DE2204723A1 - Anordnung von Kühleinrichtungen - Google Patents

Anordnung von Kühleinrichtungen

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DE2204723A1
DE2204723A1 DE19722204723 DE2204723A DE2204723A1 DE 2204723 A1 DE2204723 A1 DE 2204723A1 DE 19722204723 DE19722204723 DE 19722204723 DE 2204723 A DE2204723 A DE 2204723A DE 2204723 A1 DE2204723 A1 DE 2204723A1
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Lee A. Export; Oleson Kenneth A. Pittsburgh; Pa. Kilgore (V.StA.). P
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Description

PATE NTAWWAIiX EB
DIPL. rJTG. B. HOLS
PO A ü O S Ii U Ii G
1,KPOM1 £1373
w. 558
Augsburg, den 31. Januar 1972
Westinghouse Electric Corporation, VJestinghouse Building Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V.St.A.
Anordnung von Kühleinrichtungen
\)if.i Krfindunp; betrifft Anordnungen von Kühleinrichtungen, vorzugsweise für Dampfturbinenanlagen, mit einer Wärrneau^tausclieinrichtunp; zur Wärmeübertragung von einem Kühlmittel an strömende Luft.
In /.raftv/erken mit damp ("getriebenen Turbogeneratorsätzen
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wird gewöhnlich die Wärme aus dem Abdampf der Turbine auf Kühlwasser aus einem Pluß, einem See oder einer anderen natürlichen Wasserquelle übertragen. Mit steinender Anzahl von Kraftwerken hat jedoch das Angebot an natürlichen Kühlwasserquellen abgenommen und es müssen dort, v/o die Versorgung mit natürlichem Kühlwasser nicht ausreicht, Naßkühltürme verwendet werden. Die von diesen Naß- bzw. Verdunstungskühltürmen gebildeten Wolken sind zu einem Ärgernis und zu einem Problem geworden, obwohl sie im wesentlichen aus reinem V/asser bestehen. Diese Wolken weisen aufgrund ihrer höheren Temperatur eine geringere Dichte als die Urugebungsluf t auf, so daß sie aufsteigen und sich mit den Rauchgasen aus mit fossilen Brennstoffen beheizten Kesseln vermischen und schwefelige Säure bzw. andere korrodierende starke Säuren erzeugen können. Die Dampfwolken können außerdem während der V.'intei-monato auf nahegelegenen Straßen zu Mebelbildung und Vereisung führen. ilaßkühltürme erfordern darüberhinaus große Mengen von Aufbereitungswasser, da sie mit Verdunstungskühlung arbeiten.
Trockenkühltürme, bei welchen das Kühlwasser durch Wärmeübertragung an die Luft gekühlt wird, erfordern extron große Wärmeühortragungsf lachen. Trocke?nkiihltürme
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können beispielsweise so groß sein, daß eine vollständige Kraftwerksanlage darin untergebracht werden kann. Eine solche, innerhalb eines Trockenkühlturmes untergebrachte Kraftwerksanlage ist aus der US-PS 3 150 267 bekannt. Bei Verwendung von Trockenkühltürmen müssen außerdem bereits verwendete Turbinen umgebaut werden, da Trockenkühltürme höhere Auslaßtemperaturen und -drücke liefern, was bei der Turbinenkonstruktion zu berücksichtigen ist.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Anordnung von Kühleinrichtungen, vorzugsweise für Dampfturbinenanlagenj mit wesentlich geringerer Dampfwolkenbildung als bei bekannten Anordnungen dieser Art zu schaffen.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Anordnung von Kühleinrichtungen, vorzugsweise für Dampfturbinenanlagen, mit einer Wärmeaustauscheinrichtung zur Wärmeübertragung von einem Kühlmittel an strömende Luft. Eine solche Kühlanordnung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheinrichtung einen Trocken-Wärmeaustauscher, in welchem die Temperatur der hindurchströmenden Luft erhöht und die relative Feuchtigkeit dieser Luft ver-
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ringert xtfird, und einen mit Bezug auf die Luftströmung stromab von dem Trocken-Wärmeaustauscher angeordneten Verdunstungswärmeaustauscher aufweist, in welchem ein Teil des Kühlmittels in die, die verringerte relative Feuchtigkeit aufweisende Luft hinein verdunstet wird und dadurch das restliche Kühlmittel kühlt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema einer Anordnung
einer Naß-Trocken-Kühleinrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Schema einer abgewandelten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Naß-Trocken-Kühleinrichtung,
Fig. 3 ein Schema eines Naß-Trocken-
Kühlturmes nach der Erfindung, und
Fig. 1J eine perspektivische Ansicht einer
abgewandelten Ausführungsform
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des erfindungsgemäßen Naß-Trocken-Kühlturmes.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Kühleinrichtung nach der Erfindung tritt Dampf in einen doppelflutigen Niederdruckteil einer Axialdampfturbine 1 ein und strömt zu einem Wärmeaustauscher bzw. Kondensator 3, welcher zwei gesonderte Wärmeaustauschteile 5 und 7 aufweist. Die Wärmeaustauschteile des Kondensators bewirken jeweils eine wirksame Kühlung des Abdampfes der Turbine, indem sie die Verdampfungswärme des Dampfes jeweils auf ein ihnen zugeordnetes gesondertes flüssiges Kühlmittel übertragen.
Der eine Viärmeaustauschteil 5 des Kondensators 3 weist eine Vielzahl von durch den Kondensator hindurchgeführten Rohren 9 auf. Die Rohre 9 sind mit Bezug auf den Kondensator 3 derart angeordnet, daß ein flüssiges Kühlmittel, im allgemeinen Wasser, durch die Rohre 9 und durch einen Naßkühlturm 11 hindurchströrnt, welcher das eine flüssige Kühlmittel kühlt, indem er es direkt mit Luft in Berührung bringt und dadurch eine Verdunstungskühlung hervorruft.
Der andere Wärmeaustauschteil 7 des Kondensators
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weist einen Sprühverteiler 13 auf, welcher das andere flüssige Kühlmittel, in diesem Falle Kondensat, zerstäubt und es über den gesamten Raum des anderen Wärmeaustauschteiles verteilt und dadurch dem Kondensat eine große Oberfläche verleiht, so daß es mit dem Abdampf direkt in Berührung kommt, die Verdampfungswärme aus dem Abdampf aufnimmt und den Abdampf kondensiert. Ein Teil des Kondensats aus dem Kondensator wird in einen ni^ht dargestellten Kessel 22 gepumpt, während der übrige Teil des Kondensats von einer Flüssigkeitsförderpumpe Ik durch einen Lamellenrohrwärmeaustauscher 15, d.h. einen Wärmeaustauscher mit vergrößerter Oberfläche hindurchgefördert wird, welcher das Kondensat dadurch kühlt, daß er dessen Wärme an die Luft überträgt, bevor es zu dem Sprühverteiler 13 zurückgeleitet wird. Die Luft kommt mit dem Kondensat nicht in Berührung. Die Luftseite des Lamellenrohrwärmeaustauschers bleibt deshalb trocken, so daß eine Verschmutzung und demzufolge eine Verschlechterung der Wärmeübertragung der vergrößerten Oberfläche des Wärmeaustauschers durch Algen oder Pilze vermieden wird, welche sich gewöhnlich auf solchen ständig nassen und mit Luft in Berührung befindlichen Oberflächen ansiedeln.
Der Naßkühlturm 11 ist mit einem Ventilator 19 zum
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Hindurchsaugen von Kühlluft versehen. Der Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 ist stromauf des Naßkühlturmes 11 angeordnet, so daß in den- Naßkühlturm eingesaugte Luft zuerst den Lamellenrohrwärmeaustauscher durchströmt und dabei Wärme aus dem durch den Lamellenrohrwärmeaustauscher hindurchströmendem Kondensat mitnimmt. Die der Luft zugeführte Wärme verringert die relative Feuchtigkeit der Luft, bevor diese in den Naßkühlturm 11 gelangt.
Eine Flüssigkeitförderpumpe 21 pumpt das eine Kühlmittel, d.h. Wasser aua dem Naßkühlturm 11 durch die Kondensatorrohre 9 hindurch, wo es Wärme aus dem Abdampf aufnimmt, und anschließend zu Sprühdüsen 23» welche in dem Naßkühlturm 11 verteilt angeordnet sind. Das aus den Düsen 23 ausgesprühte Kühlmittel kommt mit der Luft in Berührung und fördert die Verdunstungskühlung.
Die vor dem Eintritt in den Naßkühlturm 11 durch den Lamellenrohrwärmeaustauscher I5 aufgeheizte Luft ist im Vergleich zu der Umgebungsluft warm und hat eine geringe relative Feuchtigkeit, so daß die den Maßkühlturm 11 verlassende Luft selbst nach der Berührung mit dem Wasser und nach der Verdunstungskühlung nicht gesättigt ist. Wenn
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demzufolge eine lineare Kühlung und Verteilung der aus dem Naßkühlturm 11 austretenden Luft vorhanden ist, kommt es zu keiner sichtbaren Wolkenbildung. Wenn jedoch andererseits die Abluft aus dem Naßkühlturm 11 bei konstanter Feuchtigkeit bis zur Sättigung abgekühlt wäre, würde eine Wolkenbildung erfolgen. Diese Wolke würde jedoch eine geringere Dichte als Wolken aus herkömmlichen Maßkühltürmen aufweisen und sich schnell auflösen. Das Verhältnis der in dem Naßkühlturm 11 übertragenen Wärme zu der in dem Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 übertragenen Wärme kann derart verändert werden, daß eine sichtbare Wolkenbildung bei allen möglichen Betriebsbedingungen verringert oder vollständig verhindert wird.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Naß-Trocken-Kühleinrichtung nach der Erfindung dargestellt. Wie in Fig. 1 tritt Dampf in einen doppelflutigen Niederdruckteil einer Axialdampfturbine 1 ein, und der Abdampf aus dieser Turbine strömt zu einem Wärmeaustauscher bzw. Kondensator 3', welcher zwei gesonderte Wärmeaustauschteile 5 und 6 aufweist« Jeder Wärmeaustauschteil des Kondensators 31 bewirkt eine wirksame Kühlung des Abdampfes aus der Turbine, indem er die Verdampfungswärme des
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Abdampfes auf ein durch den betreffenden Wärmeaustauschteil des Kondensators hindurchströmendes flüssiges Kühlmittel überträgt. Gemäß Fig. 2 weisen die Wärmeaustauschteile jeweils eine Vielzahl von Rohren 9 auf. Diese Rohre sind in bezug auf den Kondensator 31 derart angeordnet, daß sie von den flüssigen Kühlmitteln durchströmt werden.
Eine Flüssigkeitsförderpumpe 25 pumpt das eine Kühlmittel durch den einen Wärmeaustauschteil 5 des Kondensators und durch den Naßkühlturm 11 hindurch. Eine weitere Flüssigkeitsförderpumpe 26 pumpt das andere flüssige Kühlmittel durch den anderen Wärmeaustauschteil 6 des Konden- ■ sators 3' und durch den Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 hindurch.
Einlaßrohre 27 bzw. 28 leiten das flüssige Kühlmittel aus den Pumpen 25 bzw. 26 in die Wärmeaustauschteile 5 bzw. 6 des Kondensators 3f ein.
Auslaßrohre 31 bzw. 32 leiten das flüssige Kühlmittel aus dem Wärmeaustauschteil 5 bzw. 6 des Kondensators 31 zu dem iJaßkühlturm 11 bzwe dem Lamellenrohrwärmeaustauscher I1J.
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Ein den Einlaßrohren 27 und 28 zugeordnetes Strömungssteuerventil 3*f gestattet in der in Fig. 2 dargestellten Stellung, daß die durch die Einlaßrohre 27 und 28 hindurchströmenden Kühlmittel zu den jeweils zugeordneten Wärmeaustauschteilen 5 und 6 des Kondensators 3' strömen. Das Stromungssteuerventil 32I kann darüberhinaus so verstellt werden, daß es den Zustrom des von dem Kühlturm herkommenden Kühlmittels sperrt und dem von dem Lamellenrohrwärrneaustauscher 15 herkommenden Kühlmittel gestattet, durch beide Wärmeaustauschteile 5 und 6 des Kondensators 3' hindurchzuströmen.
Ein den Auslaßrohren 31 und 32 zugeordnetes Stromungssteuerventil 35 ist derart einstellbar, daß das aus den Wärmeaustauschteilen 5 bzw. 6 des Kondensators 3' austretende Kühlmittel durch die Auslaßrohre 31 bzw. 32 hindurch zu dem Kühlturm 11 bzw. zu dem Lamellenrohraustauscher 15 strömt. Das Strömungssteuerventil 35 befindet sich in diesem Fall in der in Fig. 2 gezeigten Stellung. Das Strömungssteuerventil 35 ist außerdem in eine andere Stellung verstellbar, in welcher es das zu dem Kühlturm hinführende Auslaßrohr 31 sperrt und gleichzeitig gestattet, daß aus beiden Wärmeaustauschteilen 5 und 6 des Kondensators 3' austretendes Kühlmittel gemeinsam durch den
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Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 hindurchströmt.
Gemäß Pig. 2 kann bei entsprechender Einstellung der Strömungssteuerventile 34 und 35 das gesamte flüssige Kühlmittel durch den Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 hindurchgeleitet werden. Das ist während der Wintermonate, d.h. wenn die Temperatur der Umgebungsluft sehr niedrig ist, besonders vorteilhaft, da dadurch das normalerweise während der Wintermonate in Naßkühltürmen erfolgende Einfrieren ausgeschlossen wird. Das Übertragen der gesamten Wärme aus dem Abdampf der Turbine auf den Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 führt unter Vollastbedingungen normalerweise zwar zu ausreichend hohen Einlaßtemperaturen, um das Gefrieren des flüssigen Kühlmittels zu verhindern, unter Teillast- oder Leerlaufbedingungen mag es jedoch wünschenswert sein, ein Additiv zu verwenden, welches den Gefrierpunkt des flüssigen Kühlmittels senkt. Da die Kühlanordnung nach der Erfindung als geschlossener Kreislauf ausgeführt ist, können neben Wasser auch andere flüssige Kühlmittel verwendet werden.
Fig. 3 zeigt das Strömungsdiagramm eines kombinierten Naß-Trocken-Kühlturmes II1, welcher in einer Naß-Trocken-
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Kühlanordnung nach der Erfindung verwendbar ist. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten schematischen Diagramme zeigen zwar nur einen einzigen Kühlturm, die Kühlanordnung nach der Erfindung bietet sich jedoch für die Verwendung einer Vielzahl von Kühltürmen an, wobei Anzahl und Größe dieser Kühltürme von der Turbine und von den Umgebungsluft bedingungen abhängen. Allgemein weist jeder Kühlturm einen Warmwasserverteiler 37> einen Packungsteil 39» welcher mit einer Spritzpackung, beispielsweise aus Raschig-Ringen bzw. -Sätteln, zur Vergrößerung der Oberfläche des Wassers bei dessen Vordringen vom oberen Ende zum unteren Ende des Kühlturmes hin versehen ist, außerdem einen Nebelbeseitiger ho zum Abscheiden von in dem Luftstrom mitgeführten großen Wassertropfen, sowie einen Lamellenrohrwärmeaustauscher 15, d.h. einen Wärmeaustauscher mit vergrößerter Oberfläche, in welchem die Wärme von einer Flüssigkeit an die Luft abgegeben wird, und schließlich einen Ventilator 19 auf, welcher Luft über den Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 hinweg- und durch die Packung 39 hindurchsaugt. Der Lamellenrohrwärmeaustauscher 15 ist auf der Stromaufluftseite der Packung 39 angeordnet, damit er nicht mit Wasser bespritzt wird, welches auf den Lamellen feste Teilchen ablagert und das Wachstum von Algen und Pilzen fördert, die zu einer Verschmutzung der Lamellen und damit zu einer
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Verschlechterung der Gesamtwärmeübertragung des Lamellenrohrwärmeaus tauschers 15 führen und den Druckabfall an dem Lamellenrohrwarmeaustauscher vergrößern.
Elin in Fig;. 4 dargestellter Naß-Trocken-Kühlturm 11" ist so hoch, daß ein natürlicher Luftzug erzeugt wird. Der Lamellenrohrwarmeaustauscher 15 bildet in der Nähe der Basis des Kühlturmes eine Umfangswand. Die Packung und die Ttfasserverteiler sind innerhalb des Turmes derart angeordnet, daß Wasser mit den Lamellenrohren des Wärmeaustauschers 15 nicht in Berührung kommen kann. Weitere Ventilatoren 41, welche längs des oberen Umfanges des Turmes angeordnet sind, verbessern den Luftzug durch den Turm hindurch und zerstreuen sich eventuell bildende Wolken.
Größe und Anzahl der Naß-Trocken-Kühltärme 11" hängen von der Größe der Turbine und von den Umgebungsluftbedingun^en ab.
Die ilaß-Trocken-Kühltürme nach der Erfindung sind beträchtlich kleiner als herkömmliche Trockenkühltürme. Die aun den ilaf'-Trocken-Kühltiirmen nach der Erfindung austretende Luft ist nicht gesättigt, so daß diese Kühltürrne entweder gar keine Wolken oder unter extrem schlechten
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Wetterbedingungen lediglich Wolken erzeugen, deren Dichte beträchtlich geringer ist als die Dichte von Violken aus herkömmlichen Naßkühltürmen und die sich außerdem schneller auflösen als Wolken aus herkömmlichen NaiAkühltürrnen.
- Ill -
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Anordnung von Kühleinrichtungen, vorzugsweise für Dampfturbinenanlagen, mit einer Wärmeaustauscheinrichtung zur Wärmeübertragung von einem Kühlmittel an strömende Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheinrichtung einen Trοcken-Wärmeaustauscher (15), in welchem die Temperatur der hindurchströmenden Luft (24) erhöht und die relative Feuchtigkeit dieser Luft verringert wird, und einen mit Bezug auf die Luftströmung stromab von dem Trocken-Wärmeaustauscher angeordneten Verdunstungswärmeaustauscher (11) aufweist, in welchem ein Teil des Kühlmittels in die, die verringerte relative Feuchtigkeit aufweisende Luft hinein verdunstet wird und dadurch das restliche Kühlmittel kühlt.
    2. Anordnung nach Anspruch 1 zur Abführung der Abwärme aus einem wassergekühlten Abdampfkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserkreislauf des Kondensators mit dem Verdunstungswärmeaustauscher (11) verbunden ist und daß der Trocken-Wärmeaustauscher (15)
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    in den Kondensatkreislauf des Kondensators geschaltet ist, wobei das durch den Trockenwärmeaustauscher hindurchgeleitete Kondensat über eine Sprüheinrichtung (13) in die Kondensatkammer (3) des Kondensators eingesprüht wird.
    3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocken-Wärmeaustauscher (15) und der Verdunstungswärmeaustauscher (11) jeweils gesondert in einem Kreislauf (9, 26, 28, 32 bzw. 9, 23, 25, 27, 31) mit einem Kühlteil (6 bzw. 5) zur Aufnahme der Abwärme angeordnet sind, wobei in diesen Kreisläufen gesonderte Kühlmittel umlaufen.
    4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch jeweils in den Kreisläufen (9, 26, 28, 32 bzw. 9, 23, 25, 27, 31) angeordnete Strömungssteuereinrichtungen (35 bzw. 3^) j mittels welchen der Verdunstungswärmeaustauscher (11) abschaltbar und der Kühlteil (5) des Verdunstungswärmeaustauscherkreislaufes in den Kreislauf des Trocken-Wärmeaustauschers (15) einschaltbar ist.
    5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefrierpunkt des Kühlmittels in dem Kreis-
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    lauf (9> 26, 28, 32) des Trocken-Wärmeaustauschers (15) niedriger ist als derjenige von V/asser.
    δ. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurcn gekennzeicnnet, daß der Trocken-Wärmeaustauseher (15) innerhalb einer den Verdunstungswärmeaustauseher umschließenden Umfangswand angeordnet ist (Fig. 3)·
    7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Kühlturm (H") mit einem Ventilator (19) ist, welcher in dem Kühlturm .einen Luftstrom (2^1) erzeugt, und daß der Trocken-iiJärmeaustauscher (15) am unteren Kühllufteintrittüende des uühlturmes angeordnet ist.
    8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß am Luf taus trittsende Einrichtungen (1Il) vorgesehen sind, welche mit Feuchtigkeit angereicherte Luft aus dem Verdunstungswärmeaustauscher in der umgeoenden Luft verteilen bzw. mit dieser vermischen.
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DE19722204723 1971-02-04 1972-02-01 Anordnung von Kühleinrichtungen Pending DE2204723A1 (de)

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US00112659A US3831667A (en) 1971-02-04 1971-02-04 Combination wet and dry cooling system for a steam turbine

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DE2204723A1 true DE2204723A1 (de) 1972-08-10

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US (1) US3831667A (de)
JP (1) JPS507206B1 (de)
BE (1) BE778840A (de)
CA (1) CA977740A (de)
DE (1) DE2204723A1 (de)
ES (1) ES398908A1 (de)
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IT (1) IT947228B (de)
NL (1) NL7118198A (de)

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