DE2629156A1

DE2629156A1 - Verfahren und vorrichtung zur kuehlung von fluessigen oder verdampften stroemungsmitteln

Info

Publication number: DE2629156A1
Application number: DE19762629156
Authority: DE
Inventors: Andre Chartet
Original assignee: Chausson Usines SA
Current assignee: Chausson Usines SA
Priority date: 1975-07-21
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1977-02-10
Also published as: BE843765A; FR2319098B1; IT1062132B; ES449899A1; FR2319098A1; ES451900A1; GB1556415A

Description

S(XuETE ANONIMB DES USlNES GHAUSSON" A 41 842 m

Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von flüssigen oder verdampften Strömungsmitteln.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Kühlung von flüssigen oder verdampften Strömungsmitteln unter niedrigem Druck durch die umgebende Luft.

Dieses Verfahren gestattet, beträchtliche Kühlleistungen unter einem geringen Volumen zu erhalten und dabei die niedrigste mögliche Kühltemperatur mit Atmosphärenluft zu erhalten, d.h. ihre feuchte Temperatur. Dieses Verfahren ist daher besonders geeignet, um große Kühlleistungen trotz eines geringen Temperaturunterschieds zwischen dem zu kühlenden Strömungsmittel und der umgebenden Luft zu erzielen. Dies ist insbesondere für die Kondensation des Dampfs der Pail, welcher von den Niederdruckstufen der Turbinen kommt, welche die Stromerzeuger in Wärmekraft- oder Kernkraftwerken antreiben.

Bisher erfolgt die Kondensation des Dampfs in den Kraftwerken in einem Kondensator, welcher seinerseits entweder in aus einem Jj'luß oder dem Meer kommendem freiem Wasser gekühlt wird, oder mit in Kühltürmen gekühltem Wasser. Diese Kühltürme können trocken sein, dann ist aber die temperaturmäßige Kühlung gering, oder feucht, was zu einem Wasserverbrauch führt, welcher praktisch dem zu kondensierenden Dampfgewicht gleichwertig ist und zur Bildung eines schädlichen Mikroklimas führt. Eine Kühleinheit des feuchten Typs verdampft nämlich in die Atmosphäre etwa 2400 bis 3600 Tonnen Wasser de Stunde für ein Kernkraftwerk für eine elektrische

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tiiig 'ion 1OOO im (oder 300 Tonnen in der Stun.de für

'»00. GuU kW). " .

Die Erf indung hilft den obigen Sachte ilen ab und schafft ein Verfahren, welches die Herstellung von Kühleinheiten mit erheblich kleineren Abmessungen als die der bisher bekannten Kühltürme gestattet, wobei außerdem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Atmosphärenluft nur mit einer gegenüber den oben genannten Mengen geringen zusätzlicnen juampfmenge beladen wird, wobei übrigens, wenn die Atmosphärentemperatur niedrig ist, die Atmosphärenluft überhaupt nicht mit Dampf überladen wird, was gestattet, keine schädlichen Mikroklimas mehr zu erzeugen und außerdem beträchtliche Wassermengen zu sparen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von flüssigen oder verdampften Strömungsmitteln unter niedrigem Druck durch die umgebende Luft ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Austauscher verwendet wird, welcher einen ersten Strömungskreis für das zu kühlende Strömungsmittel begrenzt, welcher durch eine Wand von einem zweiten, von der Atmosphärenluft bestrichenen Strömungskreis getrennt ist, daß jeder der beiden Strömungskreise durch. Kanäle gebildet wird, deren hydraulischer Durchmesser höchstens 4 mm beträgt,und daß in den zweiten Strömungskreis auf der von der Luft durchströmten Seite eine Wassermenge eingeführt wird, welche zwischen 0 und 50 g/kg der ΐ>>η durchströmenden trockenen Luft liegt.

Gemäß weiteren Kennzeichen der Erfindung:

- wird das Wasser in den zweiten Strömungskreis in zerstäubter Form e ingeführt $

- werden die Kanäle des zweiten Strömungskreises so angeordnet, daß das eingespritzte Wasser an der die beiden Strömungskreise trennenden Wand herabrieselt;

- wird das Wasser im Gegenstrom zu dem Durchgangssinn der Kühlluft eingespritzt;

- wird eine Wassermenge in den zweiten Strömungskreis eingespritzt, welche eine Punktion des auszutauschenden Wärmeflusses und der gewünschten' Kühltemperatur ist, wobei diese Wassermenge so begrenzt wird, daß die in die Atmosphäre zurückgeführte austretende Luft eine Wassermenge je Kilogramm

trockener luft enthält, welche der absoluten Feuchtigkeit der gesättigten Luft für die umgebende trockene Temperatur des Augenblicks entspricht.

Das Verfahren "bringt alle Vorteile eines

feuchten Eühlturms mit sich, nämlich eine große Wirksamkeit und niedrige Temperatur, ohne die Nachteile desselben auf zu- -weisen, nämlich einen unnötigen großen Wasserverbrauch und die Bildung einer Dampf fahne.

So ist es 2.B, für eine umgebende Luft mit einer trockenen Temperatur von 20 0 und einer relativen Feuchtigkeit von 60 % möglich, durch Zerstäubung und Rieseiung 5g Wasser ^e Kilogramm der das Kühlsystem durchströmenden trockenen luft zuzusetzen, ohne daß sich eine Dampffahne am Ausgang des Kühlsystems bildet.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Ausübung des obigen Verfahrens zum Gegenstand· Diese erfindungsgemäße Vorrichtung enthält wenigstens einen Austauscher mit Rohrbündeln mit Umlaufrohren, welche mit rippenförmigen Abstrahlern verbunden sind, wobei der Austauscher mit Umlaufleitungen für das zu kühlende Strömungsmittel und das gekühlte Strömungsmittel verbunden ist und sein Bündel aus Rohren und Abstrahlern so angeordnet ist, daß es von der Atmosphärenluft durchströmt wird, wobei außerdem Wasserzerstäubungsdüsen in der Nähe des Austauschers angeordnet und Mittel zur Steuerung des Arbeitens dieser Düsen vorgesehen sind, damit Wasser in die Atmosphärenluft, welche die Austauscher durchströmen soll, oberhalb einer Temperatur- und Feuchtigkeitsschwelle dieser Atmosphärenluft zerstäubt wird, unterhalb welcher die Düsen kein Wasser verspritzen.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische schaubildliche Ansicht eines Wärmeaustauscherbündels zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig· 2 und 3 sind schematische Teilansichten, welche besondere Kennzeichen der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Austauscherbündel zeigen.

Fig. 4 ist ein Schema der Anwendung der Er-t findung zur Kühlung des Dampfs eines Wärmekraftwerks zur

Elektrizitätserzeugung.

Zur Ausübung des Verfahrens werden Austauscher gebildet, welche die allgemeinen Kennzeichen des in Fig. 1 dargestellten aufweisen, d.h. sie weisen Rohre 1 auf, welche mit Abstrahlern 2, insbesondere Rippen, verbunden sind. Wenn das zu kühlende Strömungsmittel durch. Dampf gebildet wird, enthalten die Rohre 1 vorzugsweise sich, über ihre ganze länge oder einen Teil derselben erstreckende Störglieder 3.

Die Abmessungen der Rohre des Bündels und die zwischen den Abstrahlern 2 mit der Außenwand der Rohre 1 begrenzten Räume sind so bestimmt, daß ein hydraulischer Durchmesser entsteht," welcher höchstens 4- mm beträgt. Der hydraulische Durchmesser ist durch die Beziehung Dh = 4- - definiert, in welcher Dh. der in mm ausgedrückte hydraulische Durchmesser, S der nutzbare Durchtrittsquerschnitt der Rohre oder der 'der von der Außenwand der Rohre und dem benachbarten Abstrahler begrenzten Durchlässe und P der Umfang der Rohre oder der Umfang dieser von der Außenwand von zwei aufeinanderfolgenden Rohren und den entsprechenden Abschnitten der Abstrahler begrenzten Durchlässe ist.

Die die obigen Kennzeichen aufweisenden Austauscher sind so angeordnet, daß die Luft sie in Richtung des Pfeils fy. durchströmt, während zerstäubtes Wasser z.B. in Richtung des Pfeils f« eingespritzt wird, wenn eine solche Wasserzerstäubung notwendig wird. Das Wasser kann auch in Richtung des Pfeils f* in dem gleichen Sinn wie die Luft eingespritzt werden.

Wie aus den obxgen Ausführungen hervorgeht, bilden die rippenf örmigen Abstrahler 2 Rieselflächen für das zerstäubte Wasser, so daß die Verdampfungsfläche beträchtlich, ist, was zu einer großen Wirksamkeit des Verfahrens führt.

Zur weiteren Vergrößerung der Austauschfähigkeit und auch zur Begünstigung der von dem Rieseln herrührenden Effekte ist es bei Verwendung einer verhältnismäßig großen eingespritzten Wassermenge zweckmäßig, die Rippen in der in Fig.2 bei 4· dargestellten Weise auszubilden, d.h. derart, daß die Rippen durch eine Folge von etwa schaufeiförmig gebogenen Elementen gebildet werden, was auch dadurch erzielt werden kann,

daß Jalousien in einer Rippe gebildet werden.

Hierdurch wird die Nutzlänge der Vorderkanten der Rippen und die Zerstreuung des Rieselwassers erhöht, wobei gleichzeitig ein gestörter Weg für die in Richtung des Pfeils f^ strömende Iaift geschaffen wird, während das Wasser in Richtung der Pfeile fp eingespritzt wird.

Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, ist es zweckmässig, daß die mit 5 bezeichnete Mittelebene des Austauschers mit der Lotrechten einen zwischen 15 und 4-5° liegenden Winkel bildet. Gemäß Fig. 3 sind die mit 4a bezeichneten Rippen gewellt, um aufeinanderfolgende Wellungen zu bilden.

Jtn der Praxis wird die IVärmeaustauschfähigkeit der Austauscher so bestimmt, daß sie die ganze V/arme abstrahlen können, welche durch das zu kühlende Strömungsmittel, z.B. Wasser,oder das zu kondensierende Strömungsmittel, z.B. Dampf, zugeführt wird, ohne daß die Wasser auf die Rippen spritzenden Organe unterhalb einer bestimmten Schwelle der Umgebungstemperatur und der Feuchtigkeit der Atmosphärenluft in Tätigkeit gesetzt werden müssen. Die obige Schwelle kann z.B. einer Temperatur von 10° 0 für etwa 5 g Dampf je Kilogramm enthaltende Luft entsprechen, was angenähert einer Sättigung der Luft von 75 % entspricht.

Ganz allgemein ist es für eine Temperatur von 10° O der Atmosphärenluft zulässig, daß die in ihr enthaltene Dampfmenge zwischen O und 7 g d© Kilogramm liegt, wenn das zu kühlende Strömungsmittel auf eine zwischen 25 und 35 O liegende Temperatur ohne Zerstäubung von Wasser auf die Austauscher gebracht werden soll.

Um zu bestimmen, zu welchem Zeitpunkt Wasser zerstäubt werden muß, analysiert man die atmosphärischen Parameter, Temperatur und Feuchtigkeit, und prüft außerdem die Temperatur des zu kühlenden Strömungsmittels, indem man in dem Ausgangskreis des zu kühlenden Strömungsmittels eine Thermometersonde anordnet, z.B. bei 6, wie in Fig. 2 dargestellt.

Die Bedingungen zur Ausübung des obigen Verfahrens können in Funktion verschiedener anderer Faktoren verändert werden, insbesondere in ifunktion der Geschwindigkeit der die Austauscher in Richtung des Pfeils ^₁ durchströmenden Kühlluft. Diese Geschwindigkeit kann nämlich schwanken, je

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E₀ ob die Kühlluft unter einer Kamiη wirkung steht, oder :'j sie mechanisch bewegt wird· Die zur Zerstäubung und/oder zinn Rieseln benutzte Wassermenge liegt in allen Fällen zwischen 0 und 50 g je Kilogramm trockener, durch den oder die Austauscher strömender laift·

Fig. 4 zeigt schematisch eine praktische Ausführung einer Vorrichtung zur Ausübung des erf indungsgemäßen Verfahrens bei seiner Anvrendung auf die Kondensation von Dampf eines Wärmekraftwerks zur Elektrizitätserzeugung. Das Kraftwerk ist im ganzen mit 7 bezeichnet und enthält Turbinen 8 zum Antrieb von Wechselstromerzeugern 9, wobei die Turbinen von einem Dampferzeuger 10 gespeist werden. Die Austauscher E werden mit von der Niederdruckstufe der Turbinen 8 kommendem Dampf durch leitungen 11 ge speist, und das Wasser wird zu dem Dampferzeuger 10 durch andere leitungen 12 zurückgeführt.

Wie man sieht, sind die Austauscher E^, Eo» E, stufenförmig innerhalb eines Kamins oder Kühlturms 13 angeordnet, wobei die höchste Stufe E^ sich außen befindet, d.h. in der Nähe der Innenwand des Turms oder Kamins 13 t während die tiefste Stufe E,, sich in der Nähe des. Zentrums des Turms befindet. Spritzrampen 14· für das Wasser sind in Bezug auf die verschiedenen Austauscher E in der oben beschriebenen Weise angeordnet, und das Arbeiten dieser Rohre wird durch eine Analysevorrichtung 15 gesteuert, welche die Atmosphärentemperatur, den Wassergehalt der Luft sowie die Temperatur des gekühlten Strömungsmittels ermittelt, welche durch die in dem Rückflußkreis des gekühlten Strömungsmittels angeordnete Sonde 6 gemessen wird.

Claims

gANSP RÜCHE

( 1»J Verfahren zur Kühlung von flüssigen oder verdampften Strömungsmitteln durch die umgebende Luft, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Austauscher (E₁) verwendet wird, welcher einen ersten Strömungskreis für das zu kühlende Strömungsmittel abgrenzt, welcher durch eine Wand von einem zweiten, von der Atmosphärenluft bestrichenen Strömungskreis getrennt ist, daß jeder dieser beiden Strömungskreise durch Kanäle gebildet wird, deren hydraulischer Durchmesser höchstens 4 mm beträgt, und daß in den zweiten Strömungskreis auf der von der Luft durchströmten Seite eine zwischen 0 und 50 g/kg der ihn durchströmenden trockenen Luft liegende Wassermenge eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle des zweiten Strömungskreises so angeordnet werden, daß das eingespritzte Wasser an der die beiden Strömungskreise trennenden Wand (4, 4a) rieselt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser im Gegenstrom zu dem Durchgangssinn der Kühlluft eingespritzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den zweiten Strömungskreis eingespritzte Wassermenge eine Funktion des auszutauschenden Wärmeflusses und der für das zu kühlende Strömungsmittel gewünschten Kühltemperatur ist, wobei die je Kilogramm trockener Luft eingespritzte Graizwassermenge der absoluten Feuchtigkeit der gesättigten Luft für die trockene Umgebungstemperatur des Augenblicks entspricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austauschfläche unter Ausgang von der größten abzuführenden Wärmemenge so bestimmt wird, daß das zu kühlende Strömungsmittel auf eine zwischen 25 und 35° G liegende Temperatur gebracht wird, wenn, die Atmosphärenluft am Eingang des zweiten Strömungskreises des Austauschers eine unter 10° 0 liegende Temperatur hat und zwischen 0 und 7 g Dampf je Kilogramm enthält*
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die zerstäubte Wassermenge wenig-

stens entsprechend den Feuchtigkeitsbedingungen der Atmosphärenruf t, ihrer Temperatur und gegebenenfalls ihrer Durchtrittege» schwindigkeit durch don Austauscher verändert wird,
7. Kühlvorrichtung zur Kühlung von flüssigen

Strömungsmitteln und zur Kondensation -von Dampf unter niedrigem Druck, gekennzeichnet durch wenigstens einen Austauscher mit Rohrbündeln mit mit Abstrahlem (2) verbundenen Umlaufrohren (1), wobei der Austauscher mit Umlaufleitungen (11, 12) für das zu kühlende Strömungsmittel und das gekühlte Strömungsmittel versehen und sein Bündel aus Rohren und Abstrafrlern so angeordnet ist, daß es von der Atmosphärenluft durchströmt wird, wobei ausserdem Düsen (14) zur Zerstäubung von Wasser in der Nähe des Austauschers angeordnet und Steuermittel vorgesehen sind, welche das Arbeiten der Düsen so steuern, daß Wasser in die Atmosphärenluft, welche den Austauscher durchströmen soll, jenseits einer Temperatur- und Feuchtigkeitsschwelle der Atmosphärenluft zerstäubt wird, unterhalb welcher die Düsen kein Wasser einspritzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Ebene der Austauscher unter einem zwischen 15 und 45° liegenden Winkel gegen die lotrechte schräg liegt.
9· Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahler (4a), mit welchen der Austauscher versehen ist, Wellungen bilden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahler (4), mit welchen der Austauscher versehen ist, Jalousien oder schaufeiförmige Rippen bilden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch mehrere stufenförmig angeordnete Austauscher .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch mehrere innerhalb eines Turms (13) stufenförmig angeordnete Austauscher, wobei die höchste Stufe (IU) auseen angeordnet ist und die tiefste Stufe (E₁) in der Uähe des Zentrums des Turms liegt.

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