DE102007061199A1 - Kraftwerksanlage und Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus Kraftwerkanlagen - Google Patents
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Abstract
Eine Kraftwerkanlage (1) mit mindestens einem Abluftturm (3) zur Ableitung von im Betrieb der Kraftwerkanlage (1) anfallender Prozessluft (5) in die Umgebung hat mindestens einen mit der Prozessluft (5) koppelbaren Ionisator (6), der zur Reduzierung von positiver elektrischer Ladung in der Prozessluft (5) eingerichtet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kraftwerkanlage mit mindestens einem Abluftturm zur Ableitung von im Betrieb der Kraftwerkanlage anfallender Prozessluft in die Umgebung.
- Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus Kraftwerkanlagen.
- VerbrennungsKraftwerkanlagen haben Ablufttürme zur Ableitung gereinigter Verbrennungsabgase in die Atmosphäre. Die Rauchgasreinigung erfolgt mit Filtersystemen mit dem Ziel, die Schadstoffbelastung in den Abgasen und insbesondere den Staubgehalt zu reduzieren.
- So ist beispielsweise aus der
DE 25 33 690 A1 eine elektrostatische Nasswäscher- und Sammleranordnung zum Entfernen von Aerosol-Verunreinigungsteilchen von Abgasen bekannt, bei dem verunreinigte Abgase elektrostatisch geladen und mit Flüssigkeitströpfchen behandelt werden. - Weiterhin sind Kernkraftwerke bekannt, in denen mit Hilfe von Kühltürmen eine Kühlung des zur Energieerzeugung in Turbinen eingesetzten Wasserdampfes erfolgt.
- Durch Untersuchungen wurde eine erhöhte Krankheitshäufung für bestimmte Krankheiten, insbesondere von Leukämie bei Kindern, gefunden, z. B. in P. Kaatsch, C. Spix, S. Schmiedel, R. Schulze-Rath, A. Mergenthaler, M. Blettner: Epidemiologische Studie zu Kinderkrebs in der Umgebung von Kernkraftwerken (KiKK-Studie), Vorhaben StSch 4334: Umweltforschungsplan des Bundesumweltministeriums (UFOPLAN), Reaktorsicherheit und Strahlenschutz Im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit und des Bundesamtes für Strahlenschutz, Dezember 2007 (http://www.bfs.de/de/bfs/druck/Ufoplan/ 4334_KIKK_Gesamt.pdf).
- Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kraftwerkanlage und ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus Kraftwerkanlagen zu schaffen, das zu einer Reduzierung der Gesundheitsgefahren für Bewohner in der Umgebung der Kraftwerkanlage führt.
- Die Aufgabe wird mit der Kraftwerkanlage der eingangs genannten Art gelöst durch mindestens einen mit der Prozessluft koppelbaren und beispielsweise im Abluftturm angeordneten Ionisator, der zur Reduzierung von positiver elektrischer Ladung in der Prozessluft eingerichtet ist.
- Es wurde erkannt, dass die Abwärme beispielsweise von Kernkraftwerken zwar keine übermäßige radioaktive Strahlung enthält, jedoch einen im Vergleich zu nicht von der Prozessluft des Kraftwerkes beeinflusster Umgebungsluft erheblich höheren Anteil positiv geladener Ionen. Der Ionisierungsgrad der Atmosphäre hat aber bekanntermaßen einen Einfluss auf den menschlichen Körper.
- D. L. Henshaw, „Does our electricity distribution system pose a serious risk to public health?", in: Medical Hypotheses (2002) 59(1), Seiten 39 bis 51 offenbart eine wissenschaftliche Untersuchung mit der Erkenntnis, dass in der Nähe von Hochspannungskabeln ein erhöhtes Krankheitsrisiko, wie beispielsweise Leukämie, zu beobachten ist. Zur Erklärung wird ausgeführt, dass Hochspannungsleitungen durch Koronaentladung Luft ionisieren können und dadurch freie Elektronen und mole kulare, positive geladene Sauerstoff- und Stickstoffionen produzieren. Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Mobilität der Elektronen und positiven Ionen werden unipolare Wolken von positiven und negativen Ionen in die Atmosphäre emittiert. Die Ionen verteilen sich innerhalb kürzester Zeit zu kleinsten Nukleid-Aerosolen mit einem Durchmesser im Nanometerbereich und bilden kleine Ionen, die sich in der Atmosphäre entweder verteilen oder an Aerosolteilchen von Schmutzpartikeln anheften und hierbei die elektrische Ladung dieser Aerosole erhöhen. Daher können in der Atmosphäre separate Wolken von positiven und negativen Ladungsteilchen beobachtet werden.
- Derselbe Effekt ist auch in der Nähe von Kraftwerken zu beobachten, die Prozessluft mit erhöhtem Anteil an positiv geladenen Luftionen in die Atmosphäre entladen.
- Es wird daher vorgeschlagen, mindestens einen Teil der Prozessluft durch einen Ionisator zu führen, um den Anteil an positiv geladenen Ionen in der an die Atmosphäre abgegebenen Prozessluft zu reduzieren. Die Prozessluft kann direkt durch den Ionisator geführt werden. Gleichermaßen kann aber auch das dampfförmige Prozesswasser, das als Teil der Prozessluft abgeführt wird, vor der Kühlung im Kühlturm behandelt werden, um den Anteil positiver Ladung zu reduzieren und vorzugsweise einen den Anteil positiver Ionen übersteigenden Anteil negativ geladener Ionen bereitzustellen.
- Derartige Ionisatoren sind an sich hinreichend für die Luftreinigung in Haushalten und Bereitstellung sogenannter ozonisierter Luft bekannt. Ionisatoren werden auch in Klimaanlagen zur Luftreinigung eingesetzt.
- Durch den Einsatz eines vergleichbaren Ionisatorprinzips in Ablufttürmen von Kraftwerken, insbesondere von Kühltürmen von Kernkraftwerken, gelingt es, den Anteil von positiven Ionen zu reduzieren, deren gesundheitsschädlicher Einfluss wissenschaftlich untersucht ist.
- Der Ionisator kann beispielsweise eine Hochspannungseinheit mit mindestens zwei Paaren elektrisch leitender Elektroden haben, zwischen denen ein Hochspannungspotential aufbaubar ist. Die Elektroden sind so in dem Prozessluftstrom ausgerichtet und das Hochspannungspotential ist derart, dass positive Ionen eines zwischen den Elektroden hindurchgeleiteten Prozessluftstromes mindestens teilweise neutralisiert und der Prozessluftstrom mindestens teilweise negativ ionisiert wird. Der Prozessluftstrom wird somit durch Elektrodenpaare geführt, von denen eine Elektrode beispielsweise auf Massepotential liegt und das andere Elektrodenpaar unter Hochspannung negativer Polarität im Kilovoltbereich steht. Ein durch das Hochspannungsfeld der Elektrodenpaare hindurchgeleiteter Prozessluftstrom wird hierbei negativ geladen, d. h. negativ ionisiert, wobei Sauerstoffmoleküle elektrische Ladung aufnehmen. Stickstoffmoleküle in der Prozessluft verlieren hingegen ein Elektron und werden zu positiven Ionen, die vorzugsweise anderweitig abgeführt werden sollten, d. h. nicht in die Atmosphäre entladen werden.
- Der Ionisator kann optional oder zusätzlich zur Hochspannungseinheit mindestens eine UV-Lichtquelle zur Emission ultravioletter Strahlung hat, die derart angeordnet sind, dass sie zur Bestrahlung von an der UV-Lichtquelle vorbeigeführter Prozessluft mit ultravioletter Strahlung vorgesehen sind. Durch die Bestrahlung von Prozessluft mit Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich wird erreicht, dass positive geladene Luftteilchen mindestens teilweise neutralisiert werden und der Prozessluftstrom mindestens teilweise negativ ionisiert wird.
- In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Ionisator mindestens eine Gasentladungseinheit zur Erzeugung negativ geladener Ionen in der Prozessluft. Die Gasentladungseinheit kann wiederum alternativ zu den vorgenannten Hochspannungseinheiten und/oder Leuchtmitteln oder zusätzlich hierzu vorgesehen sein. Durch einen an sich bekannten Gasentladungsprozess, bei dem von der Prozessluft unabhängiges Prozessgas unter Hochspannung eine Entladungsreaktion erfährt, gelingt es, negativ geladene Gasmoleküle zu erhalten, die zur Ionisierung der Prozessluft in die Prozessluft geführt werden.
- Der Ionisator ist vorzugsweise ausgelegt, um die in der Prozessluft enthaltenen positiven Ionen nicht nur weitgehend zu neutralisieren, sondern in dem Prozessluftstrom überwiegend negativ geladene Luftaerosole zu erhalten. Der Anteil an negativen Ionen in der Prozessluft sollte den Anteil der positiv geladenen Ionen somit überwiegen. Der Anteil an positiven Stickstoffionen N2 + in einem definierten, in die Atmosphäre abgegebenen Prozessluftvolumen sollte somit geringer sein, als der Anteil an negativ geladenen Sauerstoffionen O2 –.
- Die Reduktion des Anteils positiv geladener Luftionen gelingt auch durch Einleiten von Ozon in den Prozessluftstrom. Das Ozon kann aus einer Ozonquelle entnommen oder in einem Ozongenerator z. B. aus der Umgebungsluft gewonnen werden.
- Der Abluftturm kann beispielsweise ein Verbrennungsabgas-Schornstein oder bevorzugt ein Kühlturm sein. Die Kraftwerkanlage ist beispielsweise ein Kernkraftwerk.
- Die Aufgabe wird weiterhin durch das eingangs genannte Verfahren zur Behandlung von Prozessluft aus Kraftwerkanlagen gelöst durch negatives elektrisches Laden von Prozessluft mit einem mit dem Abluftturm gekoppelten Ionisator so, dass eine Reduktion von positiver Ladung in der Prozessluft erfolgt.
- Hierzu kann beispielsweise ein Leiten von Prozessluft durch mindestens zwei Paare elektrisch leitender Elektroden einer Hochspannungseinheit des Ionisators hindurch erfolgen. An jeweils zwei Paaren von Elektroden ist hierbei ein Hochspannungspotential derart angelegt, dass der zwischen den Elektroden hindurchgeleitete Prozessluftstrom mindestens teilweise neutralisiert und mindestens teilweise negativ geladen wird.
- Optional oder zusätzlich hierzu kann ein Bestrahlen von Prozessluft mit ultravioletter Strahlung derart erfolgen, dass positive geladene Luftteilchen mindestens teilweise neutralisiert werden und der Prozessluftstrom mindestens teilweise negativ ionisiert wird.
- Besonders vorteilhaft ist ein Generieren negativ geladener Ionen in der Prozessluft mittels Gasentladung.
- Die durch den Abluftturm geführte Prozessluft sollte vorzugsweise derart ionisiert werden, dass in dem in die Atmosphäre abgeführte Prozessluft überwiegend negativ geladene Luftaerosole sind.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 – Skizze eines Kernkraftwerkes mit Kühlturm und eingebautem Luftionisator zur Ausgleich des Anteils positiv geladener Ionen. -
1 lässt eine Skizze einer Kraftwerkanlage1 in der Ausführungsform eines Kernkraftwerkes mit einem Kernreaktor2 und einem Abluftturm3 in Form eines Kühlturms zur Kühlung des im Energiegewinnungsprozess erhitzten, dampfförmigen Prozesswassers4 aus dem sekundären, vom Kernspaltungsprozess abgekoppelten Wasserkreislauf erkennen. Das dampfförmige Prozesswasser4 vor Einleitung in den Kühlturm3 und/oder die im Kühlturm geführte Prozessluft5 wird mindestens teilweise durch einen Ionisator6 geleitet. Der Ionisator6 dient zur elektrischen Ladung der hindurchgeleiteten Prozessluft mit negativen Elektronen, so dass Sauerstoffanteile O2 in der Prozessluft5 negativ geladen werden (O2 –), d. h. Ozon entsteht. Positiv geladene Stickstoffanteile N2 + in der Prozessluft5 werden neutralisiert und/oder aus der Prozessluft5 abgesaugt. - Der Ionisator
6 hat beispielsweise mindestens ein Paar von Elektrodenpaaren7a ,7b , zwischen denen ein Hochspannungsfeld aufgebaut ist. Hierzu ist ein Set von Elektroden7a z. B. auf Massepotential und ein zweites Set von Elektroden7b auf negativer Hochspannung gehalten. Das Spannungspotential ist vorzugsweise im Kilovoltbereich gewählt, d. h. auf einer elektrischen Spannung von mehr als einem Kilovolt. Beim Durchleiten von Prozessluft5 zwischen den Elektrodenpaaren7a ,7b hindurch wird diese ionisiert. Die Elektroden7a ,7b können z. B. aus voneinander beabstandeten elektrisch leitenden Netzen gebildet sein. Die im Abluftturm3 eingebaut sind. - Der Prozess der Ionisierung der Prozessluft
5 kann auch durch Bestrahlung von Prozessluft5 mit ultraviolettem Licht erfolgen oder unterstützt werden. Hierzu ist eine UV-Lichtquelle8 vorgesehen, an der mindestens ein Teil der Prozessluft5 vorbeigeführt wird. Dies kann durch mindestens ein im Kühlturm3 aufgespanntes Netz9 aus lichtleitenden und lichtabsorbierenden Lichtleitfasern erfolgen, in die ultraviolette Strahlung von UV-Leuchtmitteln10 eingespeist wird. - Die Ionisierung der Prozessluft
5 kann alternativ oder zusätzlich auch durch Einleiten von Ozon11 in den Prozessluftstrom5 erfolgen. Das Ozon11 kann aus einem Ozonspeicher12 entnommen oder im Prozess z. B. durch Ozonisierung von angesaugter Umgebungsluft erzeugt werden. - Die Ionisierung von Prozessluft
5 kann nicht nur wie beschrieben bei Kernkraftwerken1 durchgeführt werden. In gleicher Weise ist das Verfahren auch zur Behandlung von Verbrennungsabgasen von fossilen Kraftwerken, z. B. Stein- und Braunkohlekraftwerken denkbar, wobei eine Ionisierung nicht zur Entfernung von Staubteilchen erfolgt. Vielmehr ist ein Ionisator vorgesehen, der so eingerichtet ist, dass der Anteil positiv geladener Luftionen reduziert bzw. der Anteil negativ geladener Luftionen erhöht wird. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2533690 A1 [0004]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - P. Kaatsch, C. Spix, S. Schmiedel, R. Schulze-Rath, A. Mergenthaler, M. Blettner: Epidemiologische Studie zu Kinderkrebs in der Umgebung von Kernkraftwerken (KiKK-Studie), Vorhaben StSch 4334: Umweltforschungsplan des Bundesumweltministeriums (UFOPLAN), Reaktorsicherheit und Strahlenschutz Im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit und des Bundesamtes für Strahlenschutz, Dezember 2007 (http://www.bfs.de/de/bfs/druck/Ufoplan/ 4334_KIKK_Gesamt.pdf) [0006]
- - D. L. Henshaw, „Does our electricity distribution system pose a serious risk to public health?", in: Medical Hypotheses (2002) 59(1), Seiten 39 bis 51 [0010]
Claims (15)
- Kraftwerkanlage (
1 ) mit mindestens einem Abluftturm (3 ) zur Ableitung von im Betrieb der Kraftwerkanlage (1 ) anfallender Prozessluft (5 ) in die Umgebung, gekennzeichnet durch mindestens einen mit der Prozessluft (5 ) koppelbaren Ionisator (6 ), der zur Reduzierung von positiver elektrischer Ladung in der Prozessluft (5 ) eingerichtet ist. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (6 ) eine Hochspannungseinheit mit mindestens zwei Paaren elektrisch leidender Elektroden (7a ,7b ) hat, zwischen denen ein Hochspannungspotential aufbaubar ist, wobei die Elektroden (7a ,7b ) ausgerichtet sind, um positive Ionen eines zwischen den Elektroden (7a ,7b ) hindurchgeleiteten Prozessluftstromes mindestens teilweise zu neutralisieren und den Prozessluftstrom mindestens teilweise negativ zu ionisieren. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (6 ) mindestens eine UV-Lichtquelle (8 ) zur Emission ultravioletter Strahlung hat, die derart angeordnet ist, dass sie zur Bestrahlung von an der UV-Lichtquelle (8 ) vorbeigeführter Prozessluft (5 ) mit ultravioletter Strahlung vorgesehen sind, um positive geladene Luftteilchen mindestens teilweise zu neutralisieren und den Prozessluftstrom mindestens teilweise negativ zu ionisieren. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (6 ) mindestens eine Gasentladungseinheit zur Erzeugung negativ geladener Ionen in der Prozessluft (5 ) hat. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (6 ) ausgelegt ist, um in dem Prozessluftstrom überwiegend negativ geladene Luftaerosole zu erhalten. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftturm (3 ) ein Kühlturm ist. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (6 ) zum Einleiten von Ozon in die Prozessluft (5 ) eingerichtet ist. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftturm (3 ) ein Schornstein für Verbrennungsabgase ist. - Kraftwerkanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwerkanlage (1 ) ein Kernkraftwerk ist. - Verfahren zur Behandlung von Prozessluft (
5 ) aus Kraftwerkanlagen (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem Abluftturm (3 ) zur Ableitung von im Betrieb der Kraftwerkanlage (1 ) anfallender Prozessluft (5 ) in die Umgebung, gekennzeichnet durch negative elektrische Aufladung von Prozessluft (5 ) mit einem Ionisator (6 ) so, dass eine Reduktion von positiver Ladung in der Prozessluft (5 ) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Leiten von Prozessluft (
5 ) durch mindestens zwei Paare elektrisch leitender Elektroden (7a ,7b ) einer Hochspannungseinheit des Ionisators (6 ) hindurch, wobei an jeweils zwei Paaren von Elektroden (7a ,7b ) ein Hochspannungspotential derart ist, dass der zwischen den Elektroden (7a ,7b ) hindurchgeleitete Prozessluftstrom mindestens teilweise neutralisiert und mindestens teilweise negativ geladen wird. - Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch Bestrahlen von Prozessluft (
5 ) mit ultravioletter Strahlung derart, dass positive geladene Luftteilchen mindestens teilweise neutralisiert und der Prozessluftstrom mindestens teilweise negativ ionisiert wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Generieren negativ geladener Ionen in der Prozessluft (
5 ) mittels Gasentladung. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Abluftturm (
3 ) geführte Prozessluft (5 ) derart ionisiert wird, dass in dem in die Atmosphäre abgeführte Prozessluft (5 ) überwiegend negativ geladene Luftaerosole sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch Einleiten von Ozon in den Prozessluftstrom.
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