DE2545061C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung von flüssigen und Kondensation von dampfförmigen Medien durch Luft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen, mit denen Naß- und Trockenkühlsysteme miteinander kombiniert sind, haben unter anderem den Zweck, die ausschließlich bei Naßkühlung auftretende, durch die Abfuhr der stark mit Feuchtigkeit angereicherten bzw. ge­ sättigten Warmluft verursachte Schwadenfahne zu beseitigen und die hiermit verbundene Umweltbelästigung zu vermeiden. Derartige Vorrichtungen haben weiterhin die Eigenschaft, daß der infolge Verdunstung notwendige Wasserverbrauch herab­ gesetzt wird.

Im Rahmen solcher Vorrichtungen weist der Naßkühlteil in der Regel eine Anzahl Zuführungsleitungen mit nach unten gerichteten Öffnungen auf, aus denen die zu kühlende Flüssig­ keit über Rieseleinbauten im Gegenstrom zu der nach oben fließenden Kühlluft in einen bodenseitig vorgegebenen Sam­ melbehälter herabtropft. Der Trockenkühlteil besteht zumeist aus berippten Wärmetauscherrohren, durch die das zu kühlende Medium, Gas, Dampf oder Flüssigkeit, hindurchgeführt wird und die außen von der Kühlluft umströmt werden. Der Trocken­ kühlteil kann dabei zur Kondensation von dampfförmigen Medien, und zwar zur Abfuhr der Verlustwärme eines Kraft­ werkes an die Umgebung, insbesondere der bei der Kondensa­ tion des Abdampfes der Turbine anfallenden Wärme dienen. Der Naßkühlteil und der Trockenkühlteil können dabei in Mehr­ fachanordnung innerhalb eines Kühlturms angeordnet sein. Zur Beschleunigung und Vermischung der aus den Kühlteilen austretenden erwärmten trockenen bzw. erwärmten und feuchtig­ keitsangereicherten Luftströme kann ein Ventilator vorge­ sehen werden.

Obwohl das Prinzip der Kombination von Naß- und Trockenkühlsystemen seit langem bekannt ist, haben derartige Vorrichtungen bislang nur einen unbedeutenden Eingang in die Praxis gefunden. Dieser Sachverhalt ist durch die großen Schwierigkeiten in der praktischen Durchführung und Anwen­ dung der Verfahren im Zusammenhang mit diesen Vorrichtungen begründet. Eine der Hauptschwierigkeiten besteht darin, daß auf der Seite des Kühlmediums Luft die beiden Warmluftströme vor dem Austritt aus der Vorrichtung gut vermischt werden müssen, damit auch der gewünschte Effekt der Schwadenbesei­ tigung erzielt wird. Eine weitere, mit erheblichen Problemen behaftete Schwierigkeit ist die Frage der Verknüpfung des Kühlsystems mit der in der Regel aus Abwärme eines Kraft­ werkes bestehenden Wärmequelle. Schließlich ist die konstruk­ tive Gestaltung einer Kombination eines Naß- mit einem Trockenkühlsystem mit hohen Kosten verbunden, wodurch die Wirtschaftlichkeit derartiger Vorrichtungen weitgehend in Frage gestellt ist.

Bei einer bekannten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Kühlen von heißem Wasser sind Naß- und Trockenkühlteil übereinander angeordnet (DE-AS 18 06 656). Das zu kühlende Wasser wird von oben in den Trockenkühlteil geleitet und durchströmt zunächst diesen und anschließend den darunter befindlichen Naßkühlteil. Die Kühlluft tritt im Kreuzstrom horizontal in die Vorrichtung ein, wobei die Luftströme für den Naß- und Trockenkühlteil parallel geführt sind. Die Förderung der Kühlluft kann durch einen Ventilator unter­ stützt werden.

Bei dieser Ausführungsform ist zwar die Mischung der Warmluftströme einigermaßen befriedigend gelöst. Auf der Wasserseite treten jedoch große Probleme auf. Einerseits muß durch die Anordnung der beiden Systeme übereinander eine beträchtliche Pumphöhe überwunden werden, womit ein wirt­ schaftlicher Verlust verbunden ist. Andererseits durchfließt der gesamte Kühlwasserstrom den Naßkühlteil, wodurch erheb­ liche Nachteile, wie z. B. Verschmutzung der Sauerstoffauf­ nahme, in Kauf genommen werden müssen. Der Trockenkühlteil muß zudem einen korrosionsbeständigen Aufbau aufweisen und wegen der nicht zu vermeidenden Verschmutzung zwecks Wartung und Reinigung zugänglich sein.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform einer kombinierten Naß-/Trockenkühlvorrichtung (DE-OS 19 39 174) wird ein Kühlturm mit drückenden Ventilatoren vorgesehen, welche die Luft in nasse Gassen und trockene Gassen beför­ dern, die durch Wände voneinander getrennt sind. Bei dieser Anordnung wird aber die gewünschte gute Vermischung der aus den verschiedenen Kühlteilen austretenden Luftströme nicht erreicht und dadurch die Schwadenfahne nicht zuverlässig ver­ hindert. Die Trennwände stellen überdies einen zusätzlichen Bauaufwand dar.

Ferner ist aus derselben Offenlegungsschrift noch eine Lösung bekannt, bei welcher im Rahmen einer Naß/Trocken­ kühlvorrichtung in einem runden Kühlturm mit saugend ange­ ordnetem Ventilator abwechselnd nebeneinander nasse und trockene Gassen im Kreis angeordnet sind. Dabei wird ein Wärmetauscher für die trockenen Gassen jeweils senkrecht am Umfang des Kühlturms aufgestellt, während die Einbauten der nassen Gassen horizontal im Kühlturmquerschnitt vorge­ sehen sind. Diese Bauweise ist aber recht kompliziert und damit aufwendig. Außerdem sind Trennwände zwischen den ein­ zelnen Gassen erforderlich. Weiterhin ergeben sich wegen der Ineinanderschachtelung von Naß- und Trockenkühlteil hohe Kosten für das Verteilungssystem der beiden zu kühlen­ den Wasserströme.

In der US-PS 38 31 667 wird ein Naß/Trockenkühlturm offenbart, bei welchem ein und derselbe Luftstrom zunächst über einen Trockenkühlteil geführt wird, dann den Naßkühl­ teil durchströmt und schließlich zentral nach oben abge­ zogen wird. Der Naßkühlteil ist ringförmig aufgebaut und im Querschnitt V-förmig gestaltet, so daß ein sich nach oben erweiternder Schacht gebildet wird, der nach oben hin von einem Ventilator begrenzt wird. Der Trockenkühlteil ist um­ fangsseitig des Naßkühlteils, und zwar in demselben Höhenbe­ reich angeordnet.

Es sind also keine getrennten Luftströme vorhanden, die unabhängig voneinander einmal den Trockenkühlteil und einmal den Naßkühlteil beaufschlagen und nach dem Durch­ fließen dieser Wärmeaustauscherelemente durch einen Ventilator vermischt werden und dann als gemeinsamer Luftstrom in die Atmosphäre austreten.

Durch die DE-OS 23 06 689, von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 als bekannten Stand der Technik ausgegangen wird, ist es bekannt, den Trockenkühlteil einer Vorrichtung zur Kühlung von flüssigen Medien durch Luft oberhalb des Naßkühlteils anzuordnen. Dabei ist zu vermuten, daß sowohl der Trockenkühlteil als auch der Naßkühlteil kreisringförmig angeordnet sind. Darüber hinaus ist es hieraus bekannt, die Wärmetauscherrohre des Trockenkühlteils parallel zueinander sowie einen horizontal umlaufenden Ventilator zur Vermischung der aus dem Naßkühl­ teil und dem Trockenkühlteil austretenden erwärmten Luft­ ströme vorzusehen. Der Ventilator liegt oberhalb eines von dem Naßkühlteil umfangsseitig begrenzten zentralen Schachts. Die Luft strömt grundsätzlich vom Umfang her in die Trocken­ kühl- und Naßkühlteile. Der den Naßkühlteil durchfließende Luftstrom wird im Kreuzstrom zu der herabtropfenden Flüssig­ keit geführt.

Diese Vorrichtung erlaubt neben der Kühlung von flüssigen Medien durch Luft keine Kondensation von dampf­ förmigen Medien.

Schließlich ist durch die DE-AS 12 57 804 noch eine Vorrichtung zur Kondensation von Dampf bekannt, die dachför­ mige Wärmetauscher aufweist, die zu mehreren nebeneinander angeordnet sind. Die Beaufschlagung dieser Wärmetauscher mittels Kühlluft erfolgt durch Ventilatoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus Naß- und Trockenkühlteil bestehende Kühlvorrichtung zur Küh­ lung von flüssigen und Kondensation von dampfförmigen Medien durch Luft zu schaffen, welche die für die Umwelt lästige Schwadenbildung mit Sicherheit vermeidet und einen einfachen und unproblematischen Anschluß an ein Kondensationssystem erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Kühlluft tritt von den Stirnseiten der Vorrichtung her in den Naßkühlteil sowie in die beiderseits des Naßkühl­ teils liegenden Einströmkanäle ein. In den Einströmkanälen wird die Kühlluft derartig getrennt, daß ein Luftstrom in den mittleren Naßkühlteil und ein hiervon getrennter Luft­ strom in den jeweiligen Trockenkühlteil übertritt. Durch die dreiteilige Aufgliederung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich der besondere Vorteil, daß die aus dem Naßkühl­ teil und aus den Trockenkühlteilen austretende erwärmte trockene bzw. erwärmte und mit Feuchtigkeit angereicherte Luft nicht den jeweils benachbarten Kühlteil nochmals durch­ strömt. Jeder Luftstrom durchfließt nur einen Kühlteil und wird unmittelbar nach dem Passieren dieses Kühlteils mit den Luftströmen aus den anderen Kühlteilen vermischt. Die Vermischung durch einen zentral oberhalb des Naßkühlteils angeordneten, horizontal umlaufenden Ventilator gewährlei­ stet, daß die trockene Warmluft aus den seitlichen Trocken­ kühlteilen mit der feuchtigkeitsangereicherten Luft aus dem mittleren Naßkühlteil so vermischt wird, daß eine Ausbildung einer Schwadenfahne oberhalb der Vorrichtung vermieden wird.

Die Ausbildung des Trockenkühlteils als luftgekühlter Kondensator bietet den großen Vorteil, daß ein Teil der Ab­ wärmemenge direkt in Form von Turbinendampf übernommen werden kann. Die Entnahme kann dabei entweder aus dem vom Kühlwasser des Naßkühlteils beaufschlagten Kondensator erfolgen oder aus der Verbindungsleitung zwischen Turbine und wasserge­ kühltem Kondensator abgezweigt werden. Der dem Naßkühlteil zugeordnete wassergekühlte Kondensator kann dann in bekannter Weise wie bei einem reinen Naßkühlsystem betrieben werden.

Gegenüber der bekannten Bauweise mit wasserseitiger Hintereinanderschaltung treten bei der Lösung nach der Er­ findung keine Korrosionsprobleme im Trockenkühlteil auf, so daß zu dessen Herstellung einfacheres und damit billigeres Material verwendet werden kann. Der Einsatz der luftgekühlten Kondensationsanlage im Trockenkühlteil vermeidet ferner einen zweiten Kondensator, weil eine geschlossene Wasserrück­ kühlanlage im Trockenkühlteil entfällt und folglich an der Wärmequelle für Naß- und Trockenkühlteil keine getrennte Kondensatoren mit verschiedenen Rohrmaterialien vorgesehen werden müssen.

In der luftgekühlten Kondensationsanlage selbst fällt die Warmluft auf höherem Temperaturniveau an, da sich die Temperatur des kondensierenden Dampfes gegenüber der Abdampftemperatur am Austritt der Turbine im wesentlichen nicht ändert. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet mithin einen guten Anschluß des Systems an ein Kraftwerk.

Um auch unterschiedlich anfallenden Mengen der zu kühlenden Medien gerecht zu werden, kennzeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch, daß mehrere Naßkühlteile und Trockenkühlteile abwechselnd parallel neben­ einander vorgesehen sind. Es schließt sich hierbei grund­ sätzlich ein Naßkühlteil direkt an einen Trockenkühlteil und an diesen Trockenkühlteil wieder ein Naßkühlteil an. Es wird folglich eine ununterbrochene Kette von Kühlteilen gebildet, die in direkter Abhängigkeit von dem Kühlbedarf ausgeschaltet und zugeschaltet werden können. Aufgrund dieser Maßnahme ist es einerseits möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung von der Produktseite her, d. h. von den zu küh­ lenden Medien her, äußerst wirtschaftlich zu betreiben. An­ dererseits kann mit Bezug auf die Witterungsverhältnisse selbst plötzlichen Änderungen in relativ engen Grenzen sofort Rechnung getragen werden. Dabei ist in jedem Fall sicherge­ stellt, daß die aus den verschiedenen Kühlteilen abströmenden Warmluftmengen - auf der einen Seite die trockene und auf der anderen Seite die feuchtigkeitsangereicherte Warmluft - einwandfrei oberhalb jedes Naßkühlteils miteinander ver­ mischt werden und dadurch jegliche Ausbildung von Schwaden­ fahnen unterbunden wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vor­ richtung zur Kühlung von flüssigen und Kondensation von dampfförmigen Medien durch Luft im vertikalen Längsschnitt;

Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1 in der Drauf­ sicht und

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Aus­ schnitt der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 im Bereich des Trockenkühlteils im vertikalen Querschnitt im Schema.

Die aus den Fig. 1 und 2 erkennbare Vorrichtung zur Küh­ lung von flüssigen und Kondenation von dampfförmigen Medien durch Luft besteht aus vier parallel nebeneinander angeordneten Naßkühl­ teilen A, B, C, D und zwischen diesen Naßkühlteilen angeordneten Trockenkühlteilen E, F, G mit luftgekühlten Kondensatoren. Zwei weitere Trockenkühlteile H und K mit luftgekühlten Kondensatoren liegen zwischen dem Naßkühlteil A und der Abschlußwand 1 der Vor­ richtung bzw. zwischen dem Naßkühlteil D und der anderen Abschluß­ wand 2. Ferner sind zentral oberhalb der Naßkühlteile A, B, C, D in den Luftführungsringen 3 umlaufende Ventilatoren 4 vorgesehen.

Jeder Naßkühlteil A, B, C, D umfaßt ein Gerüst 5 oberhalb eines im Boden 6 eingelassenen Sammelbehälters 7. Das Gerüst 5 trägt kopf­ seitig Leitungen 8, aus denen die zu kühlende Flüssigkeit nach unten ausströmt. Die Flüssigkeit gelangt dann zu im oberen Bereich des Gerüstes 5 eingegliederten Rieseleinbauten 9, von denen sie in den bodenseitigen Sammelbehälter 7 herabtropft.

Zwischen dem Boden 6 und den Rieseleinbauten 9 sind die Längsseiten des Gerüstes 5 und die Stirnseiten 15 des Naßkühlteils mit schwenkbaren und einstellbaren Jalousien 10 versehen. Oberhalb der Jalousien 10 sind die Längsseiten geschlossen.

Wie auch Fig. 3 erkennen läßt, sind im Bereich der oberen Längskanten 11 der Naßkühlteile A, B, C, D Wärmetauscherelemente 12 dachartig zusammengestellt. Die Wärmetauscherelemente 12 bestehen aus berippten Wärmetauscherrohren, welche in Längsrichtung oder in Querrichtung nebeneinander angeordnet sein können. Die Zufüh­ rung des dampfförmigen zu kondensierenden Mediums zu den Wärmetau­ scherelementen 12 erfolgt in der Dachfirste durch eine hier ange­ ordnete Zuführungsleitung 13. Von den unteren Endabschnitten der Wärmetauscherelemente 12 wird das durch den Kühlungsprozeß ent­ standene Kondensat über Leitungen 14 abgezogen.

Die Kühlluft strömt entsprechend den eingezeichneten Pfeilen von den Stirnseiten 15 her in die Gesamtvorrichtung ein. Ein Luftstrom x fließt dann im Gegenstrom zu der aus den Rieseleinbauten 9 herabtropfenden Flüssigkeit nach oben zwischen den Leitungen 8 hindurch, während ein anderer Luftstrom y durch die dachartigen Wärmetauscherelemente 12 fließt. Oberhalb der Naßkühlteile A, B, C, D vereinigen sich dann die voneinander unabhängig wirksamen Luftströme x und y, werden von den oberhalb der Firstbe­ reiche der Trockenkühlteile E, F, G angeordneten, horizontal umlaufen­ den Ventilatoren 4 miteinander vermischt und strömen in die Atmosphäre ab.

Die Vorrichtung schließt aus, daß ein Luftstrom, der zuerst einen Naßkühlteil A, B, C, D durchflossen hat, anschließend nochmal einen Trockenkühlteil E, F, G, K, H durchfließt. Auch der umgekehrte Fall ist ausge­ schlossen, daß ein Luftstrom zuerst einen Trockenkühlteil E, F, G, K, H und an­ schließend nochmal einen Naßkühlteil A, B, C, D durchfließt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Kühlung von flüssigen und Konden­ sation von dampfförmigen Medien durch Luft, bei welcher

• a) ein erster Luftstrom einen Naßkühlteil relativ zu einer über Rieseleinbauten in einen bodenseitig vorgesehenen Sammelbehälter herabtropfenden Flüssigkeit durchfließt und dabei Feuchtigkeit aufnimmt;
• b) ein zweiter Luftstrom unabhängig von dem ersten Luftstrom einen mit berippten, innenseitig das zu kondensierende Medium führenden parallel verlaufenden Wärmetauscherrohren versehenen Trockenkühlteil durchfließt;
• c) der Trockenkühlteil oberhalb des Naßkühlteils angeordnet ist;
• d) oberhalb der Kühlteile die beiden erwärmten Luftströme von einem horizontal umlaufenden Ventilator miteinander ver­ mischt werden und dann gemeinsam in die Atmosphäre fließen,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• e) der Naßkühlteil (z. B. B) ist im Horizontalquerschnitt etwa quadratisch oder rechteckig ausgebildet und im wesentlichen zentral unterhalb des Ventilators (4) ange­ ordnet;
• f) der den Naßkühlteil (z. B. B) durchfließende Luftstrom (X) ist im Gegenstrom zu der herabtropfenden Flüssigkeit ge­ führt;
• g) je ein Trockenkühlteil (z. B. E, F) ist an beiden annä­ hernd parallel gegenüberliegenden Längsseiten des Naß­ kühlteils (z. B. B) angeordnet;
• h) unterhalb der Trockenkühlteile (z. B. H oder E, F) sind von dem Naßkühlteil (z. B. A) und einer Abschlußwand (1) oder einem weiteren Naßkühlteil (z. B. B) seitlich be­ grenzte Einströmkanäle für die Kühlluft gebildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Naßkühlteile (A, B, C, D) und Trockenkühlteile (H, E, F, G, K) abwechselnd parallel nebeneinander vorgesehen sind.