DE2421067A1 - Kuehlturm und verfahren zum kuehlen einer fluessigkeit - Google Patents
Kuehlturm und verfahren zum kuehlen einer fluessigkeitInfo
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Description
G 49 399 -su
Firma RESEARCH-COTTRELL, INC., Radel Avenue,
Bridgewater Township, New Jersey, (USA)
Kühlturm und Verfahren zum Kühlen einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft allgemein einen Kühlturm und ein Verfahren zum Kühlen einer heißen Flüssigkeit. Im einzelnen bezieht sie
sich auf neue und zweckmäßige Gegenstrom-, kombinierte Naß- und Trockenkühltürme für eine Wärmeabfuhr bzw. für ein Kühlen von
Luft, wobei die Türme mit einer automatisch oder manuell gesteuerten Einrichtung zum Vermindern oder Ausschalten der Dampfsäule
(plume) versehen sind.
Die Abwärme von Industrieanlagen, wie von kondensiertem Dampf aus turbinenartigen Anlagen zur Erzeugung elektrischer Leistung,wurde
durch Wasserkühlung, Luftkühlung oder eine kombinierte Wasser- und Luftkühlung abgeführt. Während einst die Wasserkühlung von
kondensiertem Ablaßdampf mit aus Flüssen und Quellen oder Gruben entnommenem Wasser eine sehr wichtige Kühlpraxis darstellte, haben
der Wassermangel und die thermische Verunreinigung bzw. Beeinflussung von Flüssen diese Praxis inzwischen wesentlich eingeschränkt,
und während der kühlen oder kalten Jahreszeiten ist nur eine Luftkühlung von heißem Wasser praktikabel. Aus diesen und
— O —
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weiteren Gründen wurden neue Anlagen von Naß- und Trockenkühltürmen
entwickelt, wobei die Trockenkühltürme während Zeiten kühler oder kalter Luft und die Naßkühltürme in den übrigen Zeiten benutzt
werden.
In vielen solchen Systemen ist der Trockenbereich im Sommer vollständig
nutzlos, obwohl dieser allgemein den größten Anteil der Investitionskosten erfordert. Auch kombinierte Naß- und Trockensysteme
ergeben Schwierigkeiten, die auf einer ungeeigneten Mischung der nassen Luft vom Naßbereich und der trockenen Luft vom
Trockenbereich beruhen, wodurch das Abgas dennoch sehr beträchtliche und unangenehme Dampfsäulen erzeugt. Auch ergaben sich bei
bekannten kombinierten Naß- und Trockensystemen starke Korrosionsprobleme und Probleme im Zusammenhang mit Krusten- bzw. Kesselsteinablagerungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kühlturm und ein Verfahren der genannten Art unter Vermeidung der geschilderten
Nachteile zu schaffen. Die Naß- und Trockenbereiche der Gegenstrom-Kühlturmkombination sollen hinsichtlich beider Wasser-
und Luftstromkreise in Reihe liegen, und ein derartiger Turm soll mit einer Steuereinrichtung versehen sein, so daß das System als
reiner Naßkühlturm mit einer maximalen Kühlkapazität oder als reiner Trockenkühlturm mit einer vollständigen Dampfsäulenausschaltung
oder aber zwischen diesen zwei Extremen betrieben werden kann Demnach soll das System die Erfordernisse einer Dampfsäulenverminderung
oder -ausschaltung während kalter, nasser Wetterbedingungen
erfüllen, ohne daß die Kühlkapazität des Systems bei heißem, trokkenem
Wetter bzw. im Sommer beeinflußt wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein Kühlturm der genannten Art vorgeschlagen, der sich auszeichnet durch ein Turmgehäuse,
eine Einrichtung zum Leiten von Luft durch das Turmgehäuse, und zwar von dessen unterem Ende nach oben, durch einen an das obere
Ende des Turms angrenzenden ersten Kühlbereich, durch einen an das untere Ende des Turms angrenzenden zweiten Kühlbereich, durch
eine Flüssigkeitssprüheinrichtung zwischen den ersten und zweiten
-J-
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Kühlbereichen, durch einen Sumpf für gekühlte Flüssigkeit am Boden des Turmgehäuses und durch eine Ventileinrichtung für ein
wahlweises Leiten heißer und zu kühlender Flüssigkeit zu zumindest einem der ersten und zweiten Kühlbereiche. Ferner wird nach der
Erfindung ein Verfahren der genannten Art vorgeschlagen, das sich auszeichnet durch ein Leiten von Kühlluft in allgemeiner Aufwärtsrichtung
durch eine begrenzte Zone und nacheinander durch erste und zweite Kühlbereiche sowie über eine Flüssigkeitssprüheinrichtung
über der zweiten Kühlstation und durch ein wahlweises Führen einer zu kühlenden Flüssigkeit zumindest zu einem der ersten und
zweiten Kühlbereiche.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlturm arbeitet der an das obere Ende
des Turms angrenzende Bereich normalerweise als Trockenkühlbereich während der an das untere Ende des Turms angrenzende Bereich normalerweise
als Naßkühlbereich fungiert. In einer weiteren Ausführungsform befinden sich jeweils über beiden ersten und zweiten
Kühlbereichen Flüssigkeitssprüheinrichtungen, und die Ventileinrichtung leitet die zu kühlende heiße Flüssigkeit zumindest zu
einer der ersten und zweiten Sprüheinrichtungen und zumindest zu einem der ersten und zweiten Kühlbereiche.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 - einen schematischen Vertikalschnitt eines Systems
nach der vorliegenden Erfindung und
Figuren 2a,
2b und 2c —. Steuerventileinstellungen für einen Sommer-, Zwischen
saison- und Winterbetrieb des Kühlturms bei Verwen dung eines einzigen Ventils statt zweier Ventile wie
in Figur 1.
In den Zeichnungen und insbesondere in Figur 1 ist mit Io allgemein
ein Kühl- bzw. Kondensationsturm nach dem Prinzip der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Der Turm Io enthält eine Seitenwandung
12 und einen Boden 14 in Form eines Sumpfes für das gekühlte
und kühlende Wasser 16. Die Oberseite des Turms ist bei 18 zum
Ablassen von Kühlluft offen, während in der Seitenwandung 12 eine Lufteinlaßöffnung 2o ausgebildet ist. Die genannten Turmteile 12-18
können verschiedene"Konfigurationen aufweisen und aus herkömmlichen
Materialien bestehen, da der dargestellte Turm nur eine beispielhafte Ausführungsform ist. Ferner kann der Turm einen
Selbstentlüftungstyp darstellen oder ein oder mehrere Ventilatoren aufweisen, wie den an der Lufteinlaßöffnung 2o dargestellten Ventilator
22 und den am Auslaß 18 dargestellten Ventilator 24. Ferner kann der Turm eine Kombination einer natürlichen oder Eigenventilation
und einer erzwungenen Ventilation im Rahmen der Erfindung enthalten.
Innerhalb des Turms und sich quer zu diesem erstreckend ist ein herkömmlicher hakenartiger Nebel- oder Wassertröpfchenausscheider
26 angeordnet, der in der Darstellung eine Anzahl von horizontal unter Abstand verlaufenden, parallelen Winkelgliedern 28 ausmacht,
die ein Entfernen von mit Wassertröpfchen beladener Luft unterstützen,
wenn die Luft auf ihrem gekrümmten Pfad durch die Einheit 26 über die Winkelglieder 28 gelangt.
Unter dem Nebelausscheider 26 befinden sich ein erster Kühlbereich
A und in Reihe darunter ein zweiter Kühlbereich B.
Der erste Kühlbereich A enthält Leitungen 3o, die mit geeigneten Rippen 32 versehen sein können. Die Verwendung bloßer Rohre statt
mit Rippen versehener Rohre hat den Vorteil eines besseren Korrosionswiderstandes,
und die rippenlosen Rohre können aus einem nicht korrodierbaren Material wie Kunststoff bestehen. Auch können
die rippenlosen Rohre kunststoffbeschichtet sein. Die Kühlschlange bzw. die Kühlleitungen 3o enthalten eine Einlaßleitung
34 und eine Auslaßleitung 36. Die Heißwasser-Einlaßleitung 34 ist mit einer Mündung 38 eines Dreiwegeventils 4o verbunden, während
die Auslaßleitung 36 zu einer Mündung 42 eines Dreiwegeventils 44
führt. Eine Mündung 48 des Ventils 4o ist mit einem sich in den Kühlturm erstreckenden Kopfglied 5o versehen, das eine Anzahl von
Auslaßleitungen 52 aufweist, die jeweils in einem gegen die Kühlschlange des Kühlbereichs A gerichteten Sprühkopf enden.
5-
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Unter dem ersten Kühlbereich A befindet sich ein zweites Kopfglied
54, das mit einer Mündung 56 des Dreiwegeventils 44 verbunden ist. Das Kopfglied 54 ist ähnlich wie das Kopfglied 5o mit einer Anzahl
von Auslaßleitungen 58 versehen, die jeweils in einem gegen den
Kühlbereich B gerichteten Sprühkopf enden. Zwischen dem zweiten Kopfglied 54 und dem unteren Ende des ersten Kühlbereichs A befindet
sich ein zweiter Nebelausscheider 6o, der dem vorher beschriebenen Nebelausscheider 26 genau entsprechen kann.
Der zweite Kühlbereich B der dargestellten Ausführungsform der Erfindung
enthält eine Anzahl von vertikal unter Abstand ausgerichteten, parallelen Platten einer herkömmlichen Kühlturmausbildung
62 mit einer benetzten Oberfläche. In bekannter Weise kann der •Naßbereich1, nämlich der Kühlbereich B, ohne die Benetzungsoberflächenplatten
betrieben werden, und die Berührung zwischen der Luft und der zu kühlenden Flüssigkeit ergibt sich dann mittels
der Tröpfchen, die durch die Sprühnebel über dem Bereich erzeugt werden.
Ein dritter Teil 64 des Dreiwegeventils 44 ist mit dem Sumpf 16 am Boden des Kühlturms über eine Leitung 66 verbunden. Zur Vervollständigung
des Systems ist das untere Ende des Sumpfes 16 mit einer Auslaßleitung 68 versehen, die mit einer Pumpstation 7o verbunden
ist. Die gekühlte Flüssigkeit von der Station 7o wird über eine Leitung 72 zum Ort ihrer Verwendung gepumpt, der eine dampfbetriebene,
Elektrizität erzeugende und allgemein mit V bezeichnete Anlage darstellen kann. Von dort wird heißes Wasser oder eine
Flüssigkeit über eine Leitung 74 zur dritten Mündung 76 des Dreiwegeventils 4o gepumpt.
Heißes zu kühlendes Wasser kann vom Einsatzort bzw. von der Quelle
V über das Ventil 4o zu den Sprühdüsen 52 und dem Kühlbereich A gemäß Darstellung in Figur 1, nur zu den Sprühdüsen 52 oder nur.
zum Kühlbereich A geführt werden. Entsprechend kann mit dem Ventil 44 teilweise .gekühltes Wasser oder eine andere Flüssigkeit
von der Leitung 36 des Kühlbereichs A teilweise zu den Sprühdüsen 58 und teilweise zum Sumpf 16, nur zu den Spr.ühdüsen 58 oder nur
zum Sumpf 16 geführt werden. - 6 -
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- ε
Eine ähnliche Flüssigkeitsverteilung der zu kühlenden Flüssigkeit kann durch ein einziges Sechswegeventil 71 gemäß Figuren 2a, 2b
und 2c erzielt werden. Danach leitet eine Leitung 74 wie in Figur 1 heißes Wasser von der Quelle V zum Ventil, während eine Leitung
54 teilweise gekühlte Flüssigkeit vom Kühlbereich A zum Ventil führt. Über eine Leitung 66 gelangt Flüssigkeit vom Ventil zum
Sumpf 16, und die Leitung 34 aus Figur 1 ist in den Figuren 2a, 2b
und 2c als Leitungen 34a und 34b dargestellt, von denen jede mit der Einlaßleitung 34 verbunden ist, um zu kühlende Flüssigkeit
zum Kühlbereich A zu führen.
Nachfolgend werden einige Beispiele für den Betrieb des Kühlsystems
angegeben:
I. Sommerbetrieb: Im Verlauf heißen, trockenen Sommerwetters ist die natürliche Dampfsäule (plume) eines Naßkühlturms sehr begrenzt, und sehr häufig ist die Säule so klein, daß sie nicht die Grenzen des Industriebereiches verläßt und demzufolge nicht ärgerniserregend ist. Gleichzeitig sind maximale Kühleigenschaften des Kühlturms erforderlich, um das heiße Wasser von der Quelle V zu kühlen, wobei der Turm in der folgenden Weise betrieben wird:
I. Sommerbetrieb: Im Verlauf heißen, trockenen Sommerwetters ist die natürliche Dampfsäule (plume) eines Naßkühlturms sehr begrenzt, und sehr häufig ist die Säule so klein, daß sie nicht die Grenzen des Industriebereiches verläßt und demzufolge nicht ärgerniserregend ist. Gleichzeitig sind maximale Kühleigenschaften des Kühlturms erforderlich, um das heiße Wasser von der Quelle V zu kühlen, wobei der Turm in der folgenden Weise betrieben wird:
Heißes Wasser von der Quelle V wird entweder über das Dreiwegeventil
4o oder das Sechswegeventil 71 nur über die Leitung 5o zu den Sprühdüsen 52 geführt, so daß das gesamte zu kühlende Wasser
über den Kühlbereich A geleitet wird. Die Außenoberfläche dieses Bereichs wird daher als Naßkühler beantzt. Das über den Bereich A
gelangende Wasser fällt fortlaufend nach unten, wenn Luft von einem oder beiden Propellern 22 und 24 oder durch natürlichen Zug
in einem entsprechenden Turm in Gegenstromrichtung bewegt wird. Das Wasser fällt auf den Strömungsausscheider, der nunmehr auch
als Naßkühler arbeitet. Dann erreicht das Wasser den Kühlbereich B, v/o eine letzte Kühlung stattfindet. Es fällt dann in den Sumpf
16, um erneut durch die Quelle oder Verwendungsstation V benutzt zu werden. Daraus ergibt sich, daß alle Oberflächen des Turms als
Naßkühler verwendet werden,wenn eine maximale Kühlung erforderlich
ist und sich die Luft während ihres gesamten Durchgangs durch den Turm in Berührung mit solchen Oberflächen befindet.
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Es wird darauf hingewiesen, daß die oben beschriebene Betriebsweise
gelegentlich auch während des Nicht-Sommerbetriebes benutzt werden kann, um den eigentlichen Trockenbereich A. von Salz und anderen
Ablagerungen zu reinigen, die sich während anderer Betriebsweisen angesammelt haben könnten, was nachfolgend näher beschrieben
wird.
11. Zwischensaisonbetrieb: Bei mittelmäßig kalten und feuchten
Wetterbedingungen wird der Kühlturm in der folgenden Weise betrieben.
Heißes zu kühlendes Wasser wird über das Ventil 4o zur Einlaßleitung 34 des Bereichs A geleitet, und das teilweise gekühlte,
den Bereich A über die Leitung 36 verlassende Wasser gelangt über das Ventil 44 zu der Leitung 54 und über die Sprühköpfe
58 zum Naßbereich B, wonach das gekühlte Wasser im Sumpf 16 gesammelt wird. Wenn im Zwischensaisonbetrieb das Sechswegeventil
71 in das System eingesetzt wird, ist dieses in der in Figur 2b dargestellten Weise einzustellen, um den oben beschriebenen Pfad
für die Wasserströmung zu erzielen.
In dieser Betriebsart befindet sich die durch den Turm gelangende Luft zunächst im Kontakt mit dem zu kühlenden Wasser im Bereich B,
Sie gelangt dann durch den unteren Strömungsausscheider 6o, wo
Wassertröpfchen vom Luftstrom getrennt werden. Die den Bereich A
durchströmende Luft entfernt durch indirekten Kontakt Wärme von dem Wasserstrom durch die Leitungen 3o. Eine derartige weitere
Erwärmung der Luft führt zu einer weitgehenden Verminderung oder Ausschaltung einer jeglichen Dampfsäule, wenn die erwärmte Luft
den Turm verläßt.
Ferner wird darauf hingewiesen, daß ein zusätzlicher Schritt einer
DampfSäulenverminderung erreicht werden kann, sofern die Zustände
und Bedingungen es zulassen, indem die Strömung des in den Bereich B über die Sprühdüsen 58 eintretenden heißen Wassers durch Abschalten
ein oder mehrerer Zirkulationspumpen im Pumpbereich 7o vermindert wird. Wenn es nicht möglich oder ratsam ist, ein
^der mehrere Pumpen im Pumpbereich 7o abzuschalten, können dieselb
η Ergebnisse auch durch Verwendung.der Bypassleitung 66 erzielt
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werden, um einen Teil des Wassers vom Bereich A direkt zum Sumpf
16 und somit nicht das gesamte Wasser zu den Sprühdüsen 58 zu führen.
III. Winterbetrieb: Bei extrem kalten Wetterbedingungen ist es
möglich und manchmal notwendig, den Kühlturm ausschließlich im Trockenbetrieb zu betreiben. Dieser ausschließliche Trockenbetrieb
verläuft wie folgt. Das Dreiwegeventil 4o oder das Sechswegeventil 71 wird so eingestellt, daß das gesamte heiße Wasser von der
Quelle V zum Kühlbereich A und dann von diesem über das Ventil zum Sumpf 16 gelangt, so daß sich die Luft im Turm nur in Berührung
mit den nicht benetzten Oberflächen befindet. Eine geeignete Einstellung des Sechswegeventils ist in Figur 2c dargestellt.
Der Fachmann kann der obigen Beschreibung und der Zeichnung entnehmen,
daß die angegebenen sowie weitere Zwecke und Ziele nach der vorliegenden Erfindung voll erfüllt werden.
-Patentansprüche-
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Claims (13)
1. Kühlturm für eine heiße Flüssigkeit, gekennzeichnet durch ein —- Turmgehäuse (lo), eine Einrichtung (18, 2o, 22, 24) zum Leiten
von Luft durch das Turmgehäuse, und zwar von dessen unterem Ende nach oben, durch einen an das obere Ende des Turms angrenzenden
ersten Kühlbereich (A), durch einen an das untere Ende des Turms angrenzenden zweiten Kühlbereich (B), durch eine
Flüssigkeitssprüheinrichtung (58) zwischen den ersten und zweiten Kühlbereichen, durch einen Sumpf (16) für gekühlte Flüssigkeit
am Boden (1.4) des Turmgehäuses und durch eine Ventileinrichtung (4o, 44) für ein wahlweises Leiten heißer und zu kühlender
Flüssigkeit zu zumindest einem der ersten und zweiten Kühlbereiche.
2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Venti!einrichtung
(4o, 44) eine Einrichtung (64, 66) aufweist, mit der Flüssigkeit auch zum Flüssigkeitssumpf (16) geführt
werden kann.
3. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Kühlbereich (A) einen geschlossenen Kanal (3o) für ein Zirkulieren heißer Flüssigkeit im Turmgehäuse (lo) aufweist, wodurch
die nach oben und um den Kanal strömende Luft die durch den Kanal gelangende heiße Flüssigkeit kühlt.
4. Kühlturm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Kühlbereich (B) eine Reihe von im Turmgehäuse (lo) und unter der Flüssigkeitssprüheinrichtung (58) angeordnete Wärmeübergangsoberflächen
(62) enthält, wodurch die heiße Flüssigkeit von der Sprüheinrichtung über die Oberflächen und in den
Sumpf fällt und durch die nach oben um die Platten strömende Luft gekühlt wird.
5. Kühlturm nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine zweite Flüssigkeitssprüheinrichtung (52) im Turmgehäuse (lo)
über dem ersten Kühlbereich (A), so daß die aus dieser Sprüh-
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Io -
einrichtung fallende heiße Flüssigkeit zunächst den ersten Kühlbereich (A) und dann den zweiten Kühlbereich (B) berührt
und über diese Bereiche gelangt, während die Flüssigkeit durch die nach oben strömende Luft gekühlt wird.'
6. Kühlturm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile
inrichtung (4o, 44) die heiße Flüssigkeit wahlweise allein zum ersten Kühlbereich (A)f zur Flüssigkeitssprüheinrichtung
(58) unmittelbar über dem zweiten Kühlbereich (B) oder zur Flüssigkeitssprüheinrichtung (52) über dem ersten Kühlbereich
oder aber zu einer Kombination dieser Bereiche leitet.
7. Kühlturm nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (4o, 44) die zu kühlende heiße Flüssigkeit wahlweise zumindest zu einer der
ersten und zweiten Sprüheinrichtungen (58, 52) und zumindest zu einem der ersten und zweiten Kühlbereiche (A, B) leitet.
8. Kühlturm nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen normalerweise trockenen ersten Kühlbereich (A) in Angrenzung an das obere Ende des Turms (lo) und
durch einen normalerweise benetzten zweiten Kühlbereich (B) in Angrenzung an das untere Ende des Turms (lo), wobei die Ventileinrichtung
(4o, 44) die zu kühlende heiße Flüssigkeit wahlweise zum Trockenkühlbereich allein oder zur Sprüheinrichtung
(58) zwischen den ersten und zweiten Kühlbereichen (A, B) allein oder zu beiden Bereichen leitet.
9. Verfahren zum Kühlen einer heißen Flüssigkeit, gekennzeichnet durch ein Leiten von Kühlluft in allgemeiner Aufwärtsrichtung
durch eine begrenzte Zone und nacheinander durch erste und zwei te Kühlbereiche sowie über eine Flüssigkeitssprüheinrichtung
über der zweiten Kühlstation und durch ein wahlweises Führen einer zu kühlenden Flüssigkeit zumindest zu einem der ersten
und zweiten Kühlbereiche.
11 -
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10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch erste und.
zweite Flüssigkeitssprüheinrichtungen über den ersten und zweiten Kühlstationen und durch ein wahlweises Führen einer
zu kühlenden Flüssigkeit zur ersten oder zweiten Sprüheinrichtung allein, zur zweiten Kühlstation allein oder zu einer Kombination
dieser Glieder.
11. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kühlende Flüssigkeit zur ersten Flüssigkeitssprüheinrichtung
geleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die
zu kühlende Flüssigkeit zunächst durch den ersten Kühlbereich und dann durch die zweite Sprüheinrichtung geleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte zu kühlende Flüssigkeit nur durch den ersten Kühlbereich
geführt wird.
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e e rs
te
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