DE2330419B2

DE2330419B2 - Kühlturm mit einer kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und Kühlwasser

Info

Publication number: DE2330419B2
Application number: DE2330419A
Authority: DE
Inventors: Georgy Sergejevitsch Dipl.- Ing. Agejev; Ivan Aleksejevitsch Dipl.-Ing. Alekssejev; Janos Dipl.-Ing. Bodas; Laszlo Dipl.- Ing. Dr. Forgo; Laszlo Dipl.-Ing. Dr. Heller; Istvan Dipl.-Ing. Papp
Original assignee: TYEPLOELEKTROPROJEKT MOSKAU; Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi
Current assignee: TYEPLOELEKTROPROJEKT MOSKAU; Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1980-10-16
Also published as: BE801839A; CH557514A; PL87739B1; US3887666A; IT998188B; HU165521B; YU181173A; ZA734175B; AT321967B; CA985060A; SE414339B; AU5722673A; DD105884A1; FR2237162A1; FI61568C; FR2237162B1; YU36224B; DE2330419A1; GB1441830A; DE2330419C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlturm mit einer kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und Kühlwasser, mit einem am unteren Ende des Kühlturms ausgebildeten, radialen Kühllufteintritt, mit im Bereich des Kühllufleintritts angeordneten, vom Strömungsmittel durchströmten Wärmeübertragungselementen und mit im Bereich des Kühllufteintritts angeordneten Zerstäuberdüsen für das Kühlwasser.

Ein derartiger bekannter Kühlturm hat gegenüber Naßkühltürmen, bei denen das rückzukühlende Strömungsmittel im Fuße des Kühlturms versprüht und G dadurch rückgekühlt wird, den Vorteil eines verhältnismäßig geringen Wasserverbrauches. Andererseits hat er gegenüber Trockenkühltürmen mit lediglich iin Bereich des Kühllufteintritts angeordneten, vom Strömungsmittel durchströmten WärmeDbertragungselementen, wie

ίο sie in Gebieten verwendet werden, wo Kühlwasser Oberhaupt nicht vorhanden ist, den Vorzug, hinsichtlich der Dimensionierung der Wärmeübertragungselemente wesentlich kleiner zu bauea Der bekannte, eingangs genannte Kühlturm eignet sich also besonders für Gebiete mit kontinentalem Klima, wo er im Winter in herkömmlicher Art als Trockenkühlturm arbeiten kann, während im Sommer mit verhältnismäßig geringen Wassermengen die Wärmeübertragungselemente durch Einschalten eines offenen, sekundären Wasserkreislaufes berieselt werden könnea

Nun werden Kühltürme der bekannten Art regelmäßig so bemessen, daß selbst bei hohen Temperaturen und bei hoher Luftfeuchtigkeit eine ausreichende Kühlwu-kung erzielt wird. Ist die Außenlufttemperatur geringer, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Luft niedriger oder nimmt die abzuführende Wärmemenge ab, dann muß die Rückkühlleistung des Kühlturms vermindert werden, was jedoch mit den bekannten Kühltürmen durch Ein- bzw. Abschalten des Sekundärkreislaufes für das Kühlwasser nur sehr ungenau möglich ist. Darüber hinaus werden Kühltürme in neuerer Zeit zunehmend als Stahlkonstruktion errichtet, da sich diese Bauweise als am wirtschaftlichsten erwiesen hat Hier treten jedoch bei Kühltürmen mit kombinierter Rückkühlung durch Luft und Kühlwasser Korrosionsprobleme durch die in das Kühlturminnere gelangende Luft hohen Feuchtigkeitsgehaltes auf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kühlturm der eingangs genannten Art derart abzuändern, daß das Verhältnis zwischen Luftkühlung und Berieselungskühlung regelbar gestaltet ist und dabei außerdem gewährleistet ist, daß die zur Berieselungskühlung herangezogenen Luftmengen nicht an die Innenfläche des Kühlturmes kommen können, d. h, zur Verhinderung von außergewöhnlicher Korrosion sichergestellt ist, daß die Innenfläche des Kühlturms immer nur von zur Luftkühlung herangezogenen Luftmengen bestrichen wird, wobei diesem Korrosionsproblem in denkbar einfacher und praktisch keine zusätzlichen Kosten verursachender Weise beigekommen werden soll.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom rückzukühlenden Strömungsmittel durchströmten Wärmeübertragungselemente am Kühllufteintritt übereinander angeordnet sind, daß die Zerstäuberdüsen in Gruppen in verschiedenen Höhenlagen über in verschiedenen Höhenlagen liegenden Bereichen der Wärmeübertragungselemente angeordnet sind, daß die dem Mantel des Kühlturms am nächsten liegende Gruppe von Zerstäuberdüsen mit Abstand vom Rand

ho der Innenoberfläche des Mantels angeordnet ist und daß die Kühlwasserbeaufschlagung der einzelnen horizontalen Gruppen von Zerstäuberdüsen über ihnen zugeordnete Ventile in abwärts oder aufwärts gerichteter Reihenfolge steuerbar ist.

Durch die US-PS 22 78 242 ist es zwar bekannt, eine Berieselungskühlung über Gruppen von Zerstäuberdüsen vorzusehen, als je nach Bedarf zu- bzw. abschaltbar sind. Bei diesem bekannten Gegenstand geht es jedoch

um Dampfkondensatoren von Kältemaschinen, die konstruktiv keine Gemeinsamkeiten mit den hier zur Diskussion stehenden Kühltürmen haben. Außerdem tritt bei diesen Dampfkondensatoren auch nicht das genannte Korrosionsproblem auf. Vielmehr muß es Ziel 5 des Gegenstandes der US-PS 22 78 242 sein, bei Einschaltung sämtlicher Zerstäuberdüsen möglichst auch den gesamten Kühler zu bestreichen.

Durch die DE-OS 19 39174 ist außerdem ein Kühlturm bekannt, bei dem das Strömungsmittel mittels Wärmeü'sertragungselementen durch einen Kühlwasserkreislauf rückgekühlt wird, der seinerseits dann über im Fuß des Kühlturms angeordnete Düsen versprüht und durch den Kontakt mit der Kühlluft abgekühlt wird. Hier liegen jedoch die Wärmeübertragungselemente außerhalb des Kühlturms bzw. sind nicht Bestandteil des Kühlturms. Eine Regelung der Kühlleistung ist nicht angesprochen. Es wird zwar im bekannten Falle über besondere, trocken arbeitende Wärmeübertragungselemente ein trockener Kühlluftstrom in den Kühlturm eingelassen. Dies geschieht jedoch in das Zentrum des Kühlturmes zur Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehaltes der Kühlluft und somit zur Verhinderung der Schwadenbildung.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben deir.gegenüber die Wirkung, die Berieselungskühlung in einfacher Weise bis hin zur Stufenlosigkeit zu regeln, so daß sich eine optimale Anpassung an den Kühlbedarf ausgehend von der zur Verfügung stehenden Kühlwassermenge und der Temperatur der umgebenden Luft erhalten läßt. Zum anderen ist nunmehr sichergestellt, daß die Metallteile auf der Innenwand des Kühlturmes nur noch mit zur Luftkühlung herangezogener Luft, also trockener Luft in Berührung kommen, so daß die Korrosionsgefahr etwa der gegenüber der normalen ss Umgebungsluft entspricht oder sogar geringer ist. Dies ist erfindungsgemäß in einfacher Weise erreicht, ohne daß dadurch der Aufwand für den Kühlturm nennenswert beeinflußt wäre.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß die dem Mantel des Kühlturmes am nächsten liegende Gruppe von Zerstäuberdüsen etwa um ein Viertel der Bauhöhe der Wärmeübertragungselemente tiefer liegt als deren Oberkante.

Außerdem ist es vorteilhalt, daß in der Rücklaufleitung der Wärmeübertragungselemente ein Wärmefühler vorgesehen ist, durch den die Ventile der Zerstäuberdüsen bei Temperaturzunahme des aus den Wärmeübertragungselementen abfließenden Strömungsmittels in aufwärts gerichteter Reihenfolge der Gruppen nacheinander stufenweise in Offenstellung und bei Temperaturabnahme in umgekehrter Reihenfolge in Schließstellung steuerbar sind.

Schließlich ist es zweckmäßig, daß zum Fördern des Kühlwassers zu den Zerstäuberdüsen mehrere Pumpen vorgesehen sind, deren hydraulische Kennzahlen derart gewählt sind, daß bei gleichzeitigem Betrieb aller Pumpen sämtliche Zerstäuberdüsen mit Kühlwasser beaufschlagbar und während des Stillsetzens einer oder mehrerer Pumpen und Abnahme des Wasserdruckes eine oder mehrere Gruppen höher liegender Zerstäuberdüsen gemäß der Zahl der laufenden Pumpen nicht mehr mit Kühlwasser beaufschlagt wfden.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend mehr ins einzelne in Verbindung mit der Zeichnung erläutert, <>5 die in den F i g. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele darstellt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind am Umfang des Mantels 1 eines Kühlturms mit natürlichem Zug in an sich bekannter Weise Wärmeübertragungselemente 2 mit Rippenrohren 3 angeordnet, denen das abzukühlende oder zu kondensierende Strömungsmittel über eine Rohrleitung 4 zugeführt wird Das in den Rippenrohren 3 abgekühlte oder kondensierte Strömungsmittel verläßt die Wärmeübertragungselemente 2 über eine Rücklaufleitung 5. Die Außenfläche der Wärmeübertragungselemente 2 kann über Zerstäuberdüsen 6 mit Wasser bespritzt werden, das in Richtung der Pfeile 7 an den Kühlrippen herabrieselt, wobei ein Teil desselben verdampft wird. Der restliche Teil des Wassers wird in einem Becken 8 unterhalb der Wärmeübertragungselemente 2 angesammelt und von hier über eine Pumpe 9 zu 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 den Pfeil 11 angedeutet ist Sie wird durch Berührung mit den nassen Kühlrippen erwärmt, wobei auch ihr Feuchtigkeitsgehalt zunimmt, was einen Wärmeentzug für das Strömungsmittel in aen Wärmeübertragungselementen 2 bedeutet. Die in das Innere des Kühlturms eintretende Luft weist eine höhere Temperatur und einen höheren Feuchtigkeitsgehalt auf als die den Kühlturm umgebende atmosphärische Luft, so daß auch ihr spezifisches Gewicht geringer ist als das der Umgebungsluft. Dieser Wichteunterschied bewirkt einen ständigen Druckunterschied zwischen der Außenseite und der Innenseite der Wärmeübertragungselemente 2, wodurch eine ständige Luftströmung durch das Turminnere hindurch entsteht.

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

Wie aus F i g. 1 ferner hervorgeht, sind nun die Zerstäuberdüsen 6 unterteilt in drei verschiedenen Höhenlagen angeordnet, wobei sie jeweils mit einem Verteilerrohr 12, 13, 14 verbunden sind. Die Verteilerrohre enthalten Verschlußorgane bzw. Ventile 15,16,17, 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 12,13,14 auf die Außenfläche der Wärmeübertragungselemente 2. Das soweit beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 arbeitet wie folgt:

Besteht ein Anspruch auf eine maximale Kühlleistung, dann sind alle Ventile 15, 16 und 17 offen. Nimmt die Wärmeleistung ab, dann wird zunächst das Ventil 15 geschlossen. Dadurch bleibt der Abschnitt der Wärmeübertragungselemente 2 zwischen den Verteilerrohren 12 und 13 trocken und arbeitet als Luftkühler. Im Abschnitt unterhalb des Verteilerrohres 13 ist die Oberfläche der Wärmeübertragungselemente benetzt, so daß Wärmeentzug auch durch Verdampfung erfolgt. Um eine weitere Verringerung der Kühlleistung zu erreichen, wird zusätzlich das Ventil 16 geschlossen und auf diese Weise eine stufenweise Verkleinerung der benetzten Fläche der Wärmeübertragungselemente 2 erreicht. Schließlich wird auch das Ventil 17 geschlossen, wodurch eine Benetzung der Außenfläche der Wärmeübertragungselemente 2 vollständig entfällt und die Kühleinrichtung als reiner Luftkühler arbeitet.

Außerdem liegt nun aber noch die höchste Reihe von

Zerstäuberdüsen 6 unterhalb des Scheitels der Wärmeübertragungselemente 2. Somit bleibt der oberste Abschnitt der Wärmeübertragungselemente 2 im Betrieb selbst dann trocken, wenn auch die obersten Zerstäuberdüsen 6 eingeschaltet sind. Dies hat zur Folge, daß innerhalb des Kühlturms ein Teilstrom 18 mit einem gegenüber der Umgebungsluft geringeren Feuchtigkeitsgehalt und der Umgebungsluft gegenüber höheren Temperatur besteht, der die Stahlkonstruktionsteile des Mantels 1 des Kühlturms bestreicht. Der andere Teilstrom 19 besteht aus einem inneren Kern mit hohem Feuchtigkeitsgehalt und mit einer die Temperatur der Umgebungsluft überragenden Temperatur, die jedoch niedriger ist als die Temperatur des Teilstromes 18. Da die Temperatur des Teilstromes 18 höher und ihr spezifisches Gewicht geringer ist als die entsprechenden Werte des Teilstromes 19, besteht keine Neigung der Teilströme 18 und 19 zur gegenseitigen Vermischung. Auf diese Weise sind die Konstruktionsteile des Kühlturmes 1 gegen durch Naßluft bedingte Korrosion wirksam geschützt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 wird die Temperatur des aus den Wärmeübertragungselementen 2 austretenden Strömungsmittel zwischen bestimmten Grenzen gehalten. Dazu ist in der Rücklaufleitung 5 ein Wärmefühler 20 vorgesehen, der auf die Ventile 15, 16 bzw. 17 in den Verteilerrohren 12, 13 bzw. 14 einwirkt und diese bei Temperaturabnahme des rückgekühlten Strömungsmittels in der bereits beschriebenen Reihenfolge stufenweise schließt bzw. bei Temperaturzunahme des Strömungsmittels in umgekehrter Reihenfolge stufenweise öffnet. Die Verbindung zwischen Wärmefühler 20 und Ventilen 15, 16 und 17 ist in Fi g. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet. Einzelheiten einer derartigen Verbindung sind für den Fachmann an sich bekannt. Die beschriebene selbsttätige Regelung ermöglicht innerhalb der durch die Kühlleistung des Kühlturmes bestimmten Grenzen eine konstante Temperatur des rückgekühlten Strömungsmittels.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das zur Benetzung der Außenfläche der Wärmeübertragungselemente 2 erforderliche Wasser durch mehr als eine Pumpe geliefert wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Pumpen 9a, 96 und 9c vorgesehen. Die Regelung der Kühleinrichtung erfolgt nun in der Weise, daß für den Betrieb sämtlicher

κι Zerstäuberdüsen 6 alle Pumpen 9a, 96 und 9c in Betrieb gesetzt werden müssen. Soll die Kühlleistung abnehmen, so werden die Pumpen 9a, 96 und 9c nacheinander ausgeschaltet und auf diese Weise der in den Verteilerleitungen 12, 13 bzw. 14 herrschende Druck

ι-; derart herabgesetzt, daß die Gruppen der Zerstäuberdüsen 6 in abwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander aus dem Betrieb ausscheiden.

Die hydraulischen Kennzahlen der Pumpen 9a, 9b und 9c sind zu diesem Zweck derart gewählt, daß bei gleichzeitigem Betrieb aller dieser Pumpen sämtliche Zerstäuberdüsen 6 unter Druck gesetzt werden, während bei Stillstand einer oder mehrerer Pumpen 9a, 96 und 9c der Wasserdruck sinkt, so daß höher liegende Zerstäuberdüsen 6 gemäß der Zahl der laufenden Pumpen 9a, 9bund 9causgeschaltet werden.

Die Ausführungsbeispiele gemäß F i g. 2 und 3 können auch miteinander kombiniert werden. In diesem Falle erfolgt das Ausschalten bzw. Einschalten der Gruppen von Zerstäuberdüsen 6 durch eine gemeinsame

«ι Betätigung der Ventile 15,16 bzw. 17 sowie der Pumpen 9a, 9b und 9c. Es ist aber auch möglich, die Ventile 15,16 und 17 zu schließen und die Anzahl der betriebenen Pumpen 9a, 96 und 9c abzuändern, um die einzelnen Gruppen von Zerstäuberdüsen 6 ein- bzw. auszuschal-

J5 ten oder die Wasserlieferung derart zu regeln, daß in den im Betrieb verbleibenden Zerstäuberdüsen 6 der ihnen entsprechende Druck entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlturm mit einer kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und Kühlwasser, mit einem am unteren Ende des Kühlturms ausgebildeten, radialen Kühllufteintritt, mit im Bereich des Kühllufteintritts angeordneten, vom Strömungsmittel durchströmten Wärmeübertragungselementen und mit im Bereich des Kühllufteintritts angeordneten Zerstäuberdüsen für das Kühlwasser, dadurch gekennzeichnet, daß die vom rückzukühlenden Strömungsmittel durchströmten Wärmeübertragungselemente (2) am Kühllufteintritt übereinander angeordnet sind, daß die Zerstäuberdüsen (6) in Gruppen in verschiedenen Höhenlagen (12, 13, 14) über in verschiedenen Höhenlagen liegenden Bereichen der Wärmeübertragungselemente (2) angeordnet sind, daß die dem Mantel (1) des Kühlturms am nächsten liegende Gruppe von Zerstäuberdüsen (6) mit Abstand vom Rand der Innenoberfläche des Mantels

(1) angeordnet ist und daß die Kühlwasserbeaufschlagung der einzelnen horizontalen Gruppen von Zerstäuberdüsen (6) über ihnen zugeordnete Ventile (15, 16, 17) in abwärts oder aufwärts gerichteter Reihenfolge steuerbar ist

2. Kühlturm nacli Patentanspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mantel (1) des Kühlturms am nächsten liegende Gruppe von Zerstäuberdüsen (6) etwa um ein Viertel der Bauhöhe der Wärmeübertragungselemente (2) tiefer liegt als deren Oberkante.

3. Kühlturm nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (5) der Wärmeübertragungselemente (2) ein Wärmefühler (20) vorgesehen ist, durch den die Ventile (15, 16, 17) der Zerstäuberdüsen (6) bei Temperaturzunahme des aus den Wärmeübertragungselementen

(2) abfließenden Strömungsmittels in aufwärts gerichteter Reihenfolge der Gruppen nacheinander stufenweise in Offenstellung und bei Temperaturabnahme in umgekehrter Reihenfolge in Schließstellung steuerbar sind (Fig. 2).

4. Kühlturm nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fördern des Kühlwassers zu den Zerstäuberdüsen (6) mehrere Pumpen (9a, 9b, 9c) vorgesehen sind, deren hydraulische Kennzahlen derart gewählt sind, daß bei gleichzeitigem Betrieb aller Pumpen (9a, 96, 9c) sämtliche Zerstäuberdüsen (6) mit Kühlwasser beaufschlagbar und während des Stillsetzens einer oder mehrerer Pumpen (9a, 9b, 9c^und Abnahme des Wasserdruckes eine oder mehrere Gruppen höher liegender Zerstäuberdüsen (6) gemäß der Zahl der laufenden Pumpen (9a, 9b, 9c) nicht mehr mit Kühlwasser beaufschlagt werden (F i g. 3).