DE2539536A1

DE2539536A1 - Kuehlturm

Info

Publication number: DE2539536A1
Application number: DE19752539536
Authority: DE
Inventors: Heinz Schnell
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1977-03-03
Also published as: CH596528A5; BE845589A; FR2322344B3; NL7608785A; AT344757B; ATA558176A; FR2322344A1

Description

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Sulzer - Escher Wyss GmbH, Lindau/Bodensee (Deutschland)

K u h 1 t u r in

Die Erfindung betrifft einen Kühlturm, welcher über den Querschnitt verteilt in Abständen angeordnete Nasszonen, aufweist, in welchen Füllkörpereinbauten angeordnet sind, deren Oberflächen von zu kühlenden Wasser berieselt sind, welches auf den Kühlturm durchströmende Kühlluft 'Wärme überträgt.

Bei derartigen Kühl türmen, die auch Nasskühltürme genannt werden, erfolgt die Abkühlung des V/assers durch einen kombinierten Stoff- und Wärmeaustausch (Verdunstung und Konvektion). Dabei wird das abzukühlende V/asser zunächst einer Wasserverteilungsvorrichtung zugeleitet und von dort gleichmässig über den Wärmeaustauschteil, der Füllkörpereinbauten mit RieseIflachen, für das Wasser enthält, verteilt. Im Warneaustauschteil wird ein inniger Kontakt mit der Kühlluft erreicht, die durch die Kaminwirkung der Naturzugkühltürme gefördert wird. Um ein mechanisches Mitreissen von Wassertropfen im Luftstrom zu verhindern, werden die Kühltürme mit einer Tropfenfangvorrichtung ausgerüstet, die die Tropfen aus der austretenden Kühlluft eliminiert und wieder in das Innere des Kühlturm zurückleitet.

Juri wesentlicher Nachteil der bekannten Nass kühl tür me, insbesondere wenn sie eine relativ grosse Kapazität und eine dementsprechend

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grosse Höhe von ζ. B. 100 und. raohr Metern aufweisen, besteht darin, dass die aus dem Kühlturm austretende feuchte Kühlluft bei bestimmten klimatischen Bedingungen, und zwar insbesondere im Winter zur Ausbildung von Schwaden führt, welche zu einer Vernebelung der Atmosphäre in der Umgebung des Kühlturmes führen. Diese NebelSchwaden stellen nun für den Strassen-, Eisenbahn- und Luftverkehr eine starke Belästigung dar. Ausserdem können diese Nebelschwaden zu einer Verminderung dor Sonneneinstrahlung in der Umgebung der Kühltürme führen. Bei besonderen topographischen Formationen oder Inversionswetterlagen können die Nebelschwaden zu gefährlichen Nebellagen führen.

Eine bekannte Lösung dieses Problems, d. Ja» Vermeidung von Schwaden bi!düngen, wurde bisher in der Anwendung von sogenannten Tr okkonkühltürmen an Stelle von Nasskühltürmeη gesehen.

Bei dieser sogenannten Trockenkühlung zirkuliert das zu kühlende V/asser in geschlossenen Rohrsystemen und wird durch die .an den Rohrwandungen vorbeiströmende Kühlluft gekühlt. Der Wärmeübergang vom Wasser auf die Luft erfolgt nur durch !Convention, ohne dass ein Stoffaustausch (Verdunstung) zwischen den beiden.Medien stattfindet. Die Kühlluft wird in diesem Falle also nicht befeuchtet, da sie nur trockene Wärme aufnimmt. Demzufolge wird am Luftaustritt derartiger Trockenkühltürme auch bei extremen klimatischen Bedingungen keine Nebelbildung in der Atmosphäre stattfinden, da die austretende Kühlluft nur eine niedrige relative Feuchtigkeit aufweist.

Jedoch sind Trockenkühltürme mit erheblichen Nachteilen behaftet. Und zwar bestehen diese darin, dass die Realisierung dieser Trok-

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kenkühlung unwirtschaftlich hohe Investitionskosten und einen entsprechend grossen Raumbedarf für die Kühltürme erfordert, da das Bauvolumen eines Trockenkühlturmes etwa viermal grosser ist als dasjenige eines Naoskühlturiues bei gleicher Kühlleistung.

Es wurden weiterhin Versuche unternommen, den Kühlprozess in einen Nasskühlprozess und in einen Trockenkühlprozess aufzuteilen und in einem Ventilator-Kühlturm durchzuführen. Bei dieser Ausführungsform wird der Wärmeaus tausch teil in eine Anzahl von Nasszonen mit Füllkör-pereinbauten und in Trockenkühlzonen mit Wärmeübertragern, welche ebenfalls von zu kühlendem Wasser durchströmt werden, unterteilt, wobei diese Zonen abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Derartige Kühltürme bestehen demnach aus der Kombination eines Nasskühltürmteiles und eines Trockenkühlturmteiles, wobei in den beiden Zonengruppen eine Kühlung von erwärmtem Wasser mit Hilfe von Kühlluft erfolgt. Hierbei wird in der einen Gruppe das erwärmte Wasser durch Stoffaustausch und Wärmeaustausch (Verdunstung und Konvektion) und in der anderen Gruppe ausschliesslich durch Wärmeaustausch (Konvektion) gekühlt. Oberhalb der Wärmeaustauschteile mischt sich die aus den Trokkenkühlzonen austretende Kühlluft mit der aus den Nasszonen austretenden Kühlluft, wodurch eine Schwadenbildung am Luftaustritt des Kühlturmes verhindert werden soll.

Ventilator-Kühltürme haben nur eine begrenzte Leistungskapazität. Bei den heute erforderlichen Kraftwerkseinheiten wird jedoch die Zuordnung nur eines einzigen Kühlturmes wegen vielfältiger Umweltsbelastung, wie z. B. Raumbedarf und Geräusch zu einem Kraftwerkblock angestrebt.

Ein weiterer Grund besteht darin,, den maschinellen Aufwand für die

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erforderlichen Rohrleitungssysteme so weit wie möglich zu reduzieren.

Die heutzutage erforderlichen rlühlturmleistungen sind nur durch Naturzu^klU.I türme ;-:u erbringen, zumal wenn die Forderung besteht, pro Kraftwerksblock nur einen einzigen Kühlturm vorzusehen. Naturzugkühltürme können aufgrund der heutigen modeinen Bautechnologie mit erheblichem Durchmesser und Hohe erstellt werden. Durch Erzeugung des notwendigen Auftriebes im Kühlturmkarnin können daher die erforderlichen grossen Luftmassen für die Abkühlung des Warmwassers gefördert werden.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Naturzugkuhltürmen bei extrei-ien klimatischen Bedingungen hinsichtlich Temperatur und/ oder Feuchtigkeit der Unige bungs luft auftretende Schwadenbildung zu verhindern unter gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile der vors te¹ hend beschriebenen Ausführungsform von Na tür zugkühl türmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Rieseleinbauten enthaltende Wärmeaustauschteil in mehrere Nasszonen aufgeteilt ist, die im Naturzug durchströmt sind und zwischen denen jeweils eine Trockenzone angeordnet ist, die von den benachbarten Nasszonen durch Wände getrennt ist, wobei jede Trockenzone mindestens einen Ventilator zur Förderung der Kühlluft und mindestens einen vom zu kühlenden Wasser durchströmten Wärmeaustauscher für die indirekte Wärmeübertragung von dem Wasser auf die Kühlluft aufweist.

Durch die zwangsweise Förderung von Umgebungsluft durch die Trockenzonen wird mit Hilfe der Erfindung erreicht, dass sich oberhalb des Wärmeaustauschteiles Ueberschussluft mit der feuchten Kühlluft mischt, so dass sich auch bei kritischen klimatischen Verhältnissen der U:-;-.-

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gebungsliu't a?-; Luftaustritt des I\ühltur:aos keine Uebelsehv/iiden aur,b".].·- den können.

Ein guter Auftriebseffekt, der wesentlich für eine einwandfreie Betriebsweise von. Natur zugkühl türiaen ist, wird bei der Erfindung dadurch en eicht, dass die Abluftbewegunr infolge der Schubwirkung der zwangsweise durch die freien Zonen geforderten erwärmten Zusatzluft, verbessert wird.

Durch die Ventilatoren erfolgt neben dem normalen Auftrieb eine Druckerhöhung, die den zusätzlichen Druckverlust während der Durchmischung der Luftströnie im ivilhlturmkawin kompensiert.

Die freien Zonen können kleiner oder höchstens gieichgross wie die Nasszonen ausgebildet sein, so dass das Bauvolumen eines erfindungsgemäss ausgeführten Kühl tür ines gegenüber einem reinen Trockenkühl turm bei gleicher Kühlleistung wesentlich reduziert werden kann unter gleichseitiger Vermeidung von Schwadenbildung am Luftaustritt des Kühltürmes.

Da es für eine einwandreie Luftförderung durch einen Naturzugkühltürrc wesentlich ist, dass die Ansaug- und Druckverhältnisse am Lufteintritt überall gleich sind, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, in den den freien Zonen zugeordneten Lufteintrittsvorrichtungen einstellbare Widerstandsklappen anzuordnen. Ss kann auch zweckmässig sein, die erwünschte Drosselung der in die freien Zonen angesaugten Zusatzluft durch Anordnung von als Schalldämpfer wirkenden flexiblen Kulissen herbeizuführen, wobei diese Kulissen aus einem schallabsorbierenden Material, z. B. aus Mineralwolle mit Faservlies bestehen können.

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8AOORlGiNAL

Je nach Aus führung s form des Na tür zugkühl türme s, z. B. als Querstroüi-Kühlturm, oder als Gegenstrom-Kühlturm, können in den Trockenzonen die Ventilatoren auf dem Boden oder vorteilhaft auf Zwischenboden angeordnet sein.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand von in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen.

Die Fig. la und Ib zeigen in einem Längsschnitt und einem Teil-Querschnitt gemäss der Schnittlinien Ia - Ia bzw. Ib - Ib eine Ausführungsform eines Ge ge ns trora-Na tür zugkühl türme s, wobei der Teil-Querschnitt gemäss Fig. Ib gegenüber Fig. la versetzt dargestellt 1st. Fig. Ic zeigt im Detail einen Teil eines in einer Trockenzone angeordneten Wärmeaustauschers. In den Fig. 2a und 2b ist eine Ausführung eines Querstrom-Natiirzugkühlturmes in einem Längsschnitt und in einem Teil-Querschnitt gemäss der Schnittlinien Ila - Ha bzw. Hb - Hb dargestellt, wobei Fig. 2b eine gegenüber Fig. 2a versetzte Anordnung zeigt.

Der für Gegenstrombetrieb ausgebildete Kühlturm 1 gemäss Fig. la und Ib weist im wesentlichen ein im Boden versenkt angeordnetes Kaltwasserbecken 2, Sektoren 3 mit Füllkörpereinbauten 4, eine darüber angeordnete Aufgabevorrichtung 5 für das zu kühlende Wasser und eine zwischen den Rinnen dieser Vorrichtung angeordnete Tropfenauffangvorrichtung 6 sowie zwischen den Nassektoren 3 angeordnete Trockensektoren 7 mit darin angeordneten Ventilatoren 8 und Wärmeaustauschelementen 9, die auf einer Unterstützungs-Konstruktion 10 angebracht sind, und einen Abzugskamin 11 auf. Die Zufuhrleitung 12 für das erwärmte Wasser mündet in eine Beruhigungskammer 13, mit welcher die Aufgabevorrichtung 5 für die Verteilung des Wassers auf die Nassektoren sowie die

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War πιο aus tausche lerne nt e 9 durch Leitungen 14, 14a - 14d verbunden ist. Die Lufteintritte in die Nassektoren sind mit der Bezugsziffer 15 bezeichnet.

Die Trockensektoren 7, die irr. Ausführungsbcispiel gleichen Querschnitt wie die Nassektoren 3 besitzen und von diesen durch Wände 16 getrennt sind, weisen Lufteintrittsvorrichtungen 17 auf, die aus verstellbaren voider standsklappen gebildet sind. Bei Kühl türmen mit grossen Diuchmessern, z. B. in der Grössenordnung von 100 und mehr Metern und entsprechend grossen Querschnitten der Trockenzonen empfiehlt es sich, in jeder Trockenzone mehrere Ventilatoren anzuordner; (vergl. Pig. Ib).

Die Ventilatoren weisen vorteilhaft eine diffusorartige Ablufteinrichtung 8a"^oamit der austretende Luftstrahl gerichtet in den Kühlturmkamin 1 strömt und dort eine bessere Durchmischung mit der nasser: Abluft bewirkt. Weiterhin ist es zweclcnässig, den Einbau der Ventilatoren 8 in den Zwischenboden 18 so auszuführen, dass die Ventilatoren eine düsenförmige Anströmeinrichtung 8b auf der Saugseite aufweisen, um ein Zuströmen der zu fördernden Kühlluft mit geringen Druckverlusten zu ermöglichen.

Das Kaitwasserbecken 2 dient bei dieser Ausführungsform sowohl für die Trocken- als auch die Nasszonen als gemeinsames Auffangbecken für das gekühlte Wasser. Um Korrosionen und Wassernebel innerhalb der Trockenzonen zu vermeiden, sind die Unterstützungen 10 der Wärmeaustausche iemente 9 rohrförmig ausgebildet, so dass von diesen Elementen die Ableitung des gekühlten Wassers direkt zum Kaltwasserbecken 2 durch nichtdargestellte Oeffnungen in den Rohrwandungen erfolgt.

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BADORiGlNAL,

In Fig. lc ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Wärmeaus tauschelementes 9 bzw. 9' dargestellt. Ein solches Element kann beispielsweise aus Rohrscheiben 9a mit angebauten Wasserkammern 9b bestehen, wobei zwischen den Rohrscheiben mehrere Reihen berippter Rohre 9c in einem Rahmen 9d angeordnet sind. Die Kühlluft strömt hierbei im K.reuzstroni durch die Rohrreihen. Die einzelnen Wärme aus taus ehe lemente sind am einen Ende jeweils mit der Warmwasser zufuhr und am anderen linde 'mit einer Ablaufleitung verbunden. Die Wärrneaustauschelemente sind in Fig. la und Ib in den Trockenzonen terassenförmig angeordnet. Hierdurch wird eine bessere Luftzuführung zu den einzelnen Elementen erreicht.

Bei dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten Querstrom-Natürzugkühlturm sind die in ihrer Funktionsweise mit den Fig. la und Ib übereinstim- · mend en Konstruktionsteile mi-t den gleichen Bezugsziffern, nur mit einem Apostroph versehen, bezeichnet. Abweichend von einem Gegenstrom-Naturzugkühlturm tritt die Kühlluft bzw. die Zusatzluft horizontal in den Querstrom-Naturzugkühlturm ein. Dieser weist in seinem unteren Teil einen Ringraum 20 auf, in welchem die kammerartig ausgebildeten Nasszonen 3' und Trockenzonen 7' abwechselnd, durch Wände 16' von einander getrennt, angeordnet sind. Die Wärmeaustauschelernente 7' sind bei diesem Ausführungsbeispiel dachförmig auf der Unters tut zurtgs-Konstruktion 10' wegen einer besseren Ausnutzung des verfügbaren Querschnittes der Trockenzonen angeordnet.

Im folgenden wird die Betriebsweise der in der Zeichnung dargestellten Kühltürme erläutert. Wenn der klimatische Zustand der den Kühlturm 1 bzw. 1' umgebenden Atmosphäre zu keiner Schwadenbildung der Abluft führt, wird der Naturzugkühlturm im Nassbetrieb gefahren und die Ventilatoren 8 oder 8¹ befinden sich im Stillstand. Da die Be-

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triebsweise eines Naturzugküh]turnes im Nasshetrieb allgemein bekannt ist, wird auf ein näheres Eingehen hierauf verdichtet.

Wenn sich jedoch infolge extremer klimatischer Bedingungen der Atmosphäre hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit eine NebeIfahne am Luftaustritt des Ilühl türme s ausbildet, werden die Ventilatoren in Betrieb ,gesetzt und Umgebungsluft durch die Trockenzonen gefördert und durch indirekten 'Wärmeaustausch mit zu kühlendem Wasser erwärmt. Die Mengeneinstellung dieser Zusatzluft kann beispielsweise durch Drehzahlregulierung der Ventilatoren oder durch eine entsprechende Verstellung der Widerstandsklappen der Lufteintrittsvorrichtungen erfolgen. Es ist auch möglich das zu kühlende V/asser zunächst durch die in den Trockenzonen angeordneten Wärraeaustauschelemente strömen zu lassen und anschliessend daran das Wasser in die Aufgabevorrichtungen der Nasszonen einzuleiten.

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Claims

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P a t e η t a η s ρ r ü c h e

j . Kühlturm mit einem Wärme aus tausch teil, in welchem Kühlluft mit zu kühlendem V/asser in Rieseleinbauten direkt in Kontakt gebracht wird, und mit mindestens einer Aufgabevorrichtung zur Verteilung des Wassers auf den Querschnitt der Rieseleinbauten sowie mit mindestens einer Tropfenauifangvorriehtung, dadurch gekennzeichnet, dass der flieseleinbauten enthaltende Wärme aus tauschteil in mehrere Nasszonen aufgeteilt ist, die im Naturzug durchströmt sind und zwischen denen jeweils eine Trockenzcne angeordnet ist, die von den benachbarten Nasszonen durch ί/ände getrennt ist, wobei jede Trockenzone mindestens einen Ventilator zur Förderung der Kühlluft und mindestens eiriGn vom 2u kühlenden //asser durchströmten Wärmeaustauscher für die indirekte Wärmeübertragung von dem Wasser auf die Kühlluft aufweist.
2. Kühl turn· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei kreisförmigem Querschnitt des Turmes die Hass- und die Trockenzonen sektorförraig ausgebildet sind.
3. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ventilatoren in jeder Trockenzone angeordnet und auf einem Zwischenboden montiert sind.
4. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatoren der Trockenzonen auf dem Boden der Trockenzonen befestigt sind.
5'. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatoren eine diffusorartige Ablufteinrichtung aufweisen

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BAOORiGINAU

aft
6. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatoren eine düsenförmige Anströmeinrichtung aufweisen.
7. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in jeder Trocke.nzone angeordnete Wärmeaustauscher' aus mehreren Elementen
mil separaten Einspeiseleitungen für zu kühlendes Wasser besteht, wobei diese Elemente von rohrförra.; g ausgebildeten Unterstützungen getragen sind, welche gleichzeitig als Ablaufleitungen für das gekühlte Wasser dienen.
8. Kühlturm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente terassenförmig angeordnet sind.
9. Kühl turn:^-na cn Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente dachförmig angeordnet sind.
10. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Trockenzonen angeordneten Wärmeaustauscher von den Aufgabevorrichtungen der Nasszonen mit zu kühlenden Wasser beschickt sind.
11. Kühlturm nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Trockenzcneri angeordneten 'Wärmeaustauscher direkt vorn zu kühlenden
Wasser beschickt sind, welches anschliessend in ein Auffangbecken und von da den Aufgabevorrichtungen der Nasszonen zugeleitet wird.
12. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den
Trockenzonen zugeordneten, in der Xuhlturrnvand angeordneten Lufteintrittsvorrichtungen einstellbare Widerstandsklappen aufweisen.

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13. Kühl turn: nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsvorrichtungen als Schalldämpfer wirkende flexible Kulissen aufweisen.

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