hög prestanda i den första cb/a axiella ångkonden- sorn av ... · deaerator steam turbine...
TRANSCRIPT
22 A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9
vans Deakin Engineering Pty Ltd i
Australien är licenstagare till ABB Alstom
Power. Företaget har ansvarat för kon-
struktion, tillverkning och installation av
ångkondensorn och vakuumavluftnings-
systemet till kombikraftverket vid Smith-
field Energy Facility. Kraftverket ligger 50
km sydväst om Sydney. Här finns tre
gasturbiner och en ångturbin för elkraft-
generering. Upp till 50 % av färskångan
levereras som processånga till ett pap-
persbruk. Smithfield är därmed en viktig
leverantör på den lokala energimarkna-
den. Gasturbinerna eldas med naturgas.
Ångturbinerna får färskånga från de av-
gaspannor som är kopplade efter gas-
turbinerna. Ångkondensorn, en axiell
enhet av yttyp i utförande CB/A, har ut-
vecklats av ABB Alstom Power. Konden-
sorn arbetar med kyltorn.
På grund av de stora kvantiteterna
processånga måste systemen för kondi-
tionering och framför allt för avluftning
av ersättningsvattnet vara flexibla och
mycket effektiva.
Kondensorutförandet CB/A är resul-
tatet av vidareutveckling av CB-konden-
sorerna för installation under golv och
den första axiella kondensorn av yttyp i
världen som byggts i detta utförande.
Den mest utmärkande egenskapen för
den nya konstruktionen är att ångan
leds horisontellt (i samma riktning som
turbinaxeln) på sin väg från lågtrycksav-
loppet till rörknippena.
Under driftsättningen samarbetade
ABB Alstom Power med följande före-
tag:
• Evans Deakin
• EPC-entreprenören NEPCO-Trans-
field Joint Venture Company (NTJV),
som i sin tur består av konstruktions-
företagen TRANSFIELD Ltd of Austra-
lia och Zurn Nepco från Redmond,
USA
• Sithe Energies Australia Pty Ltd, kund
och ägare till verket
Uppgiften var att prova kondensorns
prestanda och vakuumavluftnings-
systemet. Ytterligare mål var att få
detaljerad information till grund för
fortsatt utvecklingsarbete samt att
verifiera ABB Alstom Powers kon-
struktionsregler och beräkningsme-
toder.
Ångkondensor och vakuum-
avluftningssystem
Uppgiften för kondensorn och avluft-
ningssystemet är att kondensera av-
loppsångan från ångturbinen och att av-
skilja syret från ersättningsvattnet och
huvudkondensatflödet.
Ångkondensor
Genom sin påverkan av mottrycket i låg-
trycksturbinen har kondensorn avgöran-
de betydelse för hela anläggningens
verkningsgrad och därmed också på
generatorernas uteffekt.
Via kylvattnet har kondensorn även
inverkan på anläggningens miljöegen-
skaper. Förutom kraftverkets tekniska
krav måste även gällande miljökrav upp-
fyllas. ABB Alstom Powers kondensorer
klarar detta inom alla områden – från
den termiska konstruktionen till tillverk-
ning och drift. Att så är fallet garanteras
av ISO 14001-certifieringen [1].
Kondensorn i utförande CB/A (där ”A”
står för ”axiell”) (tabell 1) represente-
rar de senaste resultaten från den pågå-
ende utvecklingen av CB-kondensorn,
som lanserades 1989. Utveckling av
CB-kondensorerna för axiella och radiel-
la turbinavlopp är baserad på fältdata
från 50 kondensorer installerade under
golv i hela världen. Det termiska belast-
2
1
Hög prestanda i den första CB/A axiella ångkonden-sorn av yttyp
Dr. Peter Baumann
Walter Novak
ABB ALSTOM POWER
Felix Kuhn
Evans Deakin Engineering Pty Ltd
Evans Deakin Engineering Pty Ltd i Australien har byggt en ångkonden-
sor med vakuumavluftning till ett kombikraftverk på 180 MW, beläget
utanför Sydney. Evans Deakin är licenstagare till ABB Alstom Power. Spe-
ciella krav ställdes på anläggningen. Förutom att leverera elkraft till
nätet skulle verket leverera stora volymer processånga till den lokala in-
dustrin. Omfattande prov har visat att den axiella ångkondensorn av yttyp
och avgasningssystemet uppfyller de höga krav som ställs. Kondensorn
uppfyller även gällande miljökrav. En utvärdering har verifierat ABB Al-
stom Powers beräkningsmetoder och har gett information som är en till-
förlitlig bas för fortsatt utvecklingsarbete.
E
Å N G K O N D E N S O R E R
A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9 23
ningsområdet för denna kondensortyp
sträcker sig från 10 till 250 MW [2].
Förutom sin huvudfunktion, vilken är
att fungera som värmesänka, blir kon-
densorer uppmärksammade som viktig
komponent i anläggningar där stora
mängder ersättningsvatten behövs. Tidi-
gare ansågs 2 % av färskångan vara ka-
rakteristiskt värde för behovet av ersätt-
ningsvatten. Vattnet tillsattes normalt
diskontinuerligt via kondensorn. Idag
kan ersättningsvattnet representera hela
50 % av turbinens färskångmassflöde
och måste tillsättas kontinuerligt. Som
exempel kan nämnas komplexa kombi-
system med stora uttag av process-
ånga.
Vakuumavluftningssystem
Systemet som används vid Smithfield
Energy Facility är tillförlitligt under svåra
driftsförhållanden och garanterar en
restsyrehalt som understiger 7 ppb (mil-
ligram per ton) i det kondensat som läm-
nar kondensorbrunnen. Detta gäller
även under besvärliga ersättningsvat-
tensituationer där flödet av ersättnings-
vatten till kondensorn motsvarar 50 % av
turbinens färskångmassflöde.
Som framgår av finns två jetluft-
ejektorer med kapacitet på vardera
100 % (en formellt i drift) för att ventilera
kondensorn och vakuumavluftningssys-
temet. Munstyckena B1 och B2 bestäm-
mer hur mycket av ejektorernas venti-
lationskapacitet som ska tilldelas kon-
3
Å N G K O N D E N S O R E R
Tabell 1:Huvudkonstruktionsparametrar för kondensorn
Kondensortyp CB/A-108-2x3164/25,4/07Antal steg 2Vattenboxtyp OdeladRörmaterial Rostfritt stålRörplåtmaterial Rostfritt stålRör/rörplåt-koppling ExpanderadRörlängd 10,89 mKylyta 5458 m2
Värmebelastning 92,25 MWMassaflödesförhållanden för färskånga 45,0 kg/sKondensortryck 0,048 barKylvatteninloppstemperatur 22 °CKylvattentryckfall 0,543 bar
CB/A-ångkondensor i kombikraftverket på 180 MW vid Smithfield Energy Facility, Australien 1
24 A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9
densorn och hur mycket som ska gå till
avluftningssystemet.
Effektiv ventilering av vakuumavlufta-
ren garanteras genom att en del av er-
sättningsvattnet får passera genom ven-
tilationskondensorn. Därefter förvärms
ersättningsvattnet nästan till mättnads-
temperatur vid aktuellt kondensortryck,
varvid överdelen av packningen, där av-
luftningen tenderar att bli ineffektiv, är
minimerad. Detta garanterar att va-
kuumavluftaren arbetar med största
möjliga effektivitet över hela packnings-
höjden ”a” med relativt små packnings-
diametrar. Den del av kondensorkaps-
lingen som tar emot ersättningsvattnet
från vakuumavluftaren är utförd som en
så kallad ”fall film”-avluftare. I denna
konstruktion fördelas ersättningsvattnet
i form av en film över hela längden av
kondensorns bakre vägg, för att under-
lätta ytterligare intensiv kontakt med
ångan från turbinavloppet. Denna metod
ger effektiv slutlig avluftning av ersätt-
ningsvattnet.
Både ventilationskondensorn och er-
sättningsvattenvärmaren är konstruera-
de av ABB Alstom Power som yt- och
rörvärmeväxlare.
Å N G K O N D E N S O R E R
CB/A-kondensorn vid Smithfield Energy Facility under tillverkning i Evans Deakins fabrik
2
Return condensate
Not in operationduring tests
Make-upwater heater
Vacuumdeaerator
Steam turbine
Make-up water supply
O2
O2
O2
O2
Cooling water inCooling water out
T TT
T
T
T PT P
DP T TP
T TT T T T T T T T
T
T
P
TP
T
B1
B2
T P
O2
Steam jetair ejectors2 x 100%
Ventcondenser
Condenser
Air-cooler
PressureTemperatureOrificeOxygenconcentration
P
O2
Principschema för mätsystemet som installerades i kondenserings- och vakuumavluftningssystemet i Smithfield 3
A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9 25
Bestämning av karakteristiska
parametrar
Kondensorprestandan fastställdes ex-
perimentellt med testinstrument basera-
de på ASME PTC 12.2 och gällande in-
terna riktlinjer. Omfattningen av testen
överstiger de krav som ges i ASME PTC
12.2 för sådana mätningar. Följande
anläggningsparametrar fastställdes:
Värmebelastning till kondensorn
Värdet fastställdes med hjälp av en an-
läggningsenergibalans. Ytterligare rele-
vanta data hämtades från anläggning-
ens fast installerade datainsamlingssys-
tem.
Kylvattenflöde
Värdet fastställdes via kondensorns
energibalans med hjälp av den fastställ-
da värmebelastningen till kondensorn.
Global ökning av kylvattentemperaturen
Den totala ökningen av kylvattentempe-
raturen mättes med Pt 100-sensorer
som hålls i kontakt med mediet via spe-
ciella hållarhylsor. Två mätpunkter pla-
cerades vid kylvattenintaget och ytterli-
gare åtta radiellt kring kylvattnets ut-
loppsrör.
Lokal ökning av kylvattentemperaturen
Ökningen i kylvattentemperaturen mät-
tes lokalt vid det första och andra steget
via utvalda kylvattenrör. Temperaturgi-
varna placerades tvärs över hela rörare-
an för det första stegets kylvattenutsläpp
och vid såväl inlopp som utlopp för det
andra kylvattensteget. Kylvattentempe-
raturen mättes vid totalt 108 punkter, vil-
ket gjorde det möjligt att fastställa tem-
peraturökningen längs individuella rör.
Termoelement användes som tempera-
turgivare med kylvattnets inloppstempe-
ratur som referens. Resultatet av dessa
mätningar fastställde temperaturök-
ningsprofiler för kylvattnet för rörens hela
yta. Dessa profiler gav viktig information
om kondensorns egenskaper.
Tryck/temperatur i kondensorn
På ångsidan försågs kondensorn med
en fullständig uppsättning så kallade
kombisensorer för samtidig mätning av
tryck och temperatur. För att garantera
korrekt tryckmätning försågs alla tryck-
avtappningspunkter med styrplattor av
typ ASME. Mätningarna genomfördes i
två plan i avloppsflödesvägen från turbi-
nen till kondensorn, dvs. i det cylindris-
ka turbinavloppsmunstycket (12 mät-
punkter) och 300 mm före den första
rörraden i kondensorns rördel (18 mät-
punkter).
Kombinerade sensorer i det antal
som monterades gjorde att mätprestan-
dan med god marginal överträffade de
krav som fastställts i ASME PTC 12.2.
Den relativt smala ångkanalgeometrin
ger upphov till mycket komplexa flödes-
och tryckförhållanden. Därför var det
nödvändigt med många mätpunkter för
att få tillräckligt noggranna kondensor-
tryckdata som bas för fortsatt utveck-
lingsarbete.
Vakuumsänkningstest
Ångjetluftejektorerna isolerades och
tryckökningen i kondensor- och va-
kuumavluftningssystemet registrerades
som funktion av tiden. Detta test gav in-
formation om lufttätheten för evakuera-
de system, inklusive vakuumavluftnings-
systemet, kondensorn och lågtryckstur-
binen.
Kondensattemperatur
Med hjälp av två Pt-100-sensorer mät-
tes kondensattemperaturen i konden-
satavtappningsröret nedströms konden-
sorbrunnen, men uppströms huvudav-
tappningspumparna för kondensat.
Tryckfall i kylvatten
Tryckfallet över kondensorn på kylvat-
tensidan mättes med hjälp av en diffe-
rentialtrycksensor. Före den faktiska
mätningen kontrollerades via vattenbox-
ens avluftningsrör att de hade blivit full-
ständigt avluftade. Mätpunkterna i kyl-
vattenmunstyckena låg ca 0,5 m från
respektive vattenboxar.
Å N G K O N D E N S O R E R
ABB prediction
Test 02 without make-up waterTest 06 with 19.34 kg/s make-up waterTest 07 with 24.21 kg/s make-up waterTest 07A with 24. 21kg/s make-up water,two SJAEs in operation
30
20
%
3.00
∆
k
k
3.05 3.10 3.15 3.25kW/m2K
10
0
–10
–20
–30
Avvikelse mellan de uppmätta värmeöverföringskoefficienterna och värden beräknade med interna metoder
∆k Avvikelse från värmeöverföringskoefficienten, k
4
26 A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9
Syrehalt i kondensatet
Dessa mätningar genomfördes med in-
strument från företaget Orbisphere.
Plastslangar med hög diffusionstäthet
och armaturer av högkvalitativt rostfritt
stål användes till uttagsrören. En uttags-
pump med variabelt varvtal valdes för
att anpassa uttagsflödet till det värde
som specificerades för analysutrust-
ningen.
Renhetsfaktor
Kondensorn inspekterades såväl på
ång- som kylvattensidan. Inspektioner-
na visade att kondensorn tekniskt sett
var ren, framför allt utan några som helst
tecken på föroreningar på kylvattensi-
dan.
En renhetsfaktor på 0,85 tillämpades
därför för utvärdering av resultaten.
Detta värde är vanligt förekommande för
en sådan anläggning utan automatiskt
rörrengöringssystem och den faktorn
motsvarar även konstruktionsvärdet.
Testinstrumentering och
tillkommande data
Samtliga mätpunkter med de temporärt
installerade högprecisionsgivarna visas i
. (För enkelhetens skull har vissa av
mätpunkterna för kondensorutvärde-
ringen inte tagits med.) Alla övriga data
för energi- och massflödesbalanserna
hämtades från avläsning av anläggning-
ens egna instrument.
3
Dataregistrering
ABB Alstom Powers Universal Data Ac-
quisition System (UNIDAS II) [4], använ-
des vid dataregistreringen, eftersom sys-
temet tillåter automatisk scanning och
registrering och gör det möjligt att utvär-
dera mycket stora mängder data under
fältförhållanden med hög noggrannhet
(tabell 2). Systemet är specialkonstruerat
för temporär användning i kraftverk.
Mycket noggranna resultat garanteras
med hjälp av givarna, som är integrerade
delar av registrerings- och utvärderings-
systemet och som kalibreras före an-
vändning. Systemet uppfyller de krav
som ställs av alla relevanta internationel-
la standarder för garantitest (ASME, DIN,
UGB, BS, ISO, IEEE, IEC etc.).
Datautvärdering
Det beräknade konfidensintervallet på
95 % för mätvärden och felfortplantning
(t.ex. vid fastställande av den globala
värmeöverföringskoefficienten) verifierar
att UNIDAS II utan problem uppfyller
noggrannhetskraven för detta referens-
testprogram.
Testresultat
Kondensortryck och värmeöver-
föringskoefficient
Kondensortrycket vid planet omedelbart
före rörknippena användes för att fast-
ställa värmeöverföringskoefficienten, det
så kallade k-värdet. Detta i enlighet med
HEI [5], ASME PTC 12.2 och ABB:s rikt-
linjer.
För att utvärdera kondensortrycket i
detta plan användes samtliga mätpunk-
ter där det uppmätta trycket inte avvek
från det beräknade mättnadstrycket
med mer än 0,002 bar vid motsvarande
uppmätt temperatur. Detta var nödvän-
digt för att garantera att endast avläs-
ningar av tryckvärden som inte hade
påverkats av kondensatackumulering i
instrumentrören användes för utvärde-
Å N G K O N D E N S O R E R
Tabell 2:Standardkvalificering för ABB Alstom Powers testinstrumentering
Instrumenttyp MätosäkerhetResistenstermometrar ± 0,03 KTermoelement, temperaturskillnad ± 0,02 KGivare för turbinutloppstryck ± 0,25 mbarDifferenstryckgivare ± 0,14%Datainsamlingssystem ± 0,03%
Steam flow
Test 02
1.3 K
7.6 K
First passSecond pass
Uppmätt kylvattentemperaturökning för test 02 (utan ersättningsvatten)
Termisk belastning: 112,7 MW – ersättningsvatten: 0,0 kg/s
5
A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9 27
ringen. Den maximala tillåtna tryckskill-
naden, ∆Pmax, ges av:
∆Pmax = Pexp – Psat(Texp) ≤ = ± 0,0002 bar
där Pexp är det experimentella trycket
och Psat mättnadstrycket vid experi-
menttemperaturen, Texp.
När kondensortrycket därmed var
känt fastställdes en experimentell vär-
meöverföringskoefficient, vilken jämför-
des med ABB Alstom Powers konstruk-
tionsberäkningar.
Tabell 3 visar den termiska belast-
ningen och mängden ersättningsvatten
för fyra representativa test, betecknade
02, 06, 07 och 07A. I , som visar hur
mätdata avviker från de beräknade vär-
dena, kan man konstatera god överens-
stämmelse för testen utan ersättnings-
vatten (02). En annan aspekt som är
värd att notera är skillnaden i avvikelse
för testen 06 och 07, dvs. för drift med
stora mängder ersättningsvatten och en
ångjetluftejektor (SJAE) i drift. Så snart
den andra SJAE-enheten sätts i drift,
förbättras kondensortrycket betydligt
(test 07A).
4
Dessa resultat visar att det inluftläck-
age, högre än förväntat, som rådde
under testprogrammet (ca tre gånger
högre än konstruktionsvärdet) i viss mån
försämrade värmeöverföringen i testen
med stora mängder ersättningsvatten,
framför allt under test 07. Trots detta
högre inluftläckage förblev rörknippe-
ventilationen effektiv, och syreavläsning-
arna för kondensatet som lämnar kon-
densorbrunnen var bättre än det garan-
terade värdet på 7 ppb. Så var fallet
även för test 07 med den största mäng-
den ersättningsvatten.
Lokal ökning av kylvatten-
temperaturen i individuella
kylvattenrör
Drift utan ersättningsvatten
visar ökningen av kylvattentempera-
turen längs det första och andra steget
för test 02 (utan ersättningsvatten). En
annan aspekt som tydligt framgår är
ångpenetreringen i det första steget av
rörknippet och den lokala inverkan på
kondensorns prestanda av kondensat-
flödet i rörknippet.
I de övre och nedre knippena för det
5
Å N G K O N D E N S O R E R
Tabell 3:Termisk belastning och ersättningsvatten för fyra representativa test
Test Termisk Ersättnings- Ersättnings- Antal SJAE belastning vatten vatten i drift[MW] [kg/s] [% av huvud-
ångflöde]
02 112,7 0,0 0,0 en06 100,2 19,34 29,5 en07 92,9 24,21 37,3 en07A 92,9 24,21 37,3 två
Steam flow
2.7 K
3.6 K
Test 02
Steam flow
30.6 °C
32.7 °C
Test 02
Kylvattentemperaturökning i det andra steget (test 02), visat med högre upplösning
Termisk belastning: 112,7 MW – ersättningsvatten: 0,0 kg/s
6 Kylvatteninloppstemperaturen i det andra steget (test 02)
Termisk belastning: 112,7 MW – ersättningsvatten: 0,0 kg/s
7
28 A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9
första steget strömmar ånga och kon-
densat i samma riktning i den övre peri-
ferin. Resultatet är ett typiskt ”lökskal-
mönster”, som beskriver kondense-
ringsprestandan längs ångkanalen.
I de nedre knipphalvorna strömmar
ånga och kondensat i motsatta riktning-
ar. Man ser tydligt var kondenseringska-
paciteten minskar på grund av fallande
kondensat eller ökar till nästan maximal
kondensationskapacitet på grund av
luftkylarplåtarnas avskärmande verkan.
Luftkylningsrören uppvisar också myck-
et hög kondenseringskapacitet, vilket
illustrerar den perfekta ventilationen av
knippet. Det nästan identiska uppträ-
dandet mellan de övre och de nedre
knippena i det första steget kan förkla-
ras av kondensatavskärmningsplåten
mellan knippena.
I det andra steget tenderar öknings-
profilen för kylvattentemperaturen att
vara homogen. Den maximala skillnaden
i temperaturökning uppgår till 0,9 K. Här
behövs ingen kondensorskärm mellan
knippena eftersom kondensatmängden
är relativt liten.
En närmare titt på det andra steget
En närmare titt på det andra steget av
test 02, med högre upplösning för kyl-
vattentemperaturökningen, redovisas i
. Det plana mönstret beror på kombi-
nationen av tre effekter:
• Flödning av delar av knippena på
grund av fallande kondensat
• Kylvattentemperaturprofil vid inloppet
till det andra steget
• Olika ånginloppsförhållanden
– ånga/kondensat i parallellt flöde
– ånga/kondensat i motriktat flöde
Det är rimligt att anta att alla kylvattenrör
i alla knippavsnitt arbetar med samma
mängd kylvatten.
En gemensam egenskap för de övre
och de nedre knippena i det andra ste-
get är att kylvattentemperaturökningen
är minst i den högra nedre knippavdel-
ningen. Detta beror å ena sidan på en
relativt hög kylvatteninloppstemperatur
och å andra sidan på flödning av
detta knippområde, vilken ökar gradvis
på grund av att kondensat faller nedåt.
Vidare kan konstateras att ångan som
kommer in i knippet strömmar i motsatt
7
6
riktning mot kondensatet som rinner ner
till kondensorns botten.
visar också skiktning av kylvatten-
temperaturökningen och ett isolerat
maximum i det nedre knippet. Detta
vore normalt inte att förvänta vid en
sådan form. Skiktningen kan också för-
klaras av flödningen av knippet på grund
av kondensat som faller ner ovanifrån.
Förhållandet att den maximala tempera-
turökningen i det nedre knippet repre-
senterar en ”ö” kan förklaras av fördel-
ningen av kylvatteninloppstemperaturen
. När varmt vatten närmar sig den
övre periferin av det nedre knippet blir
ökningen i kylvattentemperatur där min-
dre än inuti knippet. Även om kylvatten-
inloppstemperaturen i mittdelen av det
nedre knippet är lägre än vid den övre
periferin ökar temperaturen mycket min-
dre än vid den övre periferin. Även detta
kan förklaras av den ökade knippflöd-
ningen och den sämre ångadmissionen
vid det nedre knippets periferi, beroende
på fallande kondensat.
Det är framför allt i det område där
flödningen med kondensat endast har
liten inverkan som kondensationskapa-
citeten bestäms av den lokala kylvatten-
inloppstemperaturen. Detta bekräftas av
mätresultat som genomförts på det övre
knippet av det andra steget.
visar två intressanta fenomen: för
det första, en minimal kylvatteninlopps-
temperatur kvarstår vid den övre delen
av det övre knippet ovanför den inre
ångvägen genom knippet. För det
andra, kylvattnet i reverseringskamma-
ren skiktas så att det uppstår en bety-
dande maximal kylvatteninloppstempe-
ratur vid det övre knippets omkrets.
Även om omkretsen för det övre knippet
matas frikostigt med ånga kan ingen be-
tydande flödning av främmande kon-
densat konstateras. Trots de parallella
ång- och kondensatflödena är ökningen
i kylvattentemperatur mindre än i
knippområdet med lägre kylvattenin-
loppstemperatur.
6
7
7
6
Å N G K O N D E N S O R E R
Steam flow
Second pass
0.8 K
6.8 K
First pass
Test 06
Uppmätt kylvattentemperaturökning för test 06 (med ersättningsvatten)
Termisk belastning: 100,2 MW – ersättningsvatten: 19,34 kg/s
8
A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9 29
ABB Alstom Powers konstruktionsbe-
räkningar för kondensorer bygger på fy-
siska modeller som tar hänsyn till de ef-
fekter som beskrivs ovan. Detta förklarar
den goda överensstämmelsen mellan
beräknade och uppmätta värden i testen
02 och 07A.
Drift med ersättningsvatten
visar fördelningen av kylvattentempe-
raturökningen för test 06, där 29,5 % av
huvudångflödet är ersättningsvatten.
Försämringen av temperaturökningspro-
filen för kylvattnet (vilket tyder på minsk-
ning av kondensorns värmeöverförings-
kapacitet i luftkylningsområdet) är tydligt
synlig.
En ytterligare ökning av kvantiteten
ersättningsvatten resulterar i de förhål-
landen som framgår av för test 07.
Här levereras nästan 40 % av mängden
färskånga som ersättningsvatten. En
jämförelse med testen 07 och 06 belyser
den minskade kondensationskapacite-
ten på grund av luftisolation i luftkyl-
ningsområdet. Effekten har ett tydligt
centrum i detta område, som antyder att
den totala icke kondenserbara lasten
överstiger uttagskapaciteten för en ång-
jetluftejektorenhet under testförhållan-
den.
Följaktligen borde en ökning av venti-
lationskapaciteten eller en begränsning
till konstruktionsvärde av inluftläckaget
till kondensorn resultera i en betydande
förbättring av kondensorns prestanda.
Detta antagande stöds av faktum att
området med den lägsta kylvattentem-
peraturökningen ligger, och förblir, i luft-
kylningssektionen. Som granne med
detta område bildas en kylvattenprofil
som alltid är riktad mot luftkylaren. Detta
är i överensstämmelse med tryckprofilen
på ångsidan, vilken garanterar att venti-
lationsflödet alltid är riktat mot luftkyla-
ren. Bildningen av isolerade zoner utan
kylvattentemperaturökning utanför luft-
kylningsområdet förebyggs av ABB Al-
stom Powers konstruktion av rörknippe-
9
8
na. En större ventilationskapacitet eller
begränsning av inluftläckaget kommer
därför alltid att resultera i en förbättring
av kondensorprestandan vid hög belast-
ning av icke kondenserbara flöden,
såsom framgår av testen 06 och 07.
Detta har tydligt bevisats genom att
övergå från drift med en till drift med två
ångjetluftejektorer (test 07 och 07A).
Kondensortryckegenskaperna för fal-
len med en respektive två SJAE i drift
framgår av . På liknande sätt gäller att
den lokala kylvattentemperaturökningen
är olika för dessa båda fall. Situationen
som visas i , vilken återspeglar den lo-
kala kylvattentemperaturökningen med
en SJAE i drift, används som utgångs-
punkt. Situationen med två SJAE i drift
går genom en transient fas (9:47 till
9:49) , följt av stabila förhållanden11a
9
10
Å N G K O N D E N S O R E R
Steam flow
Second pass First pass
0.3 K
6.4 K
Test 07
Uppmätt kylvattentemperaturökning för test 07 (med ersättningsvatten)
Termisk belastning: 92,9 MW – ersättningsvatten: 24,21 kg/s
9
09:33 09:36 09:38 09:41 09:44 09:47 09:50 09:53 09:56
bar
0.053
0.051
0.049
0.047
t
P
Kondensortryckavläsningar under test med en respektive två ångjetluftejektorer i drift
Test 07: 1 SJAE i drift P TryckTest 07A: 2 SJAE i drift t Tid
Ersättningsvatten: 24,21 kg/s
10
30 A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9
. Trenden går mycket tydligt mot en
perfekt fungerande kondensor. Orsaken
till denna betydande prestandaförbätt-
ring är i detta fall ökad ventilationskapa-
citet, som påverkar den snabba minsk-
ningen av luftisolationseffekten i luftkyl-
ningsområdet.
Syrehalt i vakuumavluftnings-
och huvudkondensatsystemen
Det garanterade värdet för syrehalten i
kondensatet från kondensorbrunnen är
7 ppb. Samtliga tester och visar att
syrehalten i kondensatröret uppström
12
11b huvudkondensatpumparna förblir väl
under detta värde. Även med stora
mängder ersättningsvatten (test 07) för-
blir syrehalten i kondensatet under 3,5
ppb tack vare fallfilm-avluftarens höga
kapacitet.
Kondensatunderkylning
Kondensatunderkylning, Tcs, definieras
som skillnaden mellan kondensortempe-
raturen (mättnadstemperatur vid kon-
densortryck), Tc, och kondensattempe-
raturen i huvudkondensorröret, Tch:
Tcs = Tc – Tch
Som framgår av är kondensatunder-
kylningen alltid negativ, oberoende av
driftsförhållandena. Detta förhållande,
som också har verifierats av andra test,
bekräftar de utmärkta regenererings-
egenskaperna för detta kondensorkon-
cept och understryker det betydande
bidrag som ABB Alstom Powers
kondensorer gör för att minimera exer-
giförlusterna för anläggningen som hel-
het.
Vakuumminskning
Genom att mäta kondensorns vakuum-
minskningshastighet går det att faststäl-
la inluftläckaget i alla delar av systemet
vid tryck under atmosfärstryck.
En vakuumminskningshastighet på 6
mbar/min uppmättes, vilket antyder att
inluftläckaget till systemet under testen
var ca tre gånger konstruktionsvärdet.
Som verifieras av testen 06 och 07 har
det kraftigare inluftläckaget en negativ
inverkan på värmeöverföringen vid kon-
13
Å N G K O N D E N S O R E R
Tabell 4:Kylvattentryckförlust, ∆p
Test no Termisk Ersättnings- ∆pe ∆pc ∆pe – ∆pc
belastning vatten experiment beräknat ∆pe
[MW] [kg/s] [bar] [bar] [%]
Test 02 112,69 0,000 0,531 0,510 4,100Test 06 100,21 19,340 0,534 0,554 – 3,600Test 07 92,9 24,210 0,540 0,535 0,900
Steam flow
Second pass First pass
0.3 K
6.4 K
Test 07A( Time 09:48)
Steam flow
Second pass First pass
6.4 K
0.3 K
Test 07A( Time 09:53)
Kylvattentemperaturökning för två SJAE i drift (test 07A), uppmätt under den transienta fasen (a) och den stabila fasen (b)
Termisk belastning: 92,9 MW – ersättningsvatten: 24,21 kg/s
11
a
b
A B B T i d n i n g 6 / 1 9 9 9 31
densorrören, framför allt vid stort flöde
av ersättningsvatten och endast en
SJAE i drift.
Tryckfall på kylvattensidan
Tabell 4 visar på god överensstämmelse
mellan testresultaten och ABB Alstom
Powers konstruktionsberäkningar. Nog-
grannheten för mätningarna av tryckfal-
let på kylvattensidan gjorde det möjligt
att verifiera flödeshastigheten för kyl-
vattnet som levereras av kylvattenpum-
parna.
Sammanfattning av
testresultat
Mätningarna visar att prestandan för
Smithfield-ångkondensorn och vakuum-
avluftningssystemet utan problem upp-
fyller kundernas krav under testförhål-
lande. Vidare framgår tydligt att de ena-
stående regenerativa egenskaperna och
avluftningskapaciteten för ABB Alstom
Powers rörknippen på intet sätt försäm-
ras av de oväntat stora inluftläckagen,
även i fall med stora volymer ersätt-
ningsvatten. Såsom framgår av utvärde-
ringen av data återspeglar de experi-
mentella resultaten tillförlitligheten för de
interna beräkningsmetoderna för CB-
ångkondensorer i axiellt arrangemang.
Framgångarna med det omfattande
mätprogrammet och faktum att det ge-
nomfördes trots en överhängande dead-
line, kan i hög grad tillskrivas det ut-
märkt fungerande samarbetet mellan
alla inblandade parter.
Referenser
[1] EN ISO 14001 Certification. Environ-
mental Management System Specifica-
tion with Guidance for Use, release
1996.
[2] Condenser Type CB. Reference list
HTDM A20 003 and sales documenta-
tion HTDM N09 144E. ABB Alstom
Power, Baden, Schweiz.
[3] ASME PTC 12.2. Code on Steam
Condensing Apparatus. The American
Society of Mechanical Engineering. New
York, USA, 1983.
[4] UNIDAS II: Univeral Data Acquisi-
tion System. Technical documentation
1A/HX610136. ABB Alstom Power,
Baden, Schweiz.
[5] HEI (Heat Exchanger Institute): Stan-
dards for Steam Surface Condensers,
1995, Ninth Edition. Cleveland, Ohio,
USA.
Författarnas adresser
Dr. Peter Baumann
Walter Nowak
ABB ALSTOM POWER
CH-5401 Baden
Fax: +41 56 205 5959
E-mail: [email protected]
E-mail: [email protected]
Felix Kuhn
Evans Deakin Engineering Pty Ltd
12 Boundary Street
South Brisbane, QLD 4101
Australia
E-mail: [email protected]
Å N G K O N D E N S O R E R
20
ppb
16
12
8
4
018:00:00 18:14:24 18:28:48 18:43:12 18:57:36 19:12:00 19:26:24
O2
t
Syrehalt i kondensatet (test 06)
Termisk belastning: 100,2 MW – ersättningsvatten: 19,34 kg/s
Kondensatrör O2 SyrehaltEfter fallfilmavluftaren t TidEfter avluftaren
12
0
K
–0.5
–1.090 95
Test 07 Test 02
100 105 110 115 120MW
Test 06
Cs
Chl
Kondensatunderkylning (test 02, 06, 07)
Cs Kondensatunderkylning Chl Kondensorns värmebelastning
13