DE202004004397U1 - Air-cooled dry cooler for condensing water vapor - Google Patents
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- F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
Abstract
Luftbeaufschlagter Trockenkühler zum Kondensieren von Wasserdampf, dessen geneigt angeordnete Kühlelemente (10, 11) einerseits an eine obere Dampfverteilerleitung (12) und andererseits an eine gemeinsame Kondensatsammelleitung (13) angeschlossene Rippenrohre besitzen, und welcher mindestens einen Gegenstromkondensator (Dephlegmator) aufweist, wobei die Kühlelemente (10, 11) V-förmig angeordnet sind und benachbarte Schenkel eines auf der Spitze stehenden Dreiecks bilden, bei welchem die Kühlelemente (10, 11) gegenüber einer Horizontalen um 45° geneigt angeordnet sind, wobei die Anströmflächen der Kühlelemente (10, 11) voneinander abgewandt und die Abströmflächen der Kühlelemente (10, 11) dem Inneren des Dreiecks zugewandt sind, wobei im Bereich eines oberen Schenkels des Dreiecks wenigstens zwei Ventilatoren (9) vorgesehen sind, und wobei von den Kühlelementen (10, 11) erwärmte Kühlluft durch die Ventilatoren (9) aus dem Inneren des Dreiecks absaugbar ist.Air-cooled dry cooler for condensing water vapor, the inclined cooling elements (10, 11) of which have finned tubes connected on the one hand to an upper steam distribution line (12) and on the other hand to a common condensate collecting line (13), and which has at least one counterflow condenser (dephlegmator), the cooling elements (10, 11) are arranged in a V-shape and form adjacent legs of a triangle standing on the tip, in which the cooling elements (10, 11) are arranged inclined at 45 ° to a horizontal, the inflow surfaces of the cooling elements (10, 11) facing away from each other and the outflow surfaces of the cooling elements (10, 11) facing the interior of the triangle, at least two fans (9) being provided in the region of an upper leg of the triangle, and wherein cooling air heated by the cooling elements (10, 11) through the Fans (9) can be extracted from inside the triangle.
Description
Es ist Stand der Technik, Abdampf aus einer Dampfturbine mit einem luftgekühlten Kondensator zu kondensieren. Dabei strömt der Abdampf aus der Turbine durch eine Abdampfleitung und tritt in aus Rippenrohren gebündelte Kühlelemente, so genannte Rippenrohrbündel ein, in denen der Dampf kondensiert wird. Das Kondensat wird in den Speisewasserkreislauf zurückgeführt. Die Rippenrohre stehen innenseitig unter Vakuum, wobei die nicht kondensierbaren Gase abgesaugt werden. Der Kühlluftstrom wird im allgemeinen mit Ventilatoren erzeugt. Die Trockenkühler werden nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzt, wobei die Dachbauweise (A-Anordnung) am weitesten verbreitet ist. Hierbei bilden die Kühlelemente die Schenkel eines Dreiecks, an dessen Basis die Ventilatoren angeordnet sind. Hierzu sind die Kühlelemente auf einer Plattform angeordnet, die von einer Unterkonstruktion aus Stahl oder Beton getragen wird. In der Plattform sind die Ventilatoren angeordnet, welche die Umgebungsluft als Kühlluft ansaugen und über die Außenflächen der Rippenrohre drücken. Die Kühlluft nimmt dabei die Kondensationswärme des kondensierenden Wasserdampfs auf und verlässt als warme Abluft die Rippenrohrbündel auf der Außenseite die Anordnung.It is state of the art, exhaust steam to condense from a steam turbine with an air-cooled condenser. It flows the exhaust steam from the turbine through an exhaust pipe and enters in bundles of finned tubes Cooling elements, so-called finned tube bundle in which the steam is condensed. The condensate is in returned the feed water circuit. The Finned tubes are under vacuum on the inside, the non-condensable ones Gases are extracted. The cooling air flow is generally generated with fans. The dry coolers will assembled according to the modular principle, the roof construction (A arrangement) is the most common. Here form the cooling elements the legs of a triangle, at the base of which the fans are arranged are. The cooling elements are for this purpose arranged on a platform by a substructure Steel or concrete is worn. The fans are in the platform arranged, which suck in the ambient air as cooling air and over the Outer surfaces of the Press finned tubes. The cooling air takes the heat of condensation of the condensing water vapor and leaves the finned tube bundle as warm exhaust air the outside the order.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist der sehr komplizierte Strömungsweg der Luft, welcher durch Verwirbelungen, zahlreiche Umlenkungen sowie ständige Beschleunigung und Verzögerung der Luftströmung zu einem hohen Maß an so genannten Sekundärverlusten führt. Diese Sekundärverluste sind nur durch eine hohe statische Pressung des zu fördernden Luftvolumens kompensierbar, was mit einem hohen Energiebedarf für die Ventilatoren verbunden ist.This arrangement is disadvantageous the very complicated flow path the air, which is caused by turbulence, numerous deflections and permanent Acceleration and deceleration the air flow to a high degree so-called secondary losses leads. These secondary losses can only be conveyed through high static pressure Air volume can be compensated, which means a high energy requirement for the fans connected is.
Ein weiterer Nachteil der drückenden Anordnung ist die Schräganströmung im Ventilatoreintritt, wodurch der statische Wirkungsgrad des Ventilators gegenüber einer idealen vertikalen Anströmung um einige Prozentpunkte zurückgeht.Another disadvantage of the oppressive The arrangement is the inclined flow in the Fan entry, reducing the static efficiency of the fan across from an ideal vertical flow decreases by a few percentage points.
Bei drückend angeordneten Ventilatoren entstehen beim Austritt der Kühlluft aus dem Ventilatorlaufring und beim anschließenden Eintritt in den Dachraum unterhalb der Rippenrohrbündel starke Turbulenzen in der Luftströmung. Diese führen zu einer sehr ungleichmäßigen Luftverteilung auf der Anströmseite der Rippenrohrbündel. Das führt wiederum zu einem Effizienzverlust der Wärmeübertragung bei der Kondensation.With fans arranged in a pressing manner arise when the cooling air exits from the fan race and when entering the attic below the finned tube bundle strong turbulence in the air flow. These lead to a very uneven air distribution on the upstream side the finned tube bundle. Leading in turn, a loss of efficiency in heat transfer during condensation.
Im Stand der Technik sind beispielsweise aus dem Bereich der chemischen Industrie drückende und saugende Prozesskühlanordnungen bekannt. Auch werden Wasserkühler in der häufigsten Form saugend betrieben. Hierbei kann der Ventilator unmittelbar an einem Kühlelement angeordnet sein, so dass eine senkrechte Anströmung der Rippenrohre erfolgt. Es ist auch möglich, dass von mehreren im Abstand zueinander angeordneten Kühlelementen eine Kammer ausgebildet wird, an deren Oberseite der Ventilator angeordnet ist. Kalte Kühlluft wird dabei quer angesaugt, durchströmt die Kühlelemente und wird nach einer Umlenkung um 90° vertikal nach oben abgeführt. Auch V-förmige Anordnungen der Kühlelemente sind bekannt. Bei Wasserkühlern greift man auf eine saugende Anordnung zurück, weil die Temperaturgradienten des sich abkühlenden Wassers und der sich erwärmenden Kühlluft relativ flach verlaufen und die Temperaturdifferenz daher relativ gering ist. Dadurch ist auch die durch die thermische Ausdehnung bedingte Zunahme des Volumenstroms relativ gering. Das Volumen der Kühlluft nimmt bei den üblichen Temperaturdifferenzen zwischen Eintrittstemperatur und Austrittstemperatur ungefähr um 2 % und 4 % zu. Dahingegen ist die Temperaturdifferenz des Kühlluftstroms bei Oberflächenkondensatoren erheblich größer. Folglich ist das Volumen des erwärmten Kühlluftstroms ebenfalls größer. Bei Oberflächenkondensatoren müsste ein um 8 % größeres Fördervolumen von einem Ventilator bewältigt werden, der statt kalter Umgebungsluft erwärmte Abluft fördern muss. Folglich wird bei Oberflächenkondensatoren zum Kondensieren von Wasserdampf grundsätzlich eine drückende Anordnung bevorzugt, wobei die dabei erforderliche erhöhte statische Pressung des zu fördernden Luftvolumens in Kauf genommen wird.For example, in the prior art Process cooling arrangements pressing and sucking from the chemical industry known. Also become water coolers in the most common Operated with suction. The fan can be used immediately on a cooling element be arranged so that there is a vertical flow against the finned tubes. It is also possible, that of several spaced-apart cooling elements a chamber is formed, on the top of which the fan is arranged. Cold cooling air is sucked in transversely, flows through the cooling elements and is after a Redirection by 90 ° vertically dissipated upwards. Also V-shaped Arrangements of the cooling elements are known. For water coolers one falls back on a suction arrangement because the temperature gradients of the cooling water and the warming one cooling air run relatively flat and the temperature difference is therefore relatively small is. This also means that due to the thermal expansion The volume flow increases relatively little. The volume of cooling air increases with the usual Temperature differences between inlet temperature and outlet temperature approximately by 2% and 4%. In contrast, the temperature difference of the cooling air flow for surface capacitors significantly larger. consequently is the volume of the heated Cooling air flow also bigger. at surface condensers should an 8% larger funding volume coped with by a fan that must convey heated exhaust air instead of cold ambient air. Consequently, surface capacitors basically a pressing arrangement for condensing water vapor preferred, the required increased static pressure of the to be promoted Air volume is accepted.
Aus der DE-AS 1 263 789 ist bereits ein luftgekühlter Oberflächenkondensator in V-Bauweise bekannt, bei welchem Kühlelemente und ein Ventilator ein etwa gleichschenkliges Dreieck bilden. Diese Anordnung ist strömungstechnisch nicht optimal, da die Kühlluft an der Abströmfläche der Kühlelemente stark umgelenkt werden muss.From DE-AS 1 263 789 is already an air-cooled surface condenser known in V-construction, in which cooling elements and a fan form an approximately isosceles triangle. This arrangement is fluidic not optimal as the cooling air on the outflow surface of the cooling elements must be strongly redirected.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen luftbeaufschlagten Trockenkühler zum Kondensieren von Wasserdampf aufzuzeigen, welcher bei gleich bleibender Kühlleistung und gleich bleibendem Ventilatorwirkungsgrad den Einsatz von Ventilatoren mit geringerem Kraftbedarf ermöglicht, und eine kleinere Bauweise bei einhergehender Materialreduzierung zulässt.The invention is based on this based on the task of an air-cooled dry cooler for To show condensation of water vapor, which with constant cooling capacity and constant fan efficiency the use of fans with less power required, and a smaller design with an associated reduction in material allows.
Diese Aufgabe ist bei einem Trockenkühler mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is with a dry cooler the features of protection claim 1 solved. Advantageous configurations of the inventive concept are the subject of the dependent claims.
In Abkehr von der üblichen A-Form oder auch Dachbauweise mit drückender Anordnung ist bei dem erfindungsgemäßen Trockenkühler eine V-förmige Anordnung der Kühlelemente vorgesehen, wobei die Kühlluft von wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Ventilatoren durch die Kühlelemente hindurch gesaugt wird. Zusätzlich sind die Kühlelemente im rechten Winkel zueinander angeordnet. Jedes Kühlelement ist um 45° gegenüber der Horizontalen geneigt. Das ermöglicht eine optimale Anströmung bei minimaler Umlenkung und reduzierter Bauhöhe. Eine solche Anordnung hat hinsichtlich der Energiebilanz entscheidende Vorteile, da weitaus weniger Umlenkungen des Kühlluftstroms erforderlich sind als bei der drückenden Anordnung. Dadurch ist ein gleichmäßigerer Geschwindigkeitsverlauf der Kühlluft möglich.In a departure from the usual A-shape or roof construction with a pressing arrangement, a V-shaped arrangement of the cooling elements is provided in the dry cooler according to the invention, the cooling air being drawn through the cooling elements by at least two fans arranged next to one another. In addition, the cooling elements are arranged at right angles to each other. Each cooling element is inclined at 45 ° to the horizontal. This enables an optimal flow with minimal deflection and reduced overall height. Such an arrangement has decisive advantages with regard to the energy balance, since far fewer redirections of the cooling air flow are required than in the pressing arrangement. This enables a more even speed curve for the cooling air.
Ein weiterer Vorteil ist, dass wenigstens zwei, vorzugsweise drei Ventilatoren zwischen den Dampfverteilerleitungen angeordnet sein können, so dass allein aufgrund der Positionierung der Ventilatoren eine Luftansaugung von unten und eine Luftabgabe nach oben möglich ist, ohne dass die gesamte Anordnung auf einem erhöhten Stahlgerüst montiert sein muss. Die Bauhöhe ist durch die Neigung der Kühlelemente um 45° insgesamt niedriger als bei der A-Form und anderen bekannten V-Formen, woraus zusätzliche Einsparungen im Stahlbau resultieren. Während bei realisierten Trockenkühlern Bauhöhen von 16 m nicht unüblich sind, kann die Bauhöhe bei der erfindungsgemäßen Anordnung um wenigstens ein Drittel reduziert werden. Es ist sogar eine Reduzierung der Bauhöhe um 50 % im Rahmen der Erfindung möglich. Diese Reduzierung der Bauhöhe ergibt sich sowohl, wenn die Kühlelemente V-förmig auf dem Boden stehend angeordnet sind als auch bei Anordnungen, bei denen die Kühlelemente V-förmig in einem Stahlgerüst hängend angeordnet sind.Another advantage is that at least two, preferably three fans between the steam distribution lines can be arranged so that due to the positioning of the fans alone an air intake from below and an air release upwards is possible without the entire Arrangement on an elevated steel scaffolding must be installed. The overall height is due to the inclination of the cooling elements by 45 ° in total lower than the A-shape and other known V-shapes, from which additional Savings in steel construction result. While in realized dry coolers construction heights of 16 m not unusual are the overall height in the arrangement according to the invention be reduced by at least a third. It is even a reduction the overall height possible by 50% within the scope of the invention. This reduction in overall height results itself both when the cooling elements V-shaped are arranged standing on the floor as well as with arrangements, where the cooling elements V-shaped in a steel frame hanging are arranged.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the The concept of the invention is the subject of the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und Diagramme erläutert. Es zeigen:The invention is described below of the embodiments shown in schematic drawings and diagrams explained. Show it:
Dahingegen ist bei dem erfindungsgemäßen Trockenkühler
Die nebeneinander angeordneten Ventilatoren
Es wird deutlich, dass bei der A-Bauweise bzw. Dachform die Luftgeschwindigkeit bei der horizontalen Einströmung etwa bei 4 m/s liegt. Diese Geschwindigkeit wird auch bei der Umlenkung in die vertikale Einströmung beibehalten. Beim Eintritt in den Ventilatorlaufring nimmt die Luftgeschwindigkeit um mehr als das Doppelte auf über 8 m/s zu, um den hohen statischen Druck innerhalb des Trockenkühlers aufzubauen. Die Luftströmung wird anschließend beim Eintritt in die Kühlelemente auf nur 2 m/s abgebremst, was mit erheblichen Strömungsverlusten einhergeht. Zwischen den Rippen der Rippenrohrbündel ist die Luftgeschwindigkeit aufgrund der verengten Strömungskanäle erhöht. Wegen der nachfolgenden Querschnittsvergrößerung sinkt sie beim Austritt wieder. Die aus den Kühlelementen austretenden Strömungen vereinen sich anschließend zu einem vertikal orientierten Abluftstrom, dessen Strömungsgeschwindigkeit bei ca. 5 m/s liegt. Es ist erkennbar, dass die Strömungsgeschwindigkeit von einem relativ niedrigen Niveau zunächst durch Zuführung von Energie stark angehoben wird und anschließend stark abgebremst wird, bevor sie in Richtung der Ausströmöffnung wieder ansteigt.It is clear that with the A design or roof shape the air speed in the horizontal inflow approximately is 4 m / s. This speed is also the case with the redirection into the vertical inflow maintained. When entering the fan race, the air speed increases by more than double to over 8 m / s to build up the high static pressure inside the dry cooler. The air flow will then when entering the cooling elements decelerated to only 2 m / s, which with considerable flow losses accompanied. The air velocity is between the fins of the finned tube bundle increased due to the narrowed flow channels. Because of the subsequent enlargement of the cross-section decreases as it exits again. The one from the cooling elements emerging currents then unite to a vertically oriented exhaust air flow, the flow velocity is approx. 5 m / s. It can be seen that the flow rate from a relatively low level initially by adding Energy is raised sharply and then braked sharply, before heading towards the outflow opening again increases.
Demgegenüber sind die Geschwindigkeitsverhältnisse
der Kühlluftströmung bei
der erfindungsgemäßen Anordnung
wesentlich gleichförmiger
und harmonischer.
Es ist erkennbar, dass der Eintrittsdruckverlust, der Druckverlust des Ventilatorschutzgitters, der Druckverlust der Ventilatorbrücke und der Druckverlust beim Eintritt in die Kühlelemente jeweils für sich gesehen und auch in der Summe relativ gering sind. Der stärkste Druckverlust tritt innerhalb des Kühlelements auf. Die Verluste beim Austritt aus dem Kühlelemente sowie dynamische Druckverluste am Austritt sind wiederum relativ gering. Abzüglich des Naturzugs ergibt sich bei der bekannten Anordnung ein Druckverlust zwischen 120 und 140 Pa.It can be seen that the loss of inlet pressure, the pressure loss of the fan guard, the pressure loss of the fan bridge and the pressure loss when entering the cooling elements is seen individually and are also relatively small in total. The greatest pressure loss occurs inside the cooling element on. The losses when exiting the cooling elements as well as dynamic Pressure losses at the outlet are again relatively low. Less the Natural draft results in a pressure loss in the known arrangement between 120 and 140 Pa.
Dahingegen wurden bei der erfindungsgemäßen Anordnung
Druckverluste gemessen, die in
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Ventilatorleistung konstant zu halten, wobei bei gleicher Kühlleistung eine Reduzierung in der Kühlfläche um 10 % möglich ist.Basically, it is also possible to use the Keep fan output constant, with the same cooling output a reduction in the cooling surface by 10 % possible is.
- 11
- Trockenkühlerdry coolers
- 22
- Stahlgerüststeel scaffolding
- 33
- Ventilatorfan
- 44
- VentilatorlaufringFan race
- 55
- Kühlelementcooling element
- 66
- Kühlelementcooling element
- 77
- Leitblechbaffle
- 88th
- Trockenkühlerdry coolers
- 99
- Ventilatorfan
- 1010
- Kühlelementcooling element
- 1111
- Kühlelementcooling element
- 1212
- DampfverteilerleitungSteam distribution pipe
- 1313
- KondensatsammelleitungCondensate collection line
- 1414
- Einströmöffnunginflow
- 1515
- VentilatorlaufringFan race
- KK
- KühlluftstromCooling air flow
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