DE1806656A1

DE1806656A1 - Verfahren zum Abfuehren der in Industrieanlagen,insbesondere in Kraftwerken anfallenden Abwaerme

Info

Publication number: DE1806656A1
Application number: DE19681806656
Authority: DE
Inventors: K Spangemacher
Original assignee: MASCHINENBAU-AG BALCKE; Balcke AG
Current assignee: MASCHINENBAU-AG BALCKE; Balcke AG
Priority date: 1968-11-02
Filing date: 1968-11-02
Publication date: 1970-05-27
Also published as: FR2022461A1; NL6916253A; BE741118A; CA922622A; DE1806656B2; GB1226460A; US3635042A

Description

PATBNTANW ALTE

dr. w. p. RADT MASOHIIfENBAU-AKTIENGESELLSCHAJT BALCKE

DIPL.-ING. B. E. FINKBNBR DIPL.ING. W. ERNESTI B O C Jl U m

463 Bochum

Hainrich-KSnic-StraS· JS F.rnipr.oh.r. 4 IB βθ. 4 IS Vt Telegrammkdresi·: R»dtp»t»nt

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Verfahren zum Abführen der in Industrieanlagen, insbesondere in Kraftwerken anfallenden Abwärme

Zum Abführen der in Industrieanlagen anfallenden Wärme ist es bekannt, aus einem Brunnen oder Fluß Wasser zu entnehmen und es als Kühlmittel zu benutzen. Das Verfahren verliert immer mehr an Bedeutung, weil die meisten Wasserquellen und Flüsse nahezu restlos erschöpft sind, In vielen Fällen benutzt man auch Kühltürme, in denen herabrieseIndes Wasser durch atmosphärische Luft gekühlt wird. Durch die direkte Berührung des Wassers mit der Luft treten dabei durch Verdunstung Wasserverluste ein, die durch Zusatzwasser ausgeglichen werden müssen. 10Zur Vermeidung der Wasserverluste ist es bekannt, das zu kühlende Medium z.B. durch Rohre zu leiten, deren Wandungen durch die atmosphärische Luft gekühlt werden. Derartige Trockenkühltürme sind kostspielig und aufwendig. Die Frage, ob bei einer neuen Anlage Naß- oder Trockenkühltürme eingesetzt werden, hängt weitgehend von dem Preis für das Zusatzwasser beim Naßkühlturm im Verhältnis zu dem höheren Kapitaldienst bei der Luftkondensation ab.

Die Erfindung geht von der Gegebenheit aus, daß die Abwärme vieler Industrieanlagen nicht gleichmäßig anfällt. Insbe-

:0 sondere bei Kraftwerken richtet sich die Wärmeabgabe nach dem tages- und Jahreszeitlich bedingten Bedarf des öffentlichen Elektrizitätsnetzes. Viele Fahrpläne von Kraftwerken weisen zeitweise erheblich geringere Belastungen als die Vollast auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Industrieanlage

25insbesondere ein Kraftwerk, im kalten Ende so auszubilden, daß für die Grundlast ein Trockenkühlturm erstellt wird, während

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die Spitzenlast vom Naßkühlturm aufgenommen wird. Dadurch entstehen die höheren Anlagekosten nur für den Grundlastteil, während die Kosten für den Zusatzwasserbedarf des Naßkühlturms nur während der Spitzenzeiten aufgewendet werden·

Es ist bei Luftkondensationsanlagen bekannt, in die Kühlluft zeitweise Wasser einzuspritzen mit dem Ziel, die Temperatur der Kühlluft herabzusetzen. Dies geschieht z.B. durch Düsen ähnlich wie bei einer Klimaanlage. Nach einer anderen bekannten Methode durchströmt die Kühlluft eine Vorkammer, in der wie in einem Naßkühlturm Wasser herunterrieselt, wobei die Luft mit Wasserdampf nahezu gesättigt wird. Eine solche Anlage soll bei niedrigen Außenlufttemperaturen als reiner luftgekühlter Wärmetauscher arbeiten, während bei hohen Außen lufttemperaturen und geringer Luftfeuchte zusätzlich eine mehr oder/weniger¹ große Wassermenge eingespritzt wird, um dadurch die Temperatur der Kühlluft in entsprechendem Maße zu

Demgegenüber sieht die Erfindung vor, die Abwärme von Industrieanlagen, insbesondere von Kraftwerken, in einer Anlage abzuführen, in der ein Trockenkühlturm und ein Naßkühlturm miteinander kombiniert sind.

Die Erfindung berücksichtigt, daß die verschiedenartigen Charakteristiken von Wasserkondensation mit Naßkühlturm und Trockenkühlturm sich insofern ergänzen,- als der Naßkühlturm im Sommer die unerwünschte Temperaturspitze des Trockenkühlturms mildert, während im Winter die nicht ausnutzbare Temperatursenke des Trockenkühlturms durch entsprechend hohe Belastung ausgeglichen wird. Eine Überschlagsrechnung ergibt,

JO daß, wenn bei der mittleren Jahrestemperatur von +10° C (t_f » 8° C) die Wasserkondensation mit Naßkühlturm und der Trockenkühlturm Qe die Hälfte der Wärme bei gleichem Vakuum abführen sollen, bei -10° C der luftgekühlte Wärmetauscher

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BAD ORlGiNAU

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ca. 75 % zu kondensieren in der Lage wäre, so daß nur 25 % für die Naßkühlturmkühlung übrigbleibt. Im Sommer bei +25° (t_f - 19° C) könnte dann der Naßkühlturm 65 % der Kühlleistung und der Trockenkühlturm 35 % übernehmen. Die Kondensationstemperatur könnte dabei um ca· 6 C gegenüber einer reinen Kondensation mit einem Trockenkühlturm verbessert werden, was eine Steigerung der Turbinenleistung bei gleichem Wärmeverbrauch um 2 % gegenüber einer Anlage mit reiner Trockenkühl-' turmkondensation bedeutet. Der in dem starken Leistungsabfall der Kraftwerksleistung bei hohen Sommertemperaturen bestehende Nachteil der Kondensation mit Trockenkühltür-men würde so reduziert, als wenn der Trockenkühlturm mit einer Luftbefeuchtung versehen wäre. Eine kombinierte Anlage - Wasserkondensation mit Naßkühlturm und Trockenkiihlturm - ist also der auch erwähnten reinen Kondensation im Trockenkühlturm mit Wassereinspritzung in die Luft in Jeder Weise überlegen, da sie im Sommer auch nicht mehr Zusatzwasser benötigt als die letztere, während die Anlagekosten wesentlich geringer sind.

Bei einer derartigen kombinierten Anlage würde der Zusatzwas-Berbedarf bei Vollast betrageni

bei -10° C 25 % der reinen Naßkühlturmkühlung bei +10° C 50 % " " " bei +25° C 65 % " ⁿ "

Da aber Wärmekraftwerke nur selten Vollast fahren, sondern sich nach einem Fahrplan richten, der kurze Vollastspitzen vorsieht, wird der Zusatzwasserbedarf insofern erheblich geringer sein, als bei Teillast der Trockenkühlturm voll ausgefahren und die Naßkühltunalast entsprechend weiter reduziert werden kann. Bei der Kombination würde also der Trockenkühlturm gewissermaßen die Grundlast und die Naßkühlturmkondensation die Spitze übernehmen. Der Vorteil der Kondensation mit Trockenkühltürmen, kein Zusatzwasser zu benötigen, ist also

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für den großen Teil der vom Kraftwerk abgegebenen Arbeit gegeben. Der Vorteil des Naßkühlturms, geringere Anschaffungskosten zu verursachen, trifft für die Spitzenleistung zu.

Bei einem Verfahren zum Abführen der in Industrieanlagen, ins besondere in Kraftwerken anfallenden Abwärme, vorzugsweise zur Kondensation von Turbinenabdarapf durch Kühlung des

/ Dampfes oder Wassers unter Verwendung von Naß-Trockenkühltürmen besteht die Erfindung darin, daß die Abwärme eines einzigen Prozesses in einem kombinierten Naß-Trockenkühlturm an die Kühlluft abgegeben wird, wobei die Kühlluft für den Trockenkühlturmteil parallel zur und getrennt von der Kühlluft für den Naßkühlturmteil eingeleitet und gemeinsam abgeführt wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil des zu kühlenden Dampfes, wie es an sich bekannt ist, in einem Kondensator kondensiert und das Kühlwasser des Kondensators im Kreislauf durch den Naßkühlturmteil geleitet, während der andere Teil des Dampfes dem Trockenkühlturmteil zugeführt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der zu kühlende Dampf in einem kombinierten Einspritz-Röhrenkondensator kondensiert, dessen in den Rohren fließendes Kühlwasser im Kreislauf zur Kühlung über den Naßkühltürmteil geführt wird, und dessen Einspritzkühlwasser, das den Kondensator zusammen mit dem Kondensat verläßt und anschließend von diesem getrennt wird, durch den Trockenkühlturmteil geleitet und nach der Kühlung wieder in den Kondensator eingespritzt wird. Die Erfindung sieht ferner vor, daß der zu kühlende Dampf in einem Kondensator kondensiert wird und daß das im Kreislauf geführte Kühlwasser nacheinander den Trockenkühlturmteil und den Naßkühlturmteil durchläuft.

Die Regelung des Prozesses erfolgt, erfindungsgemäß in der .

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Weise, daß durch am Umfang des Naßkühlturmteils angebrachte Drosselklappen der Naßkühlturmteil mehr oder weniger an der Wärmeabfuhr des Prozesses beteiligt wird·

Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen, insbesondere wenn die Zusatzwasserkosten hoch sind und die Brennstoffkosten, z.B. durch Verwendung von Abfallbrennstoffen oder Kernenergie, niedrig liegen. Die Anlagekosten bewegen sich dann etwa zwischen denen für die Kühlung mit Naßkühltürmen und der für Trockenkühltürme. Der Platzbedarf ist geringer als bei der Kühlung mit Trockenkühltürmenj der Zusatzwasserbedarf beträgt nur einen Bruchteil des Bedarfs bei reinem Naßkühl turmbetrieb. Darüber hinaus, besteht bei der beanspruchten Kombination die Möglichkeit, durct einfache Verstellung der Jalousien die Brennstoffkosten auf Kosten des Zusatzwasseranteils und umgekehrt zu senken. Bei kleiner Kraftwerkslast, wenn der Naßkühlturmteil ganz abgestellt wird, werden die Jalousien ganz geschlossen. Auch bei höherer Last werden die Klappen meist etwas gedrosselt, während bei Höchstlast die Jalousien in der Regel nur im Som_mer voll geöffnet werden. Der Naßkühlturmteil ist besonders i Winter infolge seiner flachen Charakteristik in der Lage, bei voll geöffneten Klappen so viel Last zu übernehmen, daß das Vakuum - natürlich auf Kosten des Zusatzwasserverbrauches besser wird. Auf diese Weise kann nicht nur der Wärmeverbrauct gesenkt, sondern auch die Leistung des Kraftwerks erhöht werden. Im Sommer kann der Naßkühlturmteil ähnlich wie die Wassereinspritzung in die Luft von Trockenkühltürmen wirken, wobei die bekannten Nachteile des Äbsetzens von Salzen auf den Kühlflächen und ihre Korrosion vermieden werden.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zei*-gen:

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OFHGJNAL

Figur 1 eine Anlage, in der der Turbinenabdampf teilweise in einem wassergekühlten und teilweise in einem luftgekühlten Kondensator kondensiert wird,

Figur 2 eine Anlage, in der der Turbinenabdampf in einem kombinierten Einspritz-Oberflächenkondensator kondensiert wird und

Figur 3 eine Anlage, in der der Turbinenabdampf in einem wassergekühlten Kondensator kondensiert wird.

Auf der Zeichnung ist mit 1 der kombinierte Waß-Trockenkühlturm bezeichnet; statt eines selbstventilierenden Kühlturms mit einem hohen Kamin kann auch ein niedrigerer Kühlturm bekannter Bauart mit einem oder mehreren Ventilatoren benutzt werden. Der Naßkühlturmteil ist ringförmig auf der Grundfläche des Turmes angeordnet und besteht aus dem Sammeltrog 11, dem Rieselteil 12 und der Kühlturmtasse 13.· Das zu kühlend« Wasser strömt vom Sammeltrog 11 'aus über nicht dargestellte Spritzrohre oder Düsen in den Rieselteil 12, in dem es in freier Verteilung herabrieselt und durch die Kühlluft gekühlt wird. Diese wird seitlich am Umfang in Richtung des Pfeiles 15 durch die Kaminwirkung (oder durch Ventilatoren) angesaugt. Vor dem Lufteintritt in den Naßkühltürmteil befindention verstellbare Drosselklappen 17, durch die die eintretende Luftmenge dosiert werden kann. Das gekühlte Wasser wird in der Kühlturmtasse 13 gesammelt. Oberhalb des Naßkühlturmteils erstreckt sich ebenfalls über den gesamten Umfang der Trockenkühlturmteil, der aus einem luftgekühlten Oberflächenkondensator bekannter Bauart besteht. Die Kühlluft strömt den Oberflächenkondensator in Richtung des Pfeiles 14 an; die Abluft wird von dem Kamin angesaugt und verläßt ihn zusammen mit der aus dem Naßkühlturmteil aufsteigenden Luft durch den Austritt 16.

Bei der auf Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird ein

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Teil des Abdampfes über die Leitung 3 dem Kondensator 4, der andere Teil dem Trockenkühlturmteil 5 zugeführt. Las Kondensat der beiden Kondensatoren fließt durch die Leitungen 6 bzw. 7 zum Kessel zurück. Das durch die Kühlrohre 9 des Kondensators 4 fließende Wasser wird mittels der Pumpe 8 durch die Leitung 18 in den Sammeltrog 11 gegeben, im Naßkühlturmteil gekühlt und fließt dann im Kreislauf zurück in die Kühlrohre 9 des Kondensators 4.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 strömt der Abdampf der Turbine 2 durch die Abdampfleitung 3 in einen kombinierten Einspritz-Oberflächenkondensator 19· Hierin wird er teils durch wassergekühlte Rohre 20 und teils durch Einspritzwasser von der Qualität des Kesselspeisewassers kondensiert. Der erste Kühlwasserkreislauf enthalt nicht entgastes und in der Regel nicht entsalztes Wasser, das von der Pumpe 21 durch die Kühlrohre 20 und die Leitung 22 dem Naßkühlturmteil, bestehend aus dem Sammeltrog 11, dem Rieselteil 12 und der Kühlturmtassc 13, zugeführt wird, von wo aus es durch die Leitung 23 wieder der I\impe 21 zufließt. Der zweite Kreislauf von der Qualität des Kesselspeisewassers wird aus dem Kondensator 19 nach Abzweigung des Kondensats, das wieder in den Kessel eingespeist wird, über die Pumpe 25 abgezogen und durch die Leitung 26 dem Trockenkühlturmteil 5 zugeführt, der in der Regel aus be rippten Wärmetauscherrohren besteht. In diesem wird es durch die in Richtung des Pfeils 14 eintretende Kühlluft rückgekühlt. Das abgekühlte Wasser strömt durch die Leitung 27 und ein Drosselorgan 28, das auch eine Entspannungsturbine sein kann, über nicht dargestellte Einspritzdüsen in den Kondensator 19· Die Kühlluft tritt in den kombinierten Kühlturm an der Peripherie des Naßkühlturmteils (Pfeil 15) und des Trockei kühlturmteils (Pfeil 14) ein und aus dem Luftaustritt 16 aus.

Figur 3 zeigt eine Anlage, in der der aus der Turbine 2 austretende Abdampf über eine Abdampfleitung 3 in einen wassergekühlten Kondensator 29 eintritt und als Kondensat durch die

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Leitung 30 zum Kessel zurückgeführt wird. Sas Kühlwasser wird von der Pumpe 31 über die Kühlrohre 32 des Kondensators 29 und die Leitung 33 in den Trockenkühlturmteil 5 gedrückt und fließt dann in den Sammeltrog 11 des Naßkühlturinteils. Von hier gelangt das Wasser in der in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Weise durch den Rieselteil 12 in die Kühlturmtasse 13» von wo es über die Leitung 34· der Pumpe 31 zuläuft. Die Kühlluft durchströmt den kombinierten Naß-Trockenkühl'turm in der bereits beschriebenen Weise (Pfeile 14 und 15).

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Abführen der in Industrieanlagen, insbesondere in Kraftwerken anfallenden Abwärme, vorzugsweise zur Kondensation von Turbinenabdampf durch Kühlung des Dampfes oder Wassers unter Verwendung von Naßkühltürmen und TrockenkühltürmexXluftgekühlten Wärmetauschern), dadurch gekenzeichnet , daß die Abwärme eines einzigen Prozesses in einem kombinierten Naß-Trockenkühlturm an die Kühlluft abgegeben wird, wobei die Kühlluft für den Trockenkühlturmteil parallel zur und getrennt von der Kühlluft für den Naßkühlturmteil eingeleitet und gemeinsamab.geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zu kühlenden Dampfes in an sich bekannter Weise in einem Kondensator kondensiert wird, dessen Kühlwasser im Kreislauf durch den Naßkühlturmteil geleitet wird, während der andere Teil des Dampfes dem Trockenkühlturmteil zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu kühlende Dampf in einem kombinierten Einspritz-Röhrenkondensator kondensiert wird, dessen in den Rohren fließendes Kühlwasser im Kreislauf zur Kühlung über den Naßkühlturmteil geführt wird, und dessen Einspritzkühlwasser, das den Kondensator zusammen mit dem Kondensat verläßt und anschlie-' ßend von diesem getrennt wird, durch den Trockenkühlturmteil geleitet und nach der Kühlung wieder in den Kondensator eingespritzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu kühlende Dampf in einem Kondensator kondensiert wird und daß das im Kreislauf geführte Kühlwasser nach-einander den Trockenkühlturmteil und den Naßkühlturmteil durchläuft.

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5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Prozesses durch die am Umfang des Naßkühlturmteils angebrachten Drosselklappen in der Weise erfolgt, daß der Naßkühlturmteil mehr oder weniger an der Wärmeabfuhr des Prozesses beteiligt wird.

6. Kombinierter Naß-Trockenkühlturm zur Durchführung des Ver fahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem Kühlturm üblicher Bauart mit vorzugsweise kreisförmiger Grundfläche besteht, auf der ringförmig der aus den Rieselflächen und einer Wasserverteilung bestehen de Naßkühltürmteil angeordnet ist, daß oberhalb des Waßkühlturmteils ebenfalls ringförmig der Trockenkühlturmteil so angeordnet ist, daß die ihn verlassende Kühlluft über den Turm abgezogen wird, und daß dem Naßkühlturmteil verstellbare

15'Drosseleinrichtungen vorgeschaltet sind, die die Kühlluft vor Eintritt in den Naßkühlturmteil durchströmt.

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