DE2330419A1

DE2330419A1 - Kuehleinrichtung zum regelbaren rueckkuehlen von wasser durch luft und kuehlwasser

Info

Publication number: DE2330419A1
Application number: DE2330419A
Authority: DE
Inventors: Georgy Sergejewich Dipl Agejew; Ivan Alexejewich Dip Alexsejew; Janos Dipl Ing Bodas; Laszlo Dipl Ing Dr Forgo; Laszlo Dipl Ing Dr Heller; Istvan Dipl Ing Papp
Original assignee: TYEPLOELEKTROPROJEKT MOSKAU; Energiagazdalkodasi Intezet
Current assignee: TYEPLOELEKTROPROJEKT MOSKAU; Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1974-01-24
Also published as: FR2237162A1; SE414339B; DE2330419C3; FR2237162B1; AU5722673A; CH557514A; ZA734175B; FI61568B; FI61568C; YU181173A; PL87739B1; US3887666A; DE2330419B2; HU165521B; YU36224B; AT321967B; DD105884A1; CA985060A; GB1441830A; BE801839A

Description

Dipl.-ing.R.Lemdce 13. j_Uni 1973

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4016

KOHLEINRICHTUNG ZUM REGELBAREN RÜCKKÜHLEN VON WASSER DURCH LUFT UND KÜHLWASSER

TYEPLOELEKTROPfiOJEKT, Moskau, ul Szpartakovszkaja 2/a, Otgyel patentov, UdSSR und

ENEiIGIAGAZDALKODASI INTEZET, Budapest II, Bemrakpart 33-34 Ungarn

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen von Wasser durch Luft und Kühlwasser.

Wie bekannt, werden zum Kühlen bei Kraftwerken und Industrieanlagen derzeitig zweierlei Kühlsysteme verwendet. Das eine System besteht aus den sogenannten Nasskühlenn, bei welchen die Kühlung durch Anwendung von Kühlwasser bewirkt wird. Das andere System umfasst die sogenannten Luftkühler, bei welchen die Kühlung mittels der Aussenluft erreicht wird. Nasskühler gelangen dort zur

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Anwendung, wo Kühlwasser noch bei wirtschaftlich zulässigen Kosten zur Verfügung steht. Demgegenüber werden in Gebieten, wo Kühlwasser überhaupt nicht vorhanden ist oder die Beschaffung desselben zu kostspielig wäre, Luftkühler verwendet.

Erfahrungsgemäss kommen jedoch nicht nur diese beiden extremen Fälle vor. In einem beträchtlichen Teil von Gebieten mit fortgeschrittener Industrie herrschen klimatische Verhältnisse, bei welchen in einem gewissen Teil des Jahres nur wenig Wasser zur Verfügung steht, während zu anderen Zeiten eine Fülle von V/asser vorhanden ist. Dies sind insbesondere Gebiete mit kontinentalen Klima, wo im Laufe eines langen und kalten Winters die Zuflüsse der Ströme bzw. die Ströme selbst zufrieren, so dass der winterliche Wassertrag sehr gering ist. Demgegenüber stehen nach Eintreten des Tauwetters reiche Wassermengen zur Verfügung. In derartigen Gebieten können somit aus Masskühlern und Luftkühlern kombinierte Kühleinrichtungen mit Vorteil verwendet werden. Im Winter arbeiten sie ohne Wasser als reine Luftkühler, während sie im Sommer in Abhängigkeit von den Wetterverhältnissen zum Teil als Luftkühler und zum Teil als Nasskühler betrieben werden können.

Kombinierte Kühleinrichtungen der erwähnten Art können auf verschiedene Weise aus Luftkühlern und Nasskühlern aufgebaut werden. Eine bekannte Anordnung dieser Art besteht aus einer Luftkondensationsanlage /rockene Kühlanlage/ mit in geschlossenem System arbeitenden Wärmeaustauschern, deren luftseitige Fläche mit Kühlwasser benetzt werden kann. Diese bekannten Systeme zeichnen sich durch gute Kühlwirkung und wirtschaftlichen Aufbau aus. Im Winter arbeiten sie in der herkömmlichen Art der Luftkühler, während sie im Sommer, wenn geeignete Wassermengen zur Verfügung stehen, durch Einschalten eines offenen sekundären Wasserkreislaufs und durch Benetzung der Aussenfläche der Wärmetauscher auch als Berieselungskühler

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betrieben werden können. Da die Luftkühler auf winterliche Verhältnisse bemessen werden können, ergeben sich gemässigte Wärmetauscherflächen und auch die Abmessungen eines zugeordneten Kühlturmes fallen entsprechend klein aus. Dieselbe Fläche sichert dagegen bei entsprechender Benetzung auch bei sommerlichen Temperaturen eine hinreichende Kühlwirkung .

Die Kühleinrichtungen werden im allgemeinen derart bemessen, dass selbst bei hohen Temperaturen und bei hoher Feuchtigkeitsgehalt der Kühlluft eine geeignete Kühlwirkung erreicht wird. Ist die Lufttemperatur oder der Feuchtigkeitsgehalt geringer oder nimmt die abzufühlende Wärmemenge ab, dann muss auch die Wärmeleistung /Kühlleistung/ der Kühleinrichtung zum Teil als Luftkühler und zum Teil als Nasskühler arbeitet, ist es zweckmässig, die Ab⁴-nahme der Wärmeleistung durch Verringerung der Verdampfung zu bewirken. Auf diese Weise nimmt auch der Wasserverbrauch der Kühleinrichtung ab. Eine Regelung der Verdampfung wird aber auch dadurch empfohlen, dass die den Kühleinrichtungen zugeordneten Kühltürme jüngstens als Stahlkonstruktionen gebaut werden, da diese Art der Bauweise sich als am wirtschaftlichsten erwiesen hat. Bei Kühltürmen mit rein luftgekühlten Kühlern kann eine Korrosion der Stahlkonstruktion vollständig vermieden werden, wenn ihre Teile innerhalb der Verschalung des Kühlturmes liegen, weil sie dann nur mit trockener, warmer Luft in Berührung gelangen. Bei Kühltürmen mit kombinierter Kühlung gelangt aber ■ in das Turminnere bei Berieselung der Aussenflächen der Kühler eine Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt. Um nun die Korrosion zu vermeiden, soll die Berieselung zweckmässig nur so weit vorgenommen werden, bis dies zur Gewährleistung der Wärmeleistung /Kühlleistung/ des Kühlturmes geboten ist.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer kombinierten Kühleinrichtung, bei welcher nur so viel Wasser

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verdampft wird, als dies zur Kühlung erforderlich ist, wobei auch die Korrosion von Kühltürmen mit Stahlkonstruktion womöglich vermieden wird." Die Aufgabe besteht nun darin, das Verhältnis zwischen Luftkühlung und Berieselungskühlung regelbar zu gestalten und dabei zu gewährleisten, . dass die zur Luftkühlung herangezogenen Luftmengen entlang der Innenfläche des der Kühleinrichtung zugeordneten Kühlturmes strömen. Dies wird bei der Erfindung dadurch erreicht, dass-Kühler verwendet werden, denen in verschiedenen Höhenlagen Kühlwasser zugeführt werden kann. Wird in allen Höhenlagen Kühlwasser zugeführt, so arbeitet die Kühleinrichtung als ein Berxeselungskühler. Wenn demgegenüber alle Wasserzuführungsstellen abgeschlossen werden, wird ein Trockenkühlsystem erhalten. Durch teilweise Berieselung der Kühler können gewünschte Kombinationen der beiden Arten erreicht werden. Demgemäss bezieht sich die Erfindung auf eine kombinierte Kühleinrichtung zum wahlweisen Rückkühlen von Wasser durch Luft und Kühlwasser mit Kühlern, die in an sich bekannter Weise einem Luftstrom ausgesetzt sind. Die Erfindung selbst besteht darin, dass den Kühlern in verschiedenen Höhenlagen Zerstäuberdüsen zum Berieselung der Kühler mit Kühlwasser vorgeschaltet und je Höhenlage mit eigenen Verschlussorganen versehen sind, so dass, die Zerstäuberdüsen in abwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander ausgeschaltet bzw. in aufwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander eingeschaltet werden könen. Durch diese Reihenfolgen der Ausschaltung bzw. Einschaltung wird erreicht, dass jeweils der oberste Abschnitt der Kühler als Luftkühler zu arbeiten beginnt, so dass dann die Innenseite eines angeschlossenen Kühlturmes durch trokkene Luftmengen bestrichen wird, wodurch - wie ausgeführt einer Korrosion der Stahlkonstruktion des Kühlturmes im Wesen vorgebeugt werden kann.

Liegen die obersten Zerstäuberdüsen tiefer als der oberste Abschnitt der Kühler, so wird dieser Abschnitt

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selbst beim Einschalten aller Zerstäuberdüsen im Betrieb trocken bleiben, wodurch die Verhütung der erwähnten Korrosion auch bei vollem Nassbetrieb gewährleistet ist. Es ist dabei zweckmässig, wenn die obersten Zerstäuberdüsen etwa um ein Viertel der Bauhöhe der Kühler tiefer liegen, als der Scheitel der letzteren. Gemäss Versuchen ist dann nämlich eine geeignete Ausbildung der hötenden Luftschicht, gleichsam selbsttätig gesichert.

Die Regelung der Kühleinrichtung kann auch selbsttätig erfolgen. Zu diesem Zweck kann in der Rücklaufleitung der Kühler ein Wärmefühler vorgesehen sein, der mit den Verschlussorganen der Zerstäuberdüsen derart verbunden ist, dass bei Temperaturzunahme des rückgekühlten Wassers die Verschlossorgane in abwärtsgrexchteter Reihenfolge nacheinander stufenweise geschlossen, während bei Temperaturabnahme in umgekehrter Reihenfolge geöffnet werden.

Zum Befördern des Kühlwassers zu den Zerstäuberdüsen können mehrere Punpen vorgesehen sein, deren jede einem anderen Niveau der Zerstäuberdüsen zugeordnet ist, derart, dass beim Ausschalten einer Pumpe auch die Speisung der ihr zugeordneten Zerstäuberdüsen ausfällt. Bei einer derartigen Anordnung kann die selbsttätige Regelung durch Einwirkung auf die Pumpenantriebe erreicht werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert, deren ,

Fig 1 bis 5 Schaltbilder einer bekannten Kühleinrichtung bzw. verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäsaen Kühleinrichtung
darstellen.

Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen weisen auf ähnliehe Einzelheiten hin.

Wie aus Fig. 1 der Zeichnung hervorgeht», sind am Um' fang eines. Kühlturmea 1 mit natürlichem Zug in an sich bekannter Weise Luftkühler 2 mit Rippenrohren 3 angeordnet, denen das abzukühlende oder zu kondensierende Strömungs-

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mittel über eine Rohrleitung 4 zugeführt wird. Das in den Rippenrohren 3 abgekühlte oder kondensierte Strömungsmittel verlässt den Kühler über eine Rücklaufleitung 5..Die Aussenfläche des Kühlers 2 kann über Zerstäuberdüsen 6 mit Wasser bespritzt werden, das in Richtung von Pfeilen 7 an den Kühlrippen abrieselt, wobei ein Teil desselben verdampft wird. Der restliche Teil des Wassers wird in einem Becken 8 unterhalb der Kühler 2 angesammelt und von hier über eine PUmpe 9 den Zerstäuberdüsen 6 zurückbefördert. Die verdampfte Menge an Wasser wird durch über eine Leitung 10 zugeführtes Wasser ersetzt.

Die Kühlluft strömt schräg aufwärts an den Kühlrippen vorbei, wie das durch einen Pfeil 11 angedeutet ist. Sie wird durch Berührung mit den nassen Kühlrippen erwärmt, wobei auch ihr Feuchtigkeitsgehalt zunimmt, wodurch Wärme dem im Kühler strömenden Mittel entzogen wird. Die in das Innere des Kühlturmes 1 eintretende Luft weist eine höhere Temperatur und einen höheren Feuchtigkeitsgehalt auf als die den Kühlturm umgebende atmosphärische Luft, so dass auch ihr spezifisches Gewicht /Wichte/ geringer ist als die der Umgebungsluft. Dieser Wichteunterschied bewirkt einen ständigen Druckunterschied zwischen der Aussenseite und der Innenseite der Kühler, wodurch eine ständige Luftströmung durch das Turminnere hindurch entsteht.

In dieser bekannten Anordnung ist ein Kühlturm mit natürlichen Zug verwendet worden, es wäre aber auch möglich, dieee Art der Kühlung in Anlagen zu verwenden, wo die Luftströmung z.B. mittels eines Ventilators bewirkt

Die Unterschiede zwischen der bekannten Kühl- bzw. der erfindungsgemässen Kühleinrichtung gehen aus dem Ausführungsbepsiel gemäss Fig. 2 hervor, wo die prinzipielle Anordnung der Kühleinrichtung gemäss der Erfindung dargestellt ist. Wie aus der Zeichnung verhorgeht, sind hier die Zerstäuberdüsen unterteilt in drei verschiedenen Höhenlagen

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angeordnet, wobei sie jeweils mit einem Verteilerrohr 12, 13 bzw. 14 verbunden" sind. Die Verteilerrohre enthalten Verschlussorgane 15, 16 bzw. 17, mittels welcher sie voneinander unabhängig einzeln geschlossen bzw. geöffnet werden können. Somit gelangt das aus dem Sammelbecken 8 mittels der Pumpe 9 beförderte Wasser in drei verschiedenen Höhenlagen auf die Aussenflache der Kühler 2 berieselt.

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 arbeitet nun wie folgt:

Besteht ein Anspruch auf eine maximale Kühlleistung, dann sind alle Verschlussorgane 15, 16 und 17 offen. Dies bedeutet, dass die Gesamtfläche der Kühler benetzt wird. Nimmt die Wärmeleistung ab, dann wird zunächst'das Verschlussorgan 15 geschlossen. Dadurch bleibt der höchste Abschnitt des Kühlers zwischen den Verteilrohren 12 und 13 trocken und arbeitet als Luftkühler. Im Abschnitt unterhalb des Verteilerrohres 13 ist die Oberfläche des Kühlere benetzt, so dass Wärmeentzug auch durch Verdampfung erfolgt. Um eine weitere Verringerung der Wärmeleistung zu erreichen, wird zusätzlich das Verschlussorgan 16 geschlossen und auf diese Weise eine stufenweise Verkleinerung der benetzten Fläche der Kühler erreicht. Schliesslich wird auch das Verschlussorgan 17 geschlossen, wodurch eine Benetzung der Aussenfläche des Kühlers 2 vollständig entfällt und die Kühleinrichtung als reiner Luftkühler arbeitet.

Fig. 2 stellt den Fall dar, wo das oberste Verschlussorgan geschlossen ist, so dass der oberste Abschnitt des Kühlere als reiner Luftkühler arbeitet, Es ist auch ersichtlich, dass die dem Kühlturm 1 zuströmende Luft zwei Teilströme bildet. Der eine Teilstrom 18 stellt eine Schicht mit geringerem Feuchtigkeitsgehalt und mit einer höheren Temperatur dar, als die der Umgebungsluft.

Der andere Teilstrom 19 besteht aus einem inneren Kern mit hohem Feuchtigkeitsgehalt und mit einer die atmosphärische überragenden Temperatur, die jedoch niedriger _fi:

ist als die Temperatur des TEilstromes 18. Es ist schliesslich ersichtlich, dass die Stahlkonstruktionsteile des Kühlturmes 1 durch den warmen Teilstrom 18 mit geringem Feuchtigkeitsgehalt bestrichen wird. Da die Temperatur des Teilstromes 18 höher und ihre Wichte geringer ist als die entsprechenden Werte des Teilstromes 19, besteht keine Neigung der Teilströme 18 und 19 zu gegenseitiger Vermischung. Auf diese Weise sind die Konstruktionsteile des Kühlturmes 1 im beschriebenen Betriebszustand gegen durch Nassluft bedingte Korrosion wirksam geschützt. Dabei wird nur die zur Sicherung der Wärmeiesitung erforderliche Wassermenge verdampft.

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 unterscheidet sich vom vorherigen insofern, dass die höchstliegende Reihe von Zerstäuberdüsen unterhalb des Scheitels des Kühlers 2 liegt. Somit bleibt der oberste Abschnitt des Kühlers 2 im Betrieb selbst dann trocken, wenn auch die obersten Zerstäuberdüsen 6 eingeschaltet werden. Dies hat zur Folge, daes innerhalb des Kühlturmes 1 der schützende Teilstrom 18 sich bei jedem Betriebszustand ausbilden wird. Die Verringerung der Wärmeiesitung der Kühleinrichtung erfolgt auch hier durch Ausschalten der Gruppen von Zerstäuberdüsen 6 in einer abwärts gerichteten Reihenfolge.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 wird die Temperatur des aus der Kühlrichtung entweichenden Strömungemittels zwischen bestimmten Grenzen gehalten. Zu diesem Zweck ist in der Rücklaufleitung 5 ein Wärmefühler 20 vorgesehen, der auf die Verschlussorgane 16, 16 bzw. 17 in den Verteilerrohren 12, 13 bzw. 14 einwirkt, und diese bei T^emperaturabnahme des rückgekühlten Strömungsmittels in der bereits beschriebenen Reihenfolge stufenweise schliesst bzw. bei Temperaturzunahme in umgekehrter Reihenfolge stufenseise öffnet. Die Verbindung zwischen Wärmefühler 20 und Verschlussorganen 15, 16 und 17 ist in Fig. 4 durch gestrichelte Linien angedeutet. Einzelheiten einer

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derartigen Verbindung sind für den Fachmann an sich bekannt und bedürfen deshalb keiner eingehenden Besprechung. Die beschriebene selbsttätige Regelung ermöglicht, innerhalb der durch die Wärmeleistung des Kühlturmes 1 bestimmten Grenzen eine konstante Temperatur des austretenden rückgekühlten Strömungsmittels zu sichern.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das zur BEnetzung der Aussenflache der Kühler 2 erforderliche Wasser durch mehr als eine Pumpe geliefert wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Pumpen 9a, 9b und 9c vorgesehen. Die Regelung der Kühleinrichtung erfolgt nun in der Weise, dass für den Betrieb sämtlicher Zerstäuberdüsen 6 alle Pumpen 9a, 9b und 9c in Betrieb gesetzt werden müssen. Soll die Wärmeleistung des Kühlturmes 1 abnehmen, so werden die Pumpen 9a, 9b und 9c nacheinander ausgeschaltet und auf diese Weise der in den Verteilerleitungen 12, 13 bzw. IU herrschende Druck derart abnehmen, dass die Gruppen der Zerstäuberdüsen 6 in abwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander aus dem Betrieb ausscheiden.

Die hydraulischen Kennzahlen der Pumpen sind zu diesem Zweck derart gewühlt, dass bei gleichzeitigem Betrieb aller Pumpen sämtliche Zerstäuberdüsen unter Druck gesetzt werden, während bei Stillstand einer oder mehrerer Pumpen der Wasserdruck sinkt, so dass höher liegende Zerstäuberdüsen gemäss der Zahl der laufenden Pumpen ausgeschaltet werden.

Die Aus,führungsbeispiele gemäss Fig. H und 5 kän-* nen auch miteiandar kombiniert werden. In diesem Fall erfolgt das Ausschalten bzw. Einschalten der Gruppen von Zerstäuberdüsen 6 durch eine gemeinsame Betätigung der Verschlussorgane 15, 16 bzw. 17, sowie der Pumpen 9a, 9b, und 9c. Es ist aber auch möglich,· die Verschluss organe 15, 16, und 17 zum Teil zu schliessen und die Anzahl der betriebenen Pumpen 9a, 9b und 9c abzuändern, um die einzelnen Grup-

pen von Zerstäuberdüsen 6 ein- bzw. auszuschalten bzw. die Wasserlieferung derart zu regeln, dass in den im Betrieb verbleibenden Zerstäuberdüsen der ihnen entsprechende Druck entsteht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

L1.^/Kombinierte Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und Kühlwasser mit Kühlern, die einem Luftstrom ausgesetzt sind und über Zerstäuberdüsen berieselt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüsen (S) den Kühlern (2) in verschiedenen Höhenlagen (12, 13, IH) vorgeschaltet und je Höhenlage mit eigenen Verschlussorganen Cl5, 16, 17D versehen sind, so dass die Zerstäuberdüsen in abwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander ausgeschaltet bzw. in aufwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander eingeschaltet werden können.
2. Kombinierte Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, dass die obersten Cl2D der Zerstäuberdüsen C6) tiefer liegen, als der Scheitel der Kühler C2), so dass der oberste Abschnitt der Kühler selbst beim Einschalten aller Zerstäuberdüsen (6) im betrieb trocken bleiben ("Fig. 3.).
3. Kombinierte Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obersten Zerstäuberdüsen (6) etwa um ein Viertel der Bauhöhe der Kühler (2) tiefer liegen, als der Scheitel der Kühler (Fig. 3).
U. Kombinierte Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklauf leitung C&) der Kühler ζ 2) ein Wärmefühler (20) vorgesehen ist, der mit den Verschlussorganen (15, 16, 17Jl der Zerstäuberdüsen (6"i derart verbunden ist, dass bei Temperaturzunahme des entweichenden Strömungsmittels die Verschlussorgane in aufwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander stufenweise geöffnet und bei Teinperaturabnahme in umgekehrter Reihenfolge geschlossen werden C Fig. ¹O·
5. Kombinierte Kühleinrichtung nach einem der An-

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Al

Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Befördern des Kühlwassers zu den Zerstäuberdüsen C6} mehrere Pumpen C9a, 9b, 9c3 vorgesehen sind, deren hydraulische Kennzahlen derart gewählt sind, dass bei gleichzeitigem Betrieb aller Pumpen sätmliche Zerstäuberdüsen unter Druck gesetzt werden, während bei Stillstand einer oder mehrerer Pumpen der Wasserdruck sinkt, so dass höher liegende Zerstäuberdüsen gemäss der Zahl der laufenden Pumpen ausgeschaltet werden CFig. 5).

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