-
Die
Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung
für Dampfkraftwerke
und ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung für Dampfkraftwerke
mit einem Nasskühlturm.
-
Es
ist bekannt, bei Dampfkraftwerken mit Durchlaufkühlung nach dem Turbinenkondensator ein
Kraftschlussbecken einzubauen. In diesem Kraftschlussbecken tritt
das Kühlwasser
aus dem bis dahin geschlossenen System aus und erhält wieder
atmosphärischen
Druck. Das Kraftschlussbecken besitzt einen Überfallrücken, über den es in die Kühlwasserauslaufleitung
gelangt. Da das Kühlwasser
in der Kühlwasserauslaufleitung
meist ohne Pumpenergie im Freigefälle fließt, schwankt der Wasserspiegel im
Becken unterhalb des Überfallrückens abhängig vom
Wasserspiegel im Gewässer,
in das das Kühlwasser
zurückgeleitet
wird und abhängig
von der durchgesetzten Kühlwassermenge.
Das Gewässer, in
das das Kühlwasser
abgeleitet wird, ist in der Regel ein Fluss.
-
Zur
Vermeidung einer übermäßigen Aufwärmung der
Oberflächengewässer, z.
B. des Flusses, durch Kühlwasser,
werden Kraftwerke heute in stärkerem
Ausmaß mit
Kühltürmen ausgerüstet, als
dies früher
der Fall war. Diese Kühltürme werden
meist als Nasskühltürme ausgeführt. Der
Kühlturm
kann im Ablaufbetrieb, bei dem das Kühlwasser nach der Kühlung in
ein Oberflächengewässer abgeleitet
wird, oder im Kreislaufbetrieb, bei dem das Kühlwasser nach der Kühlung im
Kreislauf zum Kondensator zurückgeleitet
wird, gefahren werden. Ein Kühlturmbetrieb
hat jedoch negative Auswirkungen auf die Umgebung (Kühlturmschwaden)
und den Kraftwerks-Wirkungsgrad (bei Kreislaufbetrieb herrscht ein
höherer
Kondensatordruck), weshalb er soweit möglich nur dann gefahren wird,
wenn es aufgrund der Flusstemperatur und/oder einer geringen Wasserführung notwendig
ist. Bei ausreichend niedrigen Flusstemperaturen und/oder hohen
Wasserführung wird
das Kühlwasser
weiterhin am Kühlturm
vorbei im Durchlaufbetrieb direkt zum Fluss abgeleitet.
-
Bei
Kraftwerken mit kombinierter Durchlauf-/Ablaufkühlung oder Durchlauf-/Ablauf-/Kreislaufkühlung ist
der Kühlturm
parallel zum Kraftschlussbecken angeordnet und wird je nach Stellung der
Klappen in der Kühlwasserleitung
durchströmt oder
bei geschlossener Klappe zum Kühlturm
nicht durchströmt.
Das Kühlwasser
wird dann über
das Kraftschlussbecken direkt zum Fluss geleitet. Im Kühlturmbetrieb
erfolgt der Kraftschluss im Wasseraustritt des Kühlturm-Steigeschachts. Somit
wird bei Kraftwerken für
Kühlturm-
und Durchlaufkühlung
neben dem Kühlturm
auch weiterhin ein Kraftschlussbecken für den Durchlaufbetrieb benötigt.
-
In
der
DE 197 39 726
A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Nass-Trocken-Kühlturms
beschrieben, bei welchem der Anteil eines Kühlwassermassenstroms zwischen
einerseits einem Trockenteil und andererseits einem Nassteil des
Kühlturms gezielt
aufgeteilt wird, um möglichst
eine Schwadenfreiheit des Kühlturms
in jeder Betriebssituation zu gewährleisten, d. h. eine Entstehung
von sichtbaren Kühlturmschwaden
zu vermeiden.
-
Aus
der
DE 1 551 399 A ist
eine Einrichtung zur Abführung
des Kühlwassers
in der Austrittswasserkammer von Kondensatoren bei Dampfkraftanlagen
bekannt. Zur ausreichenden Beaufschlagung der am weitesten oben
angeordneten horizontalen Rohre eines Rohrbündels des Kondensators ist
an der Auslassseite des Kondensators eine geneigte Trennwand mit
einer Überlaufkante
angeordnet, die höher als
das höchste
Rohr des Kondensators liegt.
-
Die
DE 1 111 220 A beschreibt
einen Kühlturm,
bei dem ein oberer Ventilator mit einer Flüssigkeitsturbine angetrieben
wird, die durch den Kühlwassermassenstrom
betrieben wird, indem eine direkte stangenförmige Kupplung zwischen dem
Ventilator und der Turbine vorhanden ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung bereit zu stellen,
die effektiver und/oder platzsparender arbeitet.
-
Die
Erfindung wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und einer Kühlvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung besteht
das Wassersystem des Nasskühlturms
aus der Zulaufleitung für
das warme Kühlwasser,
einem vertikalen Steigeschacht und den horizontalen Verteilkanälen, die
das Wasser den Sprüheinrichtungen zur
Verrieselung des Kühlwassers
zuführen. Über die Einbauten
innerhalb des Kühlturms,
welche die Luft-Wasser-Kontaktflächen
vergrößern, rieselt
das Wasser nach unten in das Kühlturmbecken,
von wo es über
den Kaltwasserkanal entweder zum Fluss oder im Kreislaufbetrieb über Umwälzpumpen
in den Kondensator zurückgeleitet
wird. Der Kraftschluss findet in diesem Fall (Kühlturmbetrieb) am Austritt des
Wassers in den Verteilkanälen
statt.
-
Zusätzlich zum
Steigeschacht ist ein Überfallschacht
vorgesehen, der über
einen Überfallrücken oder
einer unterhalb des Rückens
liegenden Bypassöffnung
mit dem direkt angrenzenden Steigeschacht verbunden ist. Überschüssiges,
nicht über die
Verteilkanäle
geleitetes Wasser wird über
den Überfallschacht
abgeführt.
Dies erfolgt auch dann, wenn im Durchlaufbetrieb (ohne Kühlturm)
gefahren wird. In diesem Fall findet der Kraftschluss am Austritt
des Wassers aus dem Steigeschacht in den Überfallschacht statt. Auf diese
Weise kann auf ein Kraftschlussbecken verzichtet werden.
-
Zur
Steuerung der Wasserverteilung an die betrieblichen Bedingungen,
zum Beispiel für
den Teillastbetrieb, Winterbetrieb und so weiter, kann der Kühlturm,
und insbesondere können
die Verteilkanäle
mit Absperrorganen, zum Beispiel mit Absperrschiebern, versehen
sein. Der Überfallschacht
vermeidet bei abgesperrten Verteilkanälen oder bei zu großen Kühlwassermengen
ein Überlaufen
des Steigeschachts und eine damit einhergehende Beschädigung der
Einbauten im Umfeld des Steigeschachts innerhalb des Kühlturms.
Das Wasser kann in diesem Falle auch über die Bypassöffnung dem Überfallschacht
zugeführt
werden. Durch einen sich nach unten öffnenden Schieber in der Bypassöffnung,
der als Wehr arbeitet, kann bei unterschiedlichen Kühlwassermengen
die Überfallhöhe geregelt
werden. Es ist jedoch sichergestellt, dass der Kraftschluss innerhalb
des Kühlturms
im Steigeschacht, im Überfallschacht
oder in den Verteilkanälen
stattfindet.
-
Der Überfallschacht
ist konstruktiv so ausgeführt,
dass er den gesamten Kühlwasserstrom
ableiten kann. Werden im Extremfall alle Schieber geschlossen, so
fließt
das gesamte Kühlwasser
durch den Überfallschacht
ab und gelangt direkt oder über das
Kühlturmbecken
in den Kaltwasserkanal. Das Kühlwasser
wird somit im Durchlauf geführt,
ohne dass ein separates Kraftschlussbecken benötigt wird.
-
Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
bei ständiger
Nutzung des Überfallschachts im
Durchlaufbetrieb liegt in der Einsparung des Kraftschlussbeckens
und in der Einsparung je einer Kühlwasserklappe
in der Zulaufleitung zum Kühlturm, also
im Warmwasserkanal, und in der Verbindungsleitung zwischen Warmwasserkanal
am Kondensatoraustritt und Kraftschlussbecken, über welche die Kühlungsart
im herkömmlichen
Betrieb gesteuert wird. Außerdem
wird eine Kühlwasserleitung
zwischen dem Warmwasserkanal nach dem Kondensatoraustritt und dem
Kaltwasserkanal zum Fluss, über die
das Wasser bisher im Durchlaufbetrieb gefördert wurde, eingespart.
-
Bei
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Überfallschacht, eine Toskammer,
ein Tosbecken und/oder das Kühlturmbecken
mit einer Kühlwasserableitung
verbunden sind. Auf diese Weise kann das Kühlwasser entweder auf direktem
Wege oder über Umwege
dem Fluss zugeführt
werden.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass im Überfallschacht
oder in den sich daran anschließenden
Kaltwasserkanal zur Rückgewinnung überschüssiger potenzieller
Energie des Kühlwassers
eine Wasserturbine eingebaut ist. Damit kann diese Energie in allen
Kühlungsbetriebsfällen, das
heißt
sowohl für
den Durchlaufbetrieb als auch für
den Kühlbetrieb über eine
einzige Turbine zurückgewonnen
werden.
-
Bevorzugt
ist das Kühlturmbecken
so hoch ausgeführt,
dass es auch bei schwankenden Pegeln im Fluss das warme Kühlwasser
aufnimmt, ohne dass es überläuft. Um
zu große
Beckenhöhen
zu vermeiden, ist bei einer alternativen Ausführungsform vorgesehen, dass
in das Kühlturmbecken
eine zum Kühlturmbecken
hin absperrbare Toskammer, insbesondere mit Tosbecken mit höheren Umfassungsmauern,
eingebaut ist. Bei Kühlturmbetrieb, der
aufgrund der höheren
Flusstemperaturen meist mit niedrigen Pegelständen verbunden ist, wird das
im Kühlturmbecken
aufgefangene Wasser durch einen geöffneten Durchlass in die Toskammer
geleitet und gelangt von dort in den Kaltwasserkanal.
-
Bei
hohen Flusspegeln, die meistens mit ausreichend niedrigen Flusstemperaturen
einhergehen, wird das Kraftwerk im Durchlaufbetrieb gefahren. Das
Kühlwasser
wird über
den oben beschriebenen Überfallschacht
direkt in die Toskammer geleitet, in der sich aufgrund des Freigefälleabflusses
zum Fluss ein Spiegel oberhalb des Flusspegels einstellt. Die Verbindung
zwischen Toskammer und Kühlturmbecken
ist in diesem Fall abgesperrt, um ein Überlaufen des Kühlturmbeckens
zu vermeiden. Bei hohen Flusspegeln ist die Zuleitung vom Kühlturmbecken zum
Kaltwasserkanal absperrbar, und es besteht eine direkte Verbindung
zwischen dem Überfallschacht
zum Kaltwasserkanal.
-
Die
absperrbare Toskammer kann auch als Kanal zwischen der Überfallschachtmündung und dem
an der Kühlturmbeckenwand
beginnenden Kaltwasserkanal ausgeführt werden, wobei dann in der Wand
des Kanals absperrbare Zuströmöffnungen zum
Kühlturmbecken
eingebaut sind. Dieser Kanal kann oben offen sein.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnung drei Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten
sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln
für sich
oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Kühlturm-/Durchlaufkühlung ohne
Kraftschlussbecken;
-
2 eine
schematische Darstellung eines Kühlturms
mit absperrbarem Tosbecken;
-
3 eine
schematische Darstellung eines Kühlturms
mit direkter Verbindung zwischen Überfallschacht und Kaltwasserkanal;
-
4 eine
Draufsicht auf eine Kühlturmbecken
mit Verbindungskanal zwischen Überfallschacht und
Kaltwasserkanal; und
-
5 einen
Schnitt V-V gemäß 4.
-
Die 1 zeigt
eine erste Ausführungsform der
erfindungsgemäßen, insgesamt
mit 10 bezeichneten Kühlvorrichtung,
die einen Kühlturm 12 besitzt, der
von Luft 14 durchströmt
wird. Diese vertikal nach oben gerichtete Luft 14 durchströmt im Kühlturm 12 horizontal
angeordnete Einbauten 16, oberhalb denen Verteilkanäle 18 vorgesehen
sind. In diese Verteilkanäle 18 wird
zu kühlendes
Kühlwasser
gefördert,
welches aus den Vereilkanälen 18 über die
Einbauten 16 in ein Kühlturmbecken 20 rieselt.
In den Verteilkanälen 18 befinden
sich Absperrorgane 22, insbesondere Absperrschieber 24, über welche
die Wasserverteilung gesteuert wird.
-
Das
Wasser wird dem Kühlturm 12 über einen
Steigeschacht 26 zugeführt,
der von einem Warmwasserkanal 28 gespeist wird. Der Warmwasserkanal 28 fördert das
warme Kühlwasser
vom Kondensator 30 zum Kühlturm 12. Mittels
einer Pumpe 32 wird kaltes Kühlwasser zum Beispiel einem
Fluss 34 entnommen und dem Kondensator 30 zugeleitet. Die
Strömungsrichtung
wird mit dem Pfeil 36 angedeutet. Parallel zum Steigeschacht 26 erstreckt
sich ein Überfallschacht 38,
in welchen das Kühlwasser über ein Überfallwehr 40 in
Richtung des Pfeils 42 überläuft, wenn
die Absperrschieber 24 ganz oder teilweise geschlossen
sind. Innerhalb des Überfallschachts 38 befindet
sich eine Wasserturbine 44, mit welcher Energie aus dem
Kühlwasser
zurückgewonnen
werden kann.
-
Der Überfallschacht 38 mündet in
das Kühlturmbecken 20 von
wo aus das Kühlwasser über einen
Kaltwasserkanal 46 im Freigefälle zurück in den Fluss 34 gelangt.
Schließlich
ist noch eine Leitung 48 erkennbar, die vom Kaltwasserkanal 46 abzweigt
und vor dem Eingang des Kondensators 30 einmündet.
-
Diese
Leitung 48, in der zusätzlich
eine Pumpe 50 vorgesehen ist, wird für den Kreislaufbetrieb benötigt. Dem
Kondensator 30 kann demnach Frischwasser aus dem Fluss 34 und/oder
gekühltes Kühlwasser
aus dem Kaltwasserkanal 46 zugeleitet werden.
-
Die 2 zeigt
schematisch einen Ausschnitt des Kühlturms 12, insbesondere
das Kühlturmbecken 20, über dem
die Einbauten 16 und der Verteilkanal 18 angeordnet
sind. Der Überfallschacht 38 mündet in
eine Toskammer 52, die ihrerseits in ein Tosbecken 54 ausmündet, in
welchem Kühlwasser gespeichert
werden kann. Über
einen Schieber 56 ist eine Öffnung 58 des Tosbeckens 54 mit
dem Kühlturmbecken 20 verbunden,
so dass sowohl aus dem Tosbecken 54 als auch aus dem Kühlturmbecken 20 Kühlwasser über den
Kaltwasserkanal 46 abgelassen werden kann.
-
Die 3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welcher der Überfallschacht 38 direkt
mit dem Kaltwasserkanal 46 verbunden ist. Über eine
Kühlwasserklappe 60 ist
ein Kaltwasserablauf 62 des Kühlturmbeckens 20 angeschlossen,
wobei die Kühlwasserklappe 60 ganz
oder teilweise bei Kühlturmbetrieb
geöffnet
ist.
-
Außerdem ist
in 2 erkennbar, dass der Steigeschacht 26 oberhalb
der Wasserturbine 44 über
einen mit einem Schieber 64 verschließbaren Bypass 66 mit
dem Überfallschacht 38 verbunden
ist. Im Durchlauf- oder Mischbetrieb, d. h. wenn der Kühlturm nicht
oder nur zum Teil benötigt
wird, ist dieser Bypass 66 im Einsatz.
-
Die 4 zeigt
eine Draufsicht auf das Kühlturmbecken 20 und
den zentralen Steigeschacht 26 mit angrenzendem Überfallschacht 38.
Von diesem Überfallschacht 38 verläuft radial
durch das Kühlturmbecken 20 ein
Kanal 68 in Richtung der Wand des Kühlturmbeckens 20.
Der Kanal ist, wie aus 5 ersichtlich, oben offen und
dient als Tosbecken 54 und mündet in den Kaltwasserkanal 46.
Die Wand des Kanals 68 ist höher ausgeführt als die Wand des Kühlturmbeckens 20.
Außerdem
ist noch eine absperrbare Öffnung 58 im
Kanal 68 erkennbar, die diesen mit dem Kühlturmbecken 20 verbindet.
-
Auf
jeden Fall ist erkennbar, dass zur Energierückgewinnung eine Wasserturbine 44 im Überfallschacht 38 angeordnet
ist. Diese Wasserturbine 44 kann aber auch im Kaltwasserkanal 46 positioniert sein,
so dass sie auch bei Kühlturmbetrieb
durchströmt
wird.