinträchtigt werden.
[0019] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den
Einsatz der, vorzugsweise selbsttätigen, Abdeckeinrichtung im Kondensator ein Gaseintrag
in das Kondensat einer Dampfkraftanlage in einfacher Art und Weise vermieden ist.
[0020] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigen:
- Figur 1
- schematisch eine in einem Kondensator einer Dampfkraftanlage angeordnete Abdeckeinrichtung
zur Behandlung von Kondensat, und
- Figur 2
- im Ausschnitt eine alternative Ausführungsform der Abdeckeinrichtung.
[0021] Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
[0022] Figur 1 zeigt einen Kondensator 1 und einen Speisewasserbehälter 2 einer nicht näher
dargestellten Dampfkraftanlage. Der Kondensator 1 ist über eine Kondensatleitung 5
mit dem Speisewasserbehälter 2 verbunden. Zur Rückführung von Kondensat K ist eine
Verbindungsleitung 6 zwischen dem Speisewasserbehälter 2 und dem Kondensator 1 vorgesehen.
In die Verbindungsleitung 6 ist ein Wärmetauscher 7 primärseitig geschaltet, der sekundärseitig
an an eine Kondensatzuführungsleitung 8 zum Kessel der Dampfkraftanlage angeschlossen
ist. In die Kondensatzuführungsleitung 8 ist eine erste Kondensatpumpe 9 geschaltet.
Die Verbindungsleitung 6 ist mittels eines Ventils 10 absperrbar.
[0023] In einem nicht näher dargestellten Dampferzeugungsprozeß der Dampfkraftanlage entstandener
Dampf D wird dem Kondensator 1 über eine Dampfzufuhrung 11 zugeleitet. Im Kondensator
1 kondensiert der Dampf D zu Wasser oder Kondensat K. Das Kondensat K wird mittels
einer zweiten Kondensatpumpe 12 aus dem Kondensator 1 durch die Kondensatleitung 5
in den Speisewasserbehälter 2 gefördert. Aus dem Speisewasserbehälter 2 wird das Kondensat
K über eine Speisewasserzuleitung 13 erneut dem Dampferzeugungsprozeß zugeführt. Das
Volumen 15 des Kondensators 1 oberhalb eines Kondensatspiegels 16 steht dabei unter
Unterdruck (Vakuum).
[0024] Innerhalb des Kondensators 1 ist eine Abdeckeinrichtung 20 vorgesehen. Die Abdeckeinrichtung
20 umfaßt eine mit mehreren Öffnungen 21 versehene Bodenplatte 22 sowie an den Öffnungen
21 angeordnete Schwimmerventile 23. Die Schwimmerventile 23 umfassen jeweils eine
an einer mit der Bodenplatte 22 verbundenen Stange 24 geführte Kugel 25. Die Kugeln
25 weisen eine geringere Dichte auf als das Wasser W, so daß die Öffnungen 21 unverschlossen
sind, falls der Kondensatspiegel 16 sich oberhalb der Bodenplatte 22 befindet. Dabei
ist in diesem Fall ein ungehinderter Durchfluß des Kondensats durch die Öffnungen
21 gewährleistet.
[0025] In einer alternativen Ausführungsform gemäß Figur 2 umfaßt die Abdeckeinrichtung
20 eine mit mehreren Öffnungen 31 versehene Bodenplatte 32 sowie an den Öffnungen
31 angeordnete Klappen 33. Die Klappen 33 weisen jeweils mindestens ein Schwimmelement
34 auf. Die Schwimmelemente 34 bestehen im Ausführungsbeispiel aus in den Klappen
33 angeordneten Hohlräumen. Alternativ können die Schwimmelemente 34 aber auch an
den Klappen 33 angeordnete Elemente aus Material mit im Vergleich zum Kondensat K
niedrigerer Dichte sein. Somit sind auch in dieser Ausführungsform die Öffnungen 31
unverschlossen, falls der Kondensatspiegel 16 sich oberhalb der Bodenplatte 32 befindet.
[0026] Bei einem Stillstand der Dampfkraftanlage wird kondensiertes Wasser K mittels der
Kondensatpumpe 12 durch die Kondensatleitung 5 in den Speisewasserbehälter 2 gefördert.
Bei einem Absenken des Kondensatspiegels 16 bis zur Höhe der Bodenplatte 22 oder 32
verschließen die Kugeln 25 bzw. die Klappen 33 die Öffnungen 21 bzw. 31 mindestens
annähernd gasdicht. Nach dem Absenken des Kondensatspiegels 16 und dem Schließen der
Schwimmerventile 23 oder der Klappen 33 kann das im Volumen 15 herrschende Vakuum
gebrochen werden, ohne daß ein Gaseintrag in das sich unterhalb der Bodenplatte 22
bzw. 32 ansammelnde Kondensat erfolgt. In diesem Zustand können am Kondensator 1 beispielsweise
Wartungs- oder Reparaturarbeiten vorgenommen werden, ohne daß ein Gaseintrag in das
im Speisewasserbehälter 2 zwischengespeicherte Kondensat K auftritt.
[0027] Nach einer Wiederherstellung des Vakuums im Volumen 15 des Kondensators 1 wird das
Kondensat K mittels der Speisewasserzufuhrung 6 aus dem Speisewasserbehälter 2 in
den Kondensator 1 zurückgefördert. Die Speisewasserzuführung 6 ist dabei oberhalb
der Bodenplatte 22 oder 32 angeordnet.
[0028] Bei der Zurückführung in den Kondensator 1 wird nutzbare Wärme des im Speisewasserbehälter
2 zwischengespeicherten Kondensats K im Wärmetauscher 7 auf dem Kessel der Dampfkraftanlage
zugeführtes Kondensat K' übertragen und somit dem Dampferzeugungsprozeß zugeführt.
1. Verfahren zur Behandlung von Kondensat einer Dampfkraftwerksanlage, bei dem
- der Kondensatspiegel (15) bis etwa zur Höhe einer in einem Kondensator (1) angeordneten
Abdeckeinrichtung (20) abgesenkt wird, wobei mindestens während des Absenkens das
Kondensatorvakuum aufrechterhalten ist,
- das Kondensat (K) zwischengespeichert wird, und
- das zwischengespeicherte Kondensat (K) nach Erzeugung des Kondensatorvakuums in
den Kondensator (1) zurückgefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dampfkraftanlage einen Speisewasserbehälter (2)
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Kondensator (1) entnommene Kondensat (K) in den Speisewasserbehälter
(2) gefördert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das rückgeführte Kondensat (K) abgekühlt wird.
4. Vorrichtung zur Behandlung von Kondensat einer Dampfkraftanlage, insbesondere zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch eine innerhalb eines Kondensators (1) angeordnete Abdeckeinrichtung (20), mittels
der bei einem Absenken des Kondensatspiegels (15) das Kondensatorvolumen unterhalb
der Abdeckeinrichtung (20) vom Kondensatorvolumen (16) oberhalb der Abdeckeinrichtung
(20) mindestens annähernd gasdicht abschließbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in eine am Kondensator (1) angeordneten Speisewasserzuführung (6) ein Wärmetauscher
(7) geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speisewasserzuführung (6) am Kondensator (1) oberhalb der Abdeckeinrichtung
(20) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckeinrichtung (20) mindestens ein Schwimmerventil (23) umfaßt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckeinrichtung (20) mindestens eine Klappe (33) umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die oder jede Klappe (33) ein Schwimmelement (34) umfaßt.