DE1936137A1

DE1936137A1 - Dampfkraftanlage mit Luftkuehlung

Info

Publication number: DE1936137A1
Application number: DE19691936137
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl-Ing Kelp
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1969-07-16
Filing date: 1969-07-16
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE1936137B2; GB1299286A

Description

Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Erlangen, 15.7.69

Werner-von-Siemens-Str. 67

Unser Zeichens PLA 69/5605 Skn/Di

Dampfkraftanlage mit luftkühlung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage mit Luftkühlung, insbesondere ein Kraftwerk großer Blockleistung, wobei die Kondensationswärme des Turbinenabdampfes an die Umgebungsluft abgeführt wird. Die Erfindung hat dabei besondere Bedeutung für ein Kühlsystem, das mit Hilfe natürlichen Zuges arbeitet, kann aber gegebenenfalls zusätzlich noch mit Lüftern versehen werden. Die Lüfter brauchen dabei aber nicht so groß bemessen zu werden, daß sie allein imstande sind, die Kühlluft zu fördern, vielmehr können sie lediglich zur Unterstützung des Naturzuges mit herangezogen werden.

Es sind bereits luftgekühlte Dampfkraftanlagen bekannt geworden, bei denen die Wärmetauscher, an denen die Kühlluft vorbeistreicht, neben dem Maschinenhaus, auf dem Dach oder einer Bühne oberhalb des Maschinenhauses oder auf dem Kesseldach angeordnet sind. Bei derartigen Konstruktionen wird die Luft aber nicht durch Naturzug gefördert, sondern es sind eigens Ventilatoren erforderlich, um den notwendigen Luftstrom zu erzeugen. Neben den bei' dieser bekannten Anlage erforderlichen langen Abdampfleitungen, welche außer den Kosten auch einen höheren Druckverlust und entsprechende Wirkungsgradverminderung zur Folge haben, ist besonders die Lärmentwicklung der Ventilatoren von Nachteil. Weiterhin ist der Energiebedarf für.die Lüfter beträchtlich, aodaß bei größeren Blockleistungen die. Anwendung solcher Zwangsbelüftungsmaßnahmen die nutzbare Leistung des Kraftwerkes vermindert.,

Es ±a% weiterhin bekannt, zur Luftkühlung einen Kühlturm in der

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Nähe des Maschinenhauses auf dem Kraftwerksgelände aufzustellen und das zu kühlende Medium durch Rohrleitungen von der Turbine zu den im oder am Kühlturm befindlichen Kühlelementen hinzuleiten und auf gleiche Weise zurückzuführen. Sowohl bei direkter Kondensation des Turbinendampfes im Kühlturm als auch bei der Rückkühlung von Kühlwasser eines wassergekühlten Kondensators sind entsprechende aufwendige Rohrleitungen zwischen Maschinenhaus und Kühlturm erforderlich, wobei insbesondere das direkte Kondensationsverfahren.. Rohrleitungen von sehr großen Durchmessern erforderlich macht, sodaß durph die erhebliche Rohrlänge: wiederum zusätzliche Druckverluste und Wirkungsgradeinbußen entstehen. Die fiohrlfeitungslänge ergibt sich beim direkten und indirekten luftgekühlten Kondensations-" verfahren durch die Notwendigkeit einer freien Luftzuströmung zu dem Kühlturm, der bei größeren Kraftwerksblöcken einen Basisdurchmesser von 100 m und mehr hat. Pur die Luftzuströmung muß also ein größerer Abstand zwischen Kühlturm und Maschinenhaus sowie anderen Gebäuden eingehalten werden, sodaß darüber hinaus diese Anordnung eine große Fläche benötigt, die für andere Zwecke nicht verwendet werden kann. ,

Um auf einer möglichst kleinen Fläche einen gedrängten Kraftwerksaufbau zu erzielen, hat man daher auch schon vorgeschlagen, das gesamte Kraftwerk im Innern eines Naturzug-Kühlturmes mit indirektem Luftkühlverfahren einzubauen. Mit einer solchen ^ platzsparenden Anordnung hätte man aber wieder andere Nachteile in Kauf nahmen müssen. Durch die Umschließung des Kessels werden nämlich Brennstoffzuführung und Ascheabtransport bei kohlebefeuerten Kraftwerken erschwert. Auch ist durch die ständige Luftströmung eine Verschmutzung der Anlage unvermeidlich. Weiterhin erfordert die Belüftung und Klimatisierung der zu begehenden Räume von Maschinenhaus, Kesselhaus usw. einen erheblichen Mehraufwand und einen Verlust an Kühlluft, da diese Luftmenge den Anlageteilen unauf ge wärmt zugeführt we rd eil muß, um besonders im Sommer eine unzumutbare Belästigung des Kraftwerkspersonals zu vermeiden. Auch die Abführung dieser nicht der

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Kondensatorkühlung dienenden Luft erfordert zusätzlichen Aufwand, denn eine einfache Beimischung dieser kälteren Luft zu der im Turm strömenden "bereits aufgewärmten Luft vermindert die Zugwirkung. Schließlich bereitet auch die Portleitung der elektrischen Energie bei dieser Bauweise Schwierigkeiten. Wird der Blocktransformator in der Nähe des Generators aufgebaut, so sind für die Hochspannungsleitung-aufwendige Kabel zwischen dem Innern des Kühlturmes und einer außerhalb angeordneten Schaltanlage notwendig. Wenn man aber statt dessen den Blocktransformator an der Außenseite des Kühlturmes anordnet, ergeben sich lange und teuere Generatorableitungen.

Der Erfindung liegt'die Aufgabe zugrunde, ein luftgekühltes Dampfkraftwerk zu .schaffen, bei dem die-Wärme über einen Kühlturm abgeführt wird, der ganz oder überwiegend mit Naturzug arbeitet und diese geschilderten Nachteile vermeidet. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß der Kühlturm nur die beiden Längsseiten des Maschinenhauses umschließt, die Querseiten des Maschinenhauses damit also für andere Zwecke frei bleiben.

Die Erfindung beruht dabei zum Teil auf der Erkenntnis, daß bei kreisförmigem Grundriß von Kaminkühlern die Kühlleistung der Kühltürme durch die Windströmung beeinträchtigt wird. Bei einem angeströmten rotationssymmetrischen Körper treten nämlich an den Seiten Geschwindigkeitserhöhungen auf, die an diesen Stellen eine Druckabsenkung zur Folge-'haben. Die dort eintretende Kühlluftmenge verringert sich also erheblich. Man könnte zwar daran denken, am äußeren .Umfang des Kühlturmes, wo sich Kühlelemente befinden, verstellbare Luftklappen vorzusehen und je nach Windstärke und Windrichtung diese Klappen zu verstellen. Durch solche Maßnahmen wird aber immer wieder eine Verbesserung der Luftdurchströmung an einer bestimmten Stelle dadurch erkauft, daß an anderen Stellen die Lufteinströmung behindert wird, sodaß also im ganzen gesehen die Kühlflächen niemals voll ausgenutzt werden, also entweder partiell Kühlflächen überhaupt ungenutzt bleiben müssen oder zur Vergleichmäßigung der gekühlten Flächen eine sonst mögliche stärkere Durchströmung unerwünscht gedrosselt werden müßte. Auch andere

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Maßnahmen, wie 25.B. der Einbau innensteilender Wände, sind mit ähnlichen Nachteilen verknüpft. Man kann zwar durch Wände mit kreuzförmigem ■ Grundriß vermeiden, daß ein !Teil der bereits aufgewärmten Luft durch die an der windabgewandten Seite vorhandenen Kühlelemente den Kühlturm wieder verläßt, muß dabei aber wieder die anderen geschilderten Nachteile in Kauf nehmen.

Demgegenüber sieht die Erfindung vor, von vornherein nur zwei Breitseiten eines Kühlturmes für den Wärmeaustausch zu nutzen, wobei man dann mit Vorteil von der bisherigen runden Querschnittsform des Kühlturmes abgehen und einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, natürlich auch einen ovalen Que:.^xschnitt wählen kann. Wenn jetzt gemäß der Erfindung die großen Längswände des Kühlturmes entsprechend den Längswänden des Maschinenhauses zur Einströmung der Kühlluft herangezogen werden, so stehen die Querseiten des Maschinenhauses zur Zuführung von Rohrleitungen, Kabeln sowie zur Fortleitung der elektrischen Energie, Anordnung eines Montagegleises usw. frei zur Verfügung.

Ein Teil der erforderlichen Kühlelemente läßt sieh am Fuß des Kühlturmes nebeneinander im wesentlichen auf einer geraden senkrechten Fläche anordnen. Man kann dann einen anderen Tei-1 der erforderlichen Kühlelemente auf einer Bühne oberhalb des Mäschinenhauskranes anbringen. Hierbei findet auch unter unterschiedlicher seitlipher Kühlluftzustromung ein Ausgleich der Beaufschlagung statt, da sich die Kühlluft im darunter liegenden Raum auch bei einseitiger Einströmung gleichmäßig verteilen kann. Da die Einströmflächen gerade oder nur schwach gebogen sind, kann der bei kreiszylindrischer Anordnung geschilderte Unterdruckeffekt hier nicht eintreten.

Beim direkten luftgekühlten Kondensationssystem ist es zweckmäßig, möglichst kurze gerade Abdampfleitungen vorzusehen. Dies ist im Zwischenraum zwischen Masehinenhaus-Außenwand und Kühlturm leicht möglich, wobei sich der Vorteil ergibt, daß auch die Dampfrohre zur Verteilung in Längsrichtung des

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Maschinenhauses als gerade Rohre ausgeführt werden können.

Bekanntlich ist in Rohrleitungen wie auch in Luftkanälen der Druckverlust durch Umlenkungen erheblich stärker als bei relativ großer gerader Strömungsführung. Daher ist es günstig, wenn im Sinne der Erfindung die Kühlelemente in einer Linie nebeneinander angeordnet werden gegenüber einer kreisförmigen oder polygonen Bauart, wie sie bei zylindrischen Kühltürmen mit am Umfang angeordneten Kühlelementen sich zwangsläufig ergibt.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt in G-rundrißdarstellung die Anordnung wesentlicher Kraftwerksteile, wobei neben dem Kessel i das Maschinenhaus 8 so angeordnet ist, daß es die Schmalseite dem Kessel zuwendet. Im Maschinenhaus 8 befindet sich ein Turbosatz mit der Turbine 5 und dem Generator 6. Zwischen Maschinen-* haus 8 und Kessel 1 befindet sich die Warte 2 und die Elektroanlage 4» wobei im Bereich 3 Rohrleitungen den Kessel 1 mit der Turbine 5 verbinden.

Der Kühlturm umschließt entsprechend dem strichpunktiert gezeichneten Linienzug 9,29 das Maschinenhaus 8 und die Räume 2,3 und 4, wobei die Luftzuführung vor den Maschinenhauslängsseiten 35»36 an den beiden Breitseiten 9,29 des Kühlturmes erfolgt. Die Kühlluft verläßt den Turm durch die obere öffnung, die durch den strichpunktiert gezeichneten Linienzug 10 angedeutet ist. Der Abdampf der Turbine 5 gelangt durch die Leitungen 7 vom Tμrbinenaüstritt in den Raum zwischen Kühlturm und Maschinenhauswand und wird von dort zur weiteren Verteilung in Längsrichtung nach oben geleitet. Der Kühlturm, der die beiden Längsseiten 35,36 des Maschinenhauses 8 umschließt, läßt die

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Querseiten des Maschinenhauses für andere Zwecke frei. So kann die Querseite 31 des Maschinenhauses in anderer Weise genutzt werden. So ist es beispielsweise möglich, den Blocktransformator 11 hier aufzustellen, sodaß einerseits verhältnismäßig kurze Generatorableitungen vom Turbinengenerator 6 zum Blocktransformator 11 ermöglicht werden, andererseits aber auch auf der Hochspannungsseite keine Behinderung der Leitungsführung mehr vorhanden ist. In der Maschinenhausbühne befindet sich, wie gestrichelt gezeichnet angedeutet ist, eine Montageöffnung 12 für die Maschinenteile. Mit 13 ist dabei ein Gleis bezeichnet, um die Maschinenteile an- und abtransportieren zu können.

Die Figuren 2 und 3 Neigen Querschnitte durch das Maschinenhaus senkrecht zu den Längsseiten desselben. Dabei zeigt Figur ein Beispiel der direkten einstufigen luftgekühlten Kondensation.

Der von der Turbine 5 kommende Abdampf wird durch die Leitungen 7 zu den Längsverteilleitungen 14 hochgeführt und tritt teilweise mit Hilfe der Leitungen 15 in die Kondensationselemente 16 ein, die am oberen Teil des Kühlturmfußes auf den beiden Längsseiten angeordnet sind. Der restliche Teil des Abdampf es aus den Längsverteilleitungen 14 gelangt über die Verbindungsleitungen 17 in die Kühlelemente 18, die auf einem Rost oberhalb des Maschinenhauskranes 32 aufgestellt sind.

Die Luftzuführung in Richtung der Pfeile 22 erfolgt durch die oberen Regelklappen 24* Nach Durchströmen der Kühlelemente 16 gelangt die Kühlluft zwischen.der Wand des Kühlturmes 23 und einer Führungswand 21 zum Kühlturmaustritt bei 10. Durch absperrbare Wände 20 läßt es sich vermeiden, daß sich der zweite, in Pfeilrichtung 19 eintretende Luftstrom nach Passieren der unteren .Regelklappen 33 mit dem bereite aufgewärmten Kühlluftstrom mischen kann. Der in Pfeilriohtung 19 einströmende Kühlluftstrom durchsetzt die Kühlelemente 18, erwärmt sich, strömt innerhalb der Führungswände 21 nach oben und verläßt an der Stelle 10 ebenfall» den Kühlturm*

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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß keine besonderen Maßnahmen zur Klimatisierung erforderlich sind. Bei niedrigen Lufttemperaturen kann durch die Regelklappen 24 und 33 die Luftzufuhr unterschiedlich gestaltet werden, z.B. durch Verstellen der Klappen 33 in Schließrichtung die in den Raum des Maschinenhauses einströmende Luft wesentlich vermindert oder gar abgestellt werden, wenn bei niedrigen Lufttemperaturen die Kühlung durch die Luftmengen in Pfeilrichtung 22 ausreichend ist. Eine an sich mögliche stärkere Kühlung würde neben der Gefahr eines Einfrierens den Nachteil bringen, daß der Turbinen-Wirkungsgrad stärker abnimmt als die Gefälleverringerung infolge des tieferen Vakuums den Prozeß verbessert.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein direkt luftgekühltes Kondensationsverfahren, bei dem der Abdampf der Turbine auf zwei Mengen unterschiedlichen Druckes aufgeteilt wird. Bei dieser sogenannten Stufenkondensation gelangt der Abdampf niedrigen Druckes über die Leitungen 7, 14 und 15 zu den Kühlelementen 16, die an den Längsseiten des Kühlturmes 23 jetzt innerhalb der gesamten Einströmöffnung angeordnet sind. Auf der durchbrochenen Bühne 34 oberhalb des Maschinenhauskranes 32 befinden sich die Kühlelemente 18, zu denen der Abdampf höheren Druckes über die Leitungen 25, 26 und 17 gelangt. Die in Pfeilrichtung 19 durch die Regelklappen 33 eintretende Kühlluft strömt zuerst durch die Kühlelemente 16, wobei sie sich um einen gewissen Betrag aufwärmt, gelangt dann in das Maschinenhaus und schließlich.durch die Kühlelemente 18 nach weiterer Aufwärmung zum Austritt 10 des Kühlturmes 23. Im Gegensatz zu der in Figur 2 gezeigten Anordnung, wo die zwei Kühlströme parallel zueinander verlaufen, zeigt das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eine einzige Kühlluftströmung, die jetzt zwei Kondensationssysteme nacheinander durchsetzt.

Durch Absperrwände 28 läßt sich erreichen, daß in den unteren Teil des Maschinenhauses keine aufgewärmte Luft eindringen kann. Wenn es die klimatischen Bedingungen erfordern, kann

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der Bereich über der Turbine 5 durch eine leicht demontierbare Einschalung 27 gegen den .Einfluß der vorgewärmten Kühlluft abgeschirmt werden. Diese Bauweise hat den Vorteil eines außerordentlich geringen Bauaufwandes.

Da die Kühlluft hier zweimal zur Kühlung benutzt und höher aufgewärmt wird, ist ihre Menge relativ geringer, wobei aber der Auftrieb und damit die Strömungsgeschwindigkeit größer wird, sodaß sich der Bauaufwand für den Kühlturm verringern läßt. Der vorhandene StrömungsoLuerschnitt wird auf diese Weise zweimal vollkommen von Kühlelementen ausgenutzt, sodaß sich eine besonders raumsparende Gesamtanordnung ergibt. Diese Vorteile sind so bedeutsam, daß man dabei· eine ge^TA\4.sse

. Wirkungsgradversehlechterung in Kauf nehmen kann, die au,.

* dem erhöhten Druck desjenigen Teiles des Abdampfes beruht, der in den Kühlelementen 18 kondensiert wird. Wenn man jecrch die Kühlluftmenge nicht allzu knapp bemißt und für entsprechend große Wärmeaustauschflächen der Kühlelemente sorgt, 1st es durchaus möglich, einen besseren Wirkungsgrad als bei einstufiger Kondensation zu erreichen.

Durch die kompakte Bauweise, den geringen Platzbedarf und vor allem durch das geräuscharme Arbeiten der Anlage gegenüber einer mit Ventilatoren ausgerüsteten Kühlung eignet sicir eine solche Dampfkraftanlage besonders zur Aufstellung-in Wohngebieten oder an Verbraucherschwerpunkten, wo die"Vorteile der Luftkühlung voll zur Geltung kommen.

Wenn auch die Erfindung besondere Bedeutung für .das direkte Kondensationsverfahren besitzt, so eignet sie sich aber auch beim indirekten Kondensationsverfahren z.B. nach dem Heller-System. Auch hierbei bietet die kurze Leitungsführung besondere Vorteile, da dann die Leistung der Umwälzpumpen für die Kreislaufwassermenge gering gehalten werden kann. Die weiteren Vorteile bezüglich Platzbedarf, ftegelfähigkeit, Vermeidung nachteiliger Windeinflüsse usw. bleiben auch bei diesem Verfahren erhalten.

9 Patentansprüche '

3 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

/1. tt)ampfkraftanlage mit Luftkühlung, bei der die Kondenl^/sationswärme mit Hilfe eines Natürzug-Kühlturmes über Kühlelemente an die- ümgebungsluft abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlturm (23) im wesentlichen nur die beiden Längsseiten (35,36) des Maschinenhauses (8) umschließt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekentfzelehnet, daß ein Teil (16) der erforderlichen Kühlelemente am Fuß · des Kühlturmes (23) nebeneinander im wesentlichen auf einer geraden senkrechten Fläche angeordnet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderer Teil (18) der erforderlichen Kühlelemente auf einer durchbrochenen Bühne (34) oberhalb des Maschinenhauskranes (32) in der Weise angeordnet ist, daß auch bei unterschiedlicher seitlicher Kühlluftzuströmung ein Ausgleich der Beaufschlagung stattfindet.
4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei einstufiger Arbeitsweise der Kühlmittelströmung die Kühlluftströme durch die Kühlelemente (16,18) voneinander durch Absperrwände (20) und Führungswände (21) getrennt sind.
5» Anlage nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß im Maschinenhaus Abschirmungen (27,28) von Anlageteilen gegen den Kühlluftstrom vorgesehen sind.
6. Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kühllufteintritt es auf beiden Längsseiten (9,29) getrennt verstellbare Klappen (24,33) angeordnet sind.
7. Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des direkten Kondensationsverfahrens die Abdampfleitungen (7,25) im Raum zwischen Maschinenhaus- stützen (8) und Kühlturm'(23) angeordnet sind und zu darüber liegenden gerade verlaufenden Längsverteilleitungen (14,26) führen, die Über Hilfsleitungen(l5,17) mit den Kühlθlernenten (16,18) verbunden sind.

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8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweistufiger Kühlung die Kühlelemente der Stufe niedrigeren Dampfdruckes (16.) an den Längsseiten des Kühlturmes (23) und diejenigen des höheren Dampfdruckes (18) oberhalb des Maschinenhauses so angeordnet sind, daIi sie hintereinander von der Kühlluft durchsetzt werden (Pig. 3)
9. Anlage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der unteren Einströmung (19) gesondert verstellbare Klappen (33) in bezug auf die Klappen (24) im oberen Einströmbereich 22 vorgesehen sind. _t

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