DE102016005146A1 - Droplet eliminator with "online" cleaning spray for wet cooling towers or for air towers in intensive livestock farming - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft technische Einrichtungen, die Umgebungsluft ansaugen, diese durch ein Berieselungs- oder Beregnungsgebiet leiten und anschließend wieder in die Umgebung einleiten. Zu nennen sind hier z. B. Nasskühltürme oder Waschtürme für die Abluft aus der Intensivtierhaltung. Zur Verringerung einer Emission von Tropfen und Mikroorganismen sind diese Einrichtungen mit Tropfenabscheidern ausgerüstet, die gemäß der Erfindung mit online-Reinigungssystemen ausgestattet sind.The invention relates to technical devices which suck in ambient air, guide it through a sprinkling or sprinkling area and then re-introduce it into the environment. To name here are z. As wet cooling towers or wash towers for the exhaust air from the intensive animal husbandry. To reduce the emission of drops and microorganisms, these devices are equipped with mist eliminators equipped with online cleaning systems according to the invention.
Description
Nach epidemieartigen Ausbrüchen der sogenannten Legionärskrankheit z. B. in New York, aber auch in einigen europäischen Städten, die durch eine Infektion mit Legionella pneumophila ausgelöst werden kann, wird aktuell die Emission von Krankheitserregern aus technischen Einrichtungen intensiv diskutiert, in denen Wasser im Kontakt mit durchströmender Luft verrieselt wird. Als derartige technische Enrichtungen sind beispielhaft Nasskühltürme oder Waschtürme zur Reinigung der Abluft aus der Intensivtierhaltung zu nennen. Die besorgniserregende Situation, die sich aus dem Auftreten von Infektionskrankheiten im Umfeld derartiger technischer Einrichtungen ergibt, gab Anlass zu Überlegungen des Erfinders, die Emission von Tröpfchen aus derartigen Einrichtungen weiter zu verringern, als es nach dem Stand der Technik möglich ist; denn diese Tröpfchen dienen zweifelsfrei als Vehikel für die mikrobielle Emission.After epidemic outbreaks of the so-called Legionnaires' disease z. For example, in New York, but also in some European cities, which can be triggered by an infection with Legionella pneumophila, the emission of pathogens from technical facilities is currently discussed intensively, in which water is trickled in contact with air flowing through. As such technical facilities are exemplary wet cooling towers or wash towers to call for cleaning the exhaust air from the intensive livestock. The worrying situation resulting from the occurrence of infectious diseases in the environment of such technical equipment has led the inventor to consider further reducing the emission of droplets from such devices than is possible in the prior art; because these droplets undoubtedly serve as a vehicle for microbial emission.
Figuren:Characters:
Kurze Beschreibung der Figuren:Brief description of the figures:
Wir konzentrieren uns hier auf die Minimierung der Tropfenemission bei Nasskühltürmen mit Zugunterstützung durch Ventilatoren, die am Austritt des entstehenden erwärmten Feuchtluftschwadens mit seiner Tropfenbeladung aus dem Kühlturm angeordnet sind. Dieser Kühlturmtyp wird häufig in bewohnten Gebieten und z. B. auch auf den Dächern großer Gebäude in Verbindung mit Klimaanlagen eingesetzt. Hier kommt einer weitestgehenden Verringerung der mikrobiellen Emission eine besonders große Bedeutung zu. In England ist es vor einigen Jahren zu Infektionen in einer Klinik gekommen, deren Frischluftansaugung in der Nachbarschaft eines derartigen Kühlturms angeordnet war. Die für diesen Einsatzzweck im Rahmen der Untersuchungen, die dieser Erfindung zugrunde liegen, erarbeiteten Lösungen können mit entsprechenden Abwandlungen selbstverständlich auch bei Naturzug-Nasskühltürmen sowie bei Waschtürmen für die Abluft aus der Intensivtierhaltung zum Einsatz kommen. Nachfolgend beschreiben wir am Beispiel eines Nasskühlturms die Funktion des Erfindungsgegenstandes.
Ein grundsätzlicher Schwachpunkt liegt bei den bisher ausgeführten Nasskühltürmen darin, dass nur verhältnismäßig einfache Tropfenabscheider eingesetzt werden, mit denen eine prinzipiell erreichbare weitestgehende Abscheidung auch sehr kleiner Kühlwassertropfen nicht verwirklicht werden kann. Bisher hat man häufig argumentiert, dass bei den geringen Vordrücken der Düsen, mit welchen das Kühlwasser über die Rieseleinbauten verteilt wird, keine kleinen Tropfen entstehen könnten und dass es somit ausreichend sei, Tropfenabscheider einzusetzen, bei denen der Grenztropfendurchmesser z. B. bei 50–200 μm liegt. Als Grenztropfen wird jener Tropfen bezeichnet, der den Tropfenabscheider mit seinen abscheidewirksamen Umlenkungen gerade noch im freien Flug, also ohne Wandkontakt traversieren kann. Dabei wird übersehen, dass es auch in derartigen Nasskühltürmen durchaus Bildungsmechanismen gibt, die zur Entstehung wesentlich kleinerer Kühlwassertropfen führen, jedenfalls bis herunter zu einem Tropfendurchmesser von ca. 15 μm. Zu nennen sind hier hauptsächlich drei Phänomene:
- – In Kühltürmen ist Schaumbildung nicht vollständig auszuschließen. Beim Platzen der dünnen Lamellen von Schaumblasen können durchaus auch sehr kleine Tropfen erzeugt werden. Kleine Tropfen können allerdings auch bereits aus der dünnen Haut entstehen, die eine Luftblase beim Auftauchen aus dem Kaltwasser-Sammelbecken an der Oberfläche bildet.
- – Ferner ist zu berücksichtigen, dass die Tropfen, die sich an der
Decke 34 eines Nasskühlturms oder von den Unterkanten derTropfenabscheider 18 des Kühlturms ablösen und herunterfallen, eine größere Fallhöhe durchlaufen als das Kühlwasser aus den Berieselungsdüsen. Diese zurückfallenden Tropfen erreichen eine relativ hohe Fallgeschwindigkeit und können beim Aufschlag auf Kühlturmeinbauten auch vergleichsweise kleine Zerfallsprodukte bilden. - – Kleine Tropfen, die im unteren Abschnitt des Regengebietes entstehen, wo die durchgesetzte Luft noch nicht mit Wasserdampf gesättigt ist, verdunsten z. T., sodass jedenfalls kleinere Verdunstungsprodukte entstehen.
- - In cooling towers, foaming can not be completely ruled out. When bursting the thin lamellae of foam bubbles can very well be very small droplets generated. Small drops may, however, already arise from the thin skin, which forms an air bubble when emerging from the cold water reservoir on the surface.
- - It should also be taken into account that the drops are on the ceiling
34 a wet cooling tower or from the bottom edges of themist eliminator 18 detach from the cooling tower and fall down, go through a greater drop height than the cooling water from the sprinkler nozzles. These falling drops reach a relatively high fall rate and can also form comparatively small decomposition products when impacting on cooling tower internals. - - Small drops, which are formed in the lower part of the rain area, where the air has not yet been saturated with water vapor, evaporate z. T., so that in any case smaller evaporation products.
Aus diesen Gründen ist es durchaus angebracht, Tropfenabscheider einzubauen, mit denen kleine Grenztropfendurchmesser von ca. 15–20 μm zu erreichen sind. In aller Regel werden Tropfenabscheider in Nasskühltürmen bisher nur in einer einzigen Lage eingesetzt. Bereits mit einem zweilagigen Tropfenabscheider könnte die Tropfenemission näherungsweise um eine Zehnerpotenz verringert werden. Dies zeigen Messungen, die der Erfinder an Nasskühltürmen durchgeführt hat, bei denen salzhaltiges Meerwasser als Kühlwasser eingesetzt wird. Um eine Versalzung der umliegenden Gebiete oder auch Korrosionsschäden durch Immission salzhaltiger Tröpfchen aus dem Kühlturm auf ein Minimum zu beschränken, werden hier in aller Regel zweilagige Tropfenabscheider eingesetzt. Entsprechende Maßstäbe sollte auch an die Tropfenabscheidung im Hinblick auf die Emission potentieller Krankheitserreger angelegt werden.For these reasons, it is quite appropriate to install droplet separators, with which small Grenztropfendurchmesser of about 15-20 microns can be achieved. As a rule, mist eliminators in wet cooling towers have hitherto been used only in a single layer. Already with a two-layered mist eliminator, the drop emission could be reduced approximately by a power of ten. This is shown by measurements which the inventor has carried out on wet cooling towers in which saline seawater is used as cooling water. In order to minimize salinisation of the surrounding areas or even corrosion damage by immission of salt-containing droplets from the cooling tower, two-layered droplet separators are generally used here. Appropriate standards should also be applied to droplet deposition with regard to the emission of potential pathogens.
Ein weiterer Grund, der bisher dazu geführt hat, bei Süßwasserkühltürmen auf zweilagige Tropfenabscheider zu verzichten und generell nur Tropfenabscheider einzubauen, die einen verhältnismäßig großen Grenztropfendurchmesser aufweisen, liegt in dem Problem der Verschmutzung der Tropfenabscheider. Das Kühlwasser ist mit Schwebstoffen und mit gelösten Stoffen beladen, die auch ein Nährstoffpotential für Mikroorganismen darstellen. Am Tropfenabscheider werden diese Tropfen zu einem sehr hohen Prozentsatz abgeschieden. Da jedoch jede Oberfläche, so auch die Oberfläche der Tropfenabscheider, eine Art ”Adhäsionssieb” darstellt, komm es mit der Zeit zur Belagsbildung auf den Tropfenabscheidern. Bei hohen Lufttemperaturen und bei geringer relativer Feuchte der vom Kühlturm angesaugten Umgebungsluft erreicht der Kühlturmschwaden in zeitlich begrenzten Fällen nicht einmal die Wasserdampfsättigung. Dann verdunstet das an den Tropfenabscheidern abgeschiedene Kühlwasser teilweise. Daraus resultiert ein zusätzliches Belagsbildungsrisiko. Bisher hilft man sich damit, dass man die Tropfenabscheider mit einer großen Teilung (”spacing S”), also mit relativ großen Abständen der abscheidewirksamen Oberflächen ausführt, welche die Tropfen einfangen, sodass die Belagsbildung nicht bereits nach einer kurzen Betriebszeit einen relevanten Querschnitt der Tropfenabscheider verlegt. Trotzdem sollten auch derartige Tropfenabscheider wenigstens einmal jährlich sorgfältig ”händisch” gereinigt werden (Hochdruck-Flüssigkeitszerstäuber). Dies stellt eine den Betriebsablauf der Gesamtanlage störende Unterbrechung des Kühlturmbetriebes dar und ist eine relativ aufwändige Maßnahme, die auch erhebliche Arbeitssicherheitsmaßnahmen erfordert, da die Schmutzschichten auf den Tropfenabscheidern in aller Regel eine hohe mikrobielle Beladung aufweisen, die bei einer Wasserstrahlreinigung z. T. aerosoliert wird. Daher sollte dieses Aerosol keinesfalls inhaliert werden. Bereits in der
Vom gleichen Erfinder sind in der Vergangenheit zahlreiche Anmeldungen zur Gestaltung von Tropfenabscheidern eingereicht worden und die Produkte wurden auch erfolgreich eingesetzt (z. B.
Bei Tropfenabscheidern
Lamellentropfenabscheider
Fig. 2a: Lamellentropfenabscheider
– Vorteile:- Advantages:
Ein Vorteil dieser Tropfenabscheider liegt darin, dass sie gut zu reinigen sind. Sie bilden insbesondere nur in geringem Umfange Kapillarspalte, die sich mit Feststoffablagerungen zusetzen, die wiederum mit Mikroorganismen beladen sind. Und ferner ist die für die Entwicklung eines ”Keimrasens” aus Mikroorganismen angebotene Fläche bei diesem Lamellentropfenabscheidern relativ gering. Dies rührt daher, dass durch die Ausführung als Hohlprofil mit einer relativ großen Teilung (Teilung ”S” (spacing): Abstand von Lamelle zu Lamelle) gearbeitet werden kann. Durch die Verdickung der Nasenpartie des Tropfenabscheiders kommt es zu einer Beschleunigung der Strömung sowie der mitgeführten Tröpfchen vor der ersten Umlenkung. Demzufolge können in dieser Umlenkung bei einem geringen Umlenkwinkel auch relativ kleine Tropfen abgeschieden werden. Daraus resultiert als weiterer Vorteil, ein geringer Druckverlust dieser Sonderausführung eines Lamellentropfenabscheiders.An advantage of these mist eliminators is that they are easy to clean. In particular, they form capillary gaps only to a small extent, which become entangled with solid deposits which in turn are loaded with microorganisms. Furthermore, the surface area offered by microorganisms for the development of a microbial growth is relatively small in this lamella precipitator. This is touching therefore, that can be worked by the execution as a hollow profile with a relatively large pitch (pitch "S" (spacing): distance from lamella to lamella). Due to the thickening of the nose part of the droplet separator, the flow and the entrained droplets accelerate before the first deflection. As a result, relatively small droplets can be deposited in this deflection at a low deflection angle. This results in a further advantage, a low pressure drop of this special design of a Lamellentropfenabscheiders.
– Nachteile:- Disadvantage:
Ein entscheidender Nachteil dieses als Hohlprofil ausgeführten Lamellentropfenabscheiders liegt darin, dass es in den Hohlräumen zu einer Vermehrung von Mikroorganismen kommen kann, die zu einer Reinfektion des Kühlwassers und anderer Komponenten des Kühlturms führen können. Daher wurde dieser Tropfenabscheider in der Vergangenheit nur selten eingesetzt. Inzwischen ist die Extrusionstechnik weiter entwickelt worden, und es besteht die Möglichkeit einer Koextrusion der Profile gekoppelt mit einer Ausschäumung der Hohlräume. Die Enden der Lamellen können jedoch auch durch andere Maßnahmen abgedichtet werden, z. B. durch Heiß-Press-Verschweißen, mit einem aufgeklebten Deckel oder mit einem nachträglichen Ausschäumen der Endabschnitte.A decisive disadvantage of this designed as a hollow profile Lamellentropfenabscheiders is that it can lead to an increase of microorganisms in the cavities, which can lead to a reinfection of the cooling water and other components of the cooling tower. Therefore, this mist eliminator has rarely been used in the past. Meanwhile, the extrusion technology has been further developed, and there is the possibility of coextrusion of the profiles coupled with a foaming of the cavities. However, the ends of the slats can also be sealed by other measures, for. B. by hot-pressure welding, with a glued lid or with a subsequent foaming of the end portions.
Fig. 2b: Lamellentropfenabscheider
Der Nachteil dieser vergleichsweise einfach zu fertigenden Tropfenabscheider aus Lamellen mit variabler Schichtdicke, die bisher im Hinblick auf eine störende Belagsbildung mit großer Teilung ”S” eingebaut wurden, liegt darin, dass hiermit keine wirklich guten Tropfenabscheidegrade zu erzielen sind. Mit Lamellentropfenabscheidern geringerer Teilung, wie sie z. B. in Rauchgaswaschtürmen zum Einsatz kommen, erreicht man Abscheidegrade, die mindestens um eine Zehnerpotenz höher liegen als jene klassischer Tropfenabscheider für Nasskühltürme. Die Herstellungskosten derartiger Tropfenabscheider mit geringem Abstand der Lamellen liegt allerdings wesentlich höher. Ferner neigen auch diese Tropfenabscheider bei einem Einsatz in Kühltürmen trotz einer glatten Oberfläche mit der Zeit zu einer störenden flächigen Belagsbildung. Hierdurch wird nicht nur die Durchströmung der Tropfenabscheiderlage beeinträchtigt (erhöhter Druckverlust), bei stärkerer Belagsbildung leidet letztlich auch die Qualität der Tropfenabscheidung.The disadvantage of this comparatively easy to manufacture droplet separator of lamellae with variable layer thickness, which were previously installed in view of a disturbing deposit formation with large pitch "S", lies in the fact that no really good droplet separation rates can be achieved hereby. With Lamellentropfenabscheidern lower pitch, as z. B. in flue gas scrubbing towers are used, one reaches separation efficiencies that are at least one order of magnitude higher than those classic mist eliminator for wet cooling towers. However, the production cost of such droplet with a small distance of the slats is much higher. In addition, even when used in cooling towers, these droplet separators, in spite of a smooth surface, tend over time to a disruptive surface formation of deposits. As a result, not only is the flow through the droplet separator layer impaired (increased pressure loss), but with thicker deposit formation, ultimately the quality of the droplet deposition also suffers.
Wabenartige Tropfenabscheider, Fig. 3:Honeycomb droplet separator, Fig. 3:
– Vorteile:- Advantages:
Mit diesen Tropfenabscheidern ist bei geeigneter Dimensionierung ein hoher Abscheidegrad bei geringen Druckverlusten zu erzielen. Ferner können diese Abscheider als Pakete ohne nennenswerte Leckageschlitze in einen Kühlturmquerschnitt eingebaut werden.With these droplet separators a high degree of separation at low pressure losses can be achieved with suitable dimensioning. Furthermore, these separators can be installed as packages without significant leakage slots in a cooling tower cross section.
– Nachteile:- Disadvantage:
Derartige Tropfenabscheider werden durch Verkleben oder Punktverschweißen tiefgezogener Lamellenlagen hergestellt. Infolge dieses Fertigungsprozesses bilden sich an den Kontaktlinien der einzelnen Lagen austauscharme Kapillarspalte. In diesen Kapillarspalten kann es zu durchnässten Feststoffablagerungen kommen, die ein Habitat für Mikroorganismen anbieten und die somit zu einer relevanten Vermehrung der Mikroorganismen beitragen können. Ferner erfordert eine vollauf befriedigende Reinigung auch der Kapillarspalte wabenartiger Tropfenabscheider neuartige Reinigungsvorrichtungen. Ein weiterer Nachteil aus hygienischer Sicht dürfte auch darin zu sehen sein, dass wabenartige Tropfenabscheider auf den Kühlturmquerschnitt bezogen eine insgesamt wesentlich größere Oberfläche anbieten als Lamellentropfenabscheider. Auf derartigen Oberflächen kann sich unter den wachstumsbegünstigenden Randbedingung ein mikrobieller Rasen bilden.Such droplet separators are produced by gluing or spot welding deep-drawn lamination layers. As a result of this manufacturing process, exchange capillary gaps are formed at the contact lines of the individual layers. In these capillary gaps it can come to soaked solid deposits, which offer a habitat for microorganisms and thus can contribute to a relevant increase of microorganisms. Furthermore, a completely satisfactory cleaning of the capillary column honeycomb droplet requires novel cleaning devices. A further disadvantage from a hygienic point of view is probably also to be seen in the fact that honeycomb-like droplet precipitators, based on the cooling tower cross-section, offer an overall much larger surface area than lamellar droplet separators. On such surfaces, a microbial lawn may form under the growth promoting constraint.
Wabenähnlicher Tropfenabscheider, Fig. 4Honeycomb-like droplet separator, Fig. 4
Dieser Tropfenabscheidertyp
Von einzelnen Herstellern werden Tropfenabscheider angeboten, die in gewissem Sinne biozid ausgerüstet sind und die unmittelbar an der Oberfläche der Abscheider eine die Vermehrung von Mikroorganismen stark einschränkende Wirkung ausüben. Hier stellt sich zwangsläufig die Frage, ob diese Wirkung nicht bereits durch Belagsschichten geringer Dicke stark eingeschränkt wird. Wenn dies der Fall ist, kommt der Tropfenabscheiderreinigung gerade hier eine besonders große Bedeutung zu, um die biozide Wirkung längerfristig aufrecht zu erhalten.From individual manufacturers are offered droplet, which are equipped in a certain sense biocidal and exert on the surface of the separator a proliferation of microorganisms severely limiting effect. This raises the inevitable question of whether this effect is not already severely limited by covering layers of small thickness. If this is the case, the droplet separator cleaning is particularly important here in order to maintain the biocidal effect in the longer term.
Der Erfinder hat auf diesem Gebiet seit Jahrzehnten intensiv geforscht. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeiten besteht in der Erkenntnis, dass die mikrobielle Emission eines Nasskühlturms in vielen Fällen und im Gegensatz zu einer weithin verbreiteten Überzeugung insbesondere bei Ventilatornasskühltürmen mit austrittsseitigem Ventilator nicht überwiegend und jedenfalls nicht direkt durch sogenannte Primärtropfen, also durch Kühlwassertröpfchen aus dem Regengebiet verursacht wird, die ohne Wandkontakt im freien Flug den Tropfenabscheider und die Austrittspartie des Kühlturms passieren konnten. Die Keimbeladung dieser Tröpfchen entspricht jener des Kühlwassers, kann durch eine geeignete Kühlwasserbehandlung in Grenzen gehalten werden und ist daher in der Regel unkritisch.The inventor has been intensively researching in this field for decades. An essential result of this work is the recognition that the microbial emission of a wet cooling tower in many cases and in contrast to a widespread belief, especially in fan wet cooling towers with exit fan not predominantly and certainly not directly caused by so-called primary drops, so by cooling water droplets from the rain area that could happen without wall contact in free flight the mist eliminator and the outlet section of the cooling tower , The germ loading of these droplets corresponds to that of the cooling water, can be kept within limits by means of a suitable cooling water treatment and is therefore generally not critical.
Hauptverantwortlich für eine erhöhte Keimemission sind nach den Erfahrungen des Erfinders in vielen Fällen sogenannte Sekundärtröpfchen, die aus Flüssigkeitsfilmen erst im Nahbereich der Tropfenabscheidern selbst oder stromab der Tropfenabscheider entstehen. Bei günstigen Wachstumsbedingungen kann die Keimbeladung (koloniebildende Einheiten KBE je ml) dieser Sekundärtröpfchen um Faktoren von 103–106 größer sein als jene des Kühlturmkreislaufwassers. Und wenn die Tropfenemission auch nur zu 1% aus derartigen Sekundärtröpfchen besteht, kann diese Fraktion für die Keimemission bestimmend sein. Kritisch ist dabei auch, dass in derartigen Tröpfchen hauptsächlich mikrobielle Agglomerate auftreten. Dies ist durch die lange Verweilzeit der Flüssigkeitsfilme bedingt, aus denen diese Tröpfchen entstehen. Es ist bekannt, dass die Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen im Bereich der Tropfenabscheider und stromab derselben hinsichtlich Temperatur, relativer Feuchte und Nährstoffangebot sehr vorteilhaft sind. Da diese Sekundärtröpfchen letztlich doch (jedenfalls überwiegend) aus Flüssigkeitsansammlungen gebildet werden, die aus kleinen Tröpfchen entstanden sind, die den Tropfenabscheider passieren konnten, kommt der Installation höchst effizienter Tropfenabscheider eine entscheidende Bedeutung zu. Denn die Kühlwassertropfen, die den Tropfenabscheider passieren konnten, transportieren Nährstoffe für das Keimwachstum in die Bildungszonen der Sekundärtropfen.According to the experience of the inventor, the main reasons for an increased germ emission are in many cases so-called secondary droplets, which arise from liquid films only in the vicinity of the droplet separators themselves or downstream of the droplet separators. Under favorable growth conditions, the nucleation (colony forming units CFU per ml) of these secondary droplets may be greater by 10 3 -10 6 than that of the cooling tower circulating water. And if the drop emission is as low as 1% of such secondary droplets, this fraction can be determinative of germination. Critical is also that occur in such droplets mainly microbial agglomerates. This is due to the long residence time of the liquid films from which these droplets are formed. It is known that the growth conditions for microorganisms in the area of the droplet separators and downstream of them are very advantageous in terms of temperature, relative humidity and nutrient supply. Since these secondary droplets are ultimately (at least predominantly) formed by fluid accumulations formed by small droplets that could pass through the droplet separator, the installation of highly efficient droplet separators is of crucial importance. After all, the drops of cooling water that could pass through the droplet trap transport nutrients for the growth of germs into the formation zones of the secondary droplets.
Zum besseren Verständnis muss hier noch auf eine zweite Tropfenart hingewiesen werden, die im Kühlturmschwaden auftritt, auf die sogenannten Rekondensationstropfen. Durch Vermischung von Schwadenteilmengen unterschiedlicher Temperatur, die mit Wasserdampf näherungsweise oder vollständig gesättigt sind, wird bereits vor den Tropfenabscheidern eine Übersättigung des Schwadens mit Wasserdampf erreicht, die zur Kondensation geringer Teilmengen des Wasserdampfgehalts des Schwadens und somit zur Bildung der sogenannten Rekondensationstropfen führt. Die Durchmesser dT,R der entstehenden Rekondensationstropfen sind vergleichsweise klein (ca. dT,R < 5 μm). Diese Rekondensationstropfen sind nicht mit Mikroorganismen aus dem Kühlturmwasser ”geimpft”. Ihr Keimgehalt resultiert vielmehr aus der Keimbeladung der vom Kühlturm angesaugten Umgebungsluft. Die Mikroorganismen dienen hierbei zusammen mit Staubpartikeln als Kondensationskerne. Das für die Keimvermehrung erforderlich Nährstoffangebot ist in diesen Rekondensationstropfen vergleichsweise gering. Entsprechend sensible Mikroorganismen gehen in vollentsalztem Wasser sogar zugrunde. Wegen ihres geringen Durchmessers werden diese Rekondensationstropfen in Tropfenabscheidern nur zu einem vernachlässigbar geringen Prozentsatz abgeschieden. Sie können jedoch von den mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotierenden Schaufeln eines Ventilators z. T. eingefangen und auf die Gehäusewand ausgeschleudert werden. Wenn das Nährstoffangebot auf diesen Wänden gering ist, kommt es hier nach den Untersuchungen des Erfinders nicht zu einer stärkeren Vermehrung des Keimgehalts der Flüssigkeitsfilme und der aus diesem Bereich emittierten Tröpfchen. Daher ist es insbesondere bei derartigen Ventilatornasskühltürmen von entscheidender Bedeutung, dass durch Installation hocheffizienter Tropfenabscheider die Fraktion der Tropfen, die einen relevanten Nährstoffgehalt aufweisen, weitestgehend reduziert wird.For a better understanding, it is necessary to point out a second type of drop, which occurs in the cooling tower swath, to the so-called recondensation droplets. By mixing portions of swaths of different temperature, which are approximately or completely saturated with water vapor, a supersaturation of the steam with water vapor is achieved before the droplet separators, which leads to the condensation of small subsets of the steam content of the steam and thus to the formation of the so-called Rekondensationstropfen. The diameters d T, R of the resulting recondensation droplets are comparatively small (about d T, R <5 μm). These recondensation drops are not "inoculated" with microorganisms from the cooling tower water. Their germ content results rather from the germ loading of the ambient air sucked in by the cooling tower. The microorganisms serve together with dust particles as condensation nuclei. The nutrient supply required for germ multiplication is comparatively low in these condensation droplets. Correspondingly sensitive microorganisms are even destroyed in demineralized water. Because of their small diameter, these recondensation droplets are deposited in droplet traps only to a negligible percentage. You can, however, from the high-speed rotating blades of a fan z. T. caught and ejected onto the housing wall. If the nutrient supply on these walls is low, the inventor's investigations do not show a greater increase in the microbial content of the liquid films and the droplets emitted from this area. It is therefore of crucial importance in particular in the case of such fan wet cooling towers that the fraction of the drops which have a relevant nutrient content is largely reduced by the installation of highly efficient mist eliminators.
Es muss an dieser Stelle noch auf eine weitere Quelle für Mikroorganismen hingewiesen werden, die mit dem Kühlturmschwaden emittiert werden können. Manche Kühltürme werden nur in Zeiten mit zu hoher Temperatur des Oberflächengewässers (Vorfluter) betrieben, um die Erwärmung des Gewässers nicht zu weit zu treiben. In Stillstandszeiten dient der Kühlturmaustritt häufig als Landestelle für Möven und für andere Vögel, die als Virusvektoren gelten. Die Vögel sitzen auf der Austrittskante in aller Regel mit dem Schwanz nach innen, und entsprechend sieht es dann auf der Innenseite des Kühlturmaustrittsbereiches aus. Bei Wiederinbetriebnahme der Kühltürme entwickeln sich zwangsläufig Flüssigkeitsfilme auf den Innenwandungen des Austrittsbereiches. Sekundärtropfen, die aus diesem Bereich ausgetragen werden, können daher in erheblichem Umfange mit pathogenen Mikroorganismen beladen sein. Hier soll noch kurz auf die Unterschiede von Kühltürmen mit drückenden bzw. mit saugend angeordneten Ventilatoren eingegangen werden. Bei Kühltürmen mit saugend angeordneten Ventilatoren ist die Austrittsgeschwindigkeit des Schwadens mit ca. 10 m/s so hoch, dass sich hier während des Betriebes keine Vögel niederlassen. Bei Kühltürmen mit Ventilatoren die ”drückend” am Lufteintritt angeordnet sind und die zum Austritt hin keine Querschnittsreduktion zur Beschleunigung des austretenden Schwadens aufweisen, kann die Austrittgeschwindigkeit mit ca. 3 m/s so gering sein, dass Vögel hier sogar während des Betriebes ein wärmendes Ruheplätzchen suchen. Dann können die Tropfenabscheider unmittelbar durch Exkremente mikrobiell belastet werden. Hier kommt somit der Tropfenabscheiderreinigung eine besonders große Bedeutung zu. Für die Beurteilung des Risikos einer überhöhten mikrobiellen Emission ist es keinesfalls ausreichend, ausschließlich das Kreislaufwasser des Kühlturms zu beproben. In den Sekundärtröpfchen können nicht nur stark erhöhte Keimbeladungen auftreten, es besteht vielmehr auch eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass mit diesen Sekundärtröpfchen gefährliche Krankheitserreger aus dem Kühlturm ausgetragen werden, die möglicherweise im Kühlturmkreislaufwasser nicht nachzuweisen sind. Deshalb halten wir auch eine regelmäßige messtechnische Erfassung der mikrobiellen Emission aus Nasskühltürmen für unverzichtbar.It must be pointed out at this point on another source of microorganisms that can be emitted with the cooling tower clouds. Some cooling towers are operated only in times of too high temperature of the surface water (receiving water), in order not to drive the warming of the water too far. During downtimes, the cooling tower outlet often serves as a landing place for gulls and other birds that are considered virus vectors. The birds usually sit on the trailing edge with the tail inwards, and accordingly it will look like on the inside of the cooling tower exit area. When restarting the cooling towers inevitably develop liquid films on the inner walls of the outlet area. Secondary drops discharged from this area may therefore be loaded to a considerable extent with pathogenic microorganisms. Here will be briefly discussed the differences of cooling towers with oppressive or with suction arranged fans. In cooling towers with fans arranged with suction, the exit velocity of the windrow with approx. 10 m / s is so high that no birds settle here during operation. In cooling towers with fans that are arranged "pushing" at the air inlet and have no cross-sectional reduction to accelerate the emerging swath to the outlet, the exit speed of about 3 m / s can be so low that birds here even during operation a warming resting place search. Then the droplet can be microbially contaminated directly by excrement. Here comes the mist eliminator cleaning a special great importance too. For the assessment of the risk of excessive microbial emission, it is by no means sufficient to sample only the circulating water of the cooling tower. In the secondary droplets, not only greatly increased microbial loadings occur, but there is also a high probability that with these secondary droplets dangerous pathogens are discharged from the cooling tower, which may not be detected in the cooling tower water circuit. Therefore, we also consider a regular metrological recording of the microbial emission from wet cooling towers indispensable.
Ein entscheidender Nachteil der bisher bekannten Maßnahmen zur Verringerung der Tropfenemission bei Nasskühltürmen liegt darin, dass an dem seit Jahrzehnten praktizierten Konzept der Tropfenabscheidung zur Elimination der Kühlwassertropfen, die von der durchgesetzten Kühlluft mitgerissen werden, festgehalten wurde. Die Tropfenabscheider wurden allenfalls in engem Rahmen hinsichtlich ihrer Abscheidungsfunktion und des Druckverlusts optimiert. Nach den erst kürzlich wieder weltweit aufgetretenen Infektionserkrankungen, ausgelöst durch Legionella Pneumophila, muss der Schluss gezogen werden, dass diese Maßnahmen nicht ausreichend sind.A major disadvantage of the previously known measures to reduce the drop emission in wet cooling towers is that was held on the decades practiced concept of droplet deposition to eliminate the cooling water drops that are entrained by the enforced cooling air. The mist eliminators have been optimized at best in terms of their deposition function and pressure loss. Following the recent reoccurrence of infectious diseases caused by Legionella pneumophila, it must be concluded that these measures are inadequate.
Vielfach wird auch auf Maßnahmen gesetzt, die auf eine Verringerung der Keimbeladung des Kühlwassers mit Hilfe von Bioziden abzielen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Biozide als mikrobielle Stressoren immer auch das Risiko des Züchtens resistenter Spezies mit sich bringen und das Problem der Vermehrung von Mikroorganismen stromab der Tropfenabscheider nicht lösen können. Daher sollten vorrangig alle Maßnahmen ergriffen werden, die ohne den Einsatz von Bioziden auskommen. Ferner müssen mikrobiell beladene Flüssigkeitsfilme auf Wänden zuverlässig abgeleitet werden. Dies betrifft insbesondere den Austrittsdiffusor sowie den Schalldämpfer eines Nasskühltürms mit austrittsseitigem Ventilator. Hierzu liegt die
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass derartige Tropfenabscheider mit Reinigungsbedüsung auch für Waschtürme bestens geeignet sind, in welchen die häufig mikrobiell beladene Abluft aus Ställen mit Intensivtierhaltung gewaschen wird.It should be noted at this point that such mist eliminators with Reinigungsbedüsung are also suitable for wash towers in which the often microbially laden exhaust air from stalls is washed with intensive animal husbandry.
Aufgabenstellung dieser Erfindung:Object of this invention:
Ziel der Erfindung ist ein Tropfenabscheidersystem mit Reinigungseinrichtung, welches die Abscheidung auch sehr kleiner Kühlwassertropfen bewirkt und welches eine effiziente Reinigung der Tropfenabscheider auch während des Kühlturmbetriebes ermöglicht, ohne dass es während des Reinigungsprozesses zu einer erhöhten Emission von Mikroorganismen kommt.The aim of the invention is a mist eliminator system with cleaning device, which causes the deposition of very small drops of cooling water and which allows efficient cleaning of the mist eliminator during cooling tower operation, without it during the cleaning process to increased emission of microorganisms.
Lösungskonfigurationen gemäß der Erfindung:Solution configurations according to the invention:
Die vorstehend beschriebene Problemstellung soll mit den Maßnahmen gemäß der nachfolgend beschriebenen Erfindung gelöst werden. Die Maßnahmen konzentrieren sich auf die Situation am Tropfenabscheider
In einer Weiterentwicklung wird die Strahlpumpenwirkung der Reinigungsbedüsung und der Abdeckhaube optimiert,
Wenn jedoch beide Tropfenabscheiderlagen
Im Interesse einer optimierten Reinigung der Tropfenabscheider stellt sich die Frage, welche Reinigungsflüssigkeiten zum Einsatz kommen sollten. Bisher wird das Prozesszusatzwasser zum Ausgleich des Verdunstungsverlusts eines Nasskühlturms direkt in das im Kühlturm rückgekühlte Wasser eingeleitet. Das Prozesszusatzwasser wird in aller Regel vorbehandelt (entcarbonisiert, filtriert, gelegentlich auch mit Bioziden behandelt). Aber das Prozesszusatzwasser ist, sofern es nicht gerade nach einer längeren Sommerperiode mit erhöhten Wassertemperaturen aus einem mikrobiell stark belasteten Vorfluter stammt, meist nur geringfügig mit Mikroorganismen beladen. Daher sollte bevorzugt ein Teilstrom dieses Prozesszusatzwasser für die Wasserversorgung der Reinigungsbedüsung vorgesehen werden. Dieser Teilstrom könnte auch noch weitergehend vorbehandelt werden, z. B. durch Zusatz eines umweltverträglichen Reinigungsmittels, wie etwa Zitronensäure. Da die Wassermengen, die für einen Reinigungsprozess erforderlich ist, im Vergleich zur Wassermenge im System sehr gering ist, führt der Zusatz z. B. von Zitronensäure zum Reinigungswasser nicht zu einer relevanten Belastung der im System zirkulierenden Wassermenge. Da der Düsenrechen nach den Erfahrungen des Erfinders nur relativ selten zum Einsatzkommen müsste – je nach Wasserqualität einmal je Tag, je Woche oder je Monat, ist zu überlegen, ob in Kraftwerken mit einer hochentwickelten Wasseraufbereitung für den Dampfprozess vollentsalztes Wasser für die Tropfenabscheiderreinigung zum Einsatz kommen könnte. Wenn man von Sporen einmal absieht, könnte man hiermit alleine durch osmotische Effekte eine weitgehende Verringerung der Keimbeladung der Tropfenabscheiderbeläge erzielen. Grundsätzlich ist aber auch zu überlegen, Heißwasser für die Tropfenabscheiderreinigung einzusetzen. Für die Reinigung der Tropfenabscheider können sowohl Einstoffdüsen als auch Zweistoffdüsen mit einer die Zerstäubung und den Treibstrahleffekt intensivierenden Wirkung eingesetzt werden. Dabei wird die Flüssigkeit unter Einsatz eines gasförmigen Zerstäubungshilfsmittels versprüht. In diesem Falle kann es vorteilhaft sein, Wasserdampf als Zerstäubungshilfsmittel einzusetzen und somit einen Reinigungs-Tropfenstrahl mit einer Temperatur von ca. 70°C zu erzeugen, der einen hygienisierenden Effekt ausübt, auch wenn eine vollständige Abtötung aller Keime bei der kurzen Einwirkungszeit nicht zu erwarten ist. Aber die Reinigungsbedüsung ist jedenfalls so auszuführen, dass in dem nach unten aus den Tropfenabscheidern austretenden Schwadenteilstrom keine mit den von der Tropfenabscheideroberfläche abgelösten Mikroorganismen beladene Tropfen enthalten sind, die einen derart geringen Durchmesser aufweisen, dass sie nachfolgend mit einer hohen Keimbeladung den Tropfenabscheider wieder passieren und emittiert werden können. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Reinigungsbedüsung gepulst zu betreiben. Dies könnte bevorzugt im Bereich der Eigenfrequenz der Tropfenabscheider erfolgen, um diese zu Schwingungen anzuregen, die für die Ablösung von Belägen hilfreich sind. Es ist noch zu untersuchen, ob eine einfache niederfrequente Beschallung der Tropfenabscheider näherungsweise mit ihrer Eigenfrequenz ebenfalls bereits eine Reinigungswirkung ausübt.In the interests of optimized cleaning of the mist eliminators, the question arises as to which cleaning liquids should be used. So far, the process additional water is introduced to compensate for the loss of evaporation of a wet cooling tower directly into the recooled water in the cooling tower. The process water is usually pretreated (decarbonated, filtered, occasionally treated with biocides). But the additional process water is usually only slightly loaded with microorganisms if it does not come from a heavily polluted receiving waters after a longer summer period with elevated water temperatures. Therefore, a partial flow of this additional process water should preferably be provided for the water supply of the Reinigungsbedüsung. This partial flow could also be further pretreated, z. B. by the addition of an environmentally friendly cleaning agent, such as citric acid. Since the amounts of water that is required for a cleaning process, compared to the amount of water in the system is very low, the addition z. B. of citric acid to cleaning water does not cause a relevant load of circulating water in the system. Since the nozzle rake according to the experience of the inventor only relatively rarely used - depending on the water quality once a day, per week or per month, is to be considered whether in power plants with a sophisticated water treatment for the steam process fully demineralized water for the mist eliminator used could. If one ignores spores, one could achieve an almost complete reduction of the microbial load of the mist eliminator pads by osmotic effects alone. In principle, however, it is also to be considered to use hot water for the demister cleaning. For the purification of the mist eliminators both single-fluid nozzles and two-fluid nozzles with an atomization and the Treibstrhleffekt intensifying effect can be used. The liquid is sprayed using a gaseous sputtering aid. In this case, it may be advantageous to use steam as To use sputtering aid and thus to produce a cleaning droplet jet with a temperature of about 70 ° C, which exerts a sanitizing effect, even if a complete kill of all germs in the short exposure time is not expected. But the Reinigungsbedüsung is in any case be designed so that in the emerging from the bottom of the droplet separator partial flow no loaded with the detached from the droplet surface microorganisms droplets are included, which have such a small diameter that they pass with a high germ loading the droplet again and can be emitted. In a further embodiment of the invention, it is provided to operate the Reinigungsbedüsung pulsed. This could preferably take place in the region of the intrinsic frequency of the droplet separators, in order to stimulate them to oscillations which are helpful for the detachment of linings. It is still to be investigated whether a simple low-frequency sonication of the droplet separator also approximately already exerts a cleaning action with its natural frequency.
Bei Einsatz einer funktionstüchtigen Reinigungsvorrichtung besteht jedenfalls auch die Möglichkeit, hoch effiziente wabenartige Tropfenabscheider einzubauen, die verschmutzungsanfällige Kapillarspalte aufweisen.In any case, when using a functional cleaning device, it is also possible to install highly efficient honeycomb-type droplet separators which have capillary gaps which are prone to contamination.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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