DE2925462C2

DE2925462C2 - Vorrichtung zur Mischung unterschiedlicher Teilströme in einem Kühlturm

Info

Publication number: DE2925462C2
Application number: DE2925462A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 5100 Aachen Ruscheweyh
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1979-06-23
Filing date: 1979-06-23
Publication date: 1988-10-20
Also published as: ES492716A0; ES8200472A1; FR2459953A1; IT8022881A0; GB2052716B; FR2459953B1; GB2052716A; DE2925462A1; IT1131361B; US4514344A; BR8003909A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mischung unterschiedlicher, insbesondere trockener und feuchter Teilströme in einem Kühlturm mittels einer Mehrzahl von über den Umfang verteilter, von der Kühllurmwand ·'· ausgehender und zur Kühlturmmittelachse weisender Strömungskörper, die von dem im Kühlturm aufsteigenden Tcilstrom quer angeströmt werden und infolge aer Ablösungen der Strömung an ihren Längsseilen Wirbel erzeugen. '"'

Eine Vorrichtung der voranstehend beschriebenen Art ist aus der DE-OS 19 39 174 bekannt. Die von der Kühlturmwand ausgehenden und zur Kühlturmniiltclachse weisenden Strömungskörper sind als Leitflächen zur Einleitung eines seitlich eintretenden Kiihllufistro- "> <> mes in das Kühlturminnere bestimmt; dennoch haben sie an ihren Längskanten das Entstehen von Turbulenzen zur folge. Da die als Leitschaufeln bezeichneten Leitflächen vom Kühlturmrand bis nahe in der Mitte des Kühlturmes reichen, bewirken sie aufgrund ihrer großen " Flächen nicht nur erhebliche Reibungsverluste bei der Einleitung des seitlich eintretenden Kühlluftstroines in das Kühlturminnere. sondern beachtliche Drtickverluste für den senkrecht im Kühlturm aufsteigenden Kühlluftstrom, weil sie dessen Strömungsqtierschnitt infolge w> ihres hohen Verspcrrungsgrades erheblich verringern. Die mit der bekannten Vorrichtung angestrebte Mischung unterschiedlicher Teilströme im Kühlturm ist somit mit hohen Reibungs- und Driickverlustcn verbunden, welche zu einer Herabsetzung des Wir- i>"> kiingsgrades führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung /ur Mischung unterschiedlicher feilslröine zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine wirkungsvolle und verlustarme Durchmischung innerhalb einer kurzen Strömungsstrecke erzielt.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper als zylindrische Rohre ausgebildet sind, durch welche dem Kühlturminneren Teilströme zugeführt werden, deren aus dem Rohr austretender freier Strahl zur Verlängerung des durch das Rohr gebildeten Strömungskörpers gebündelt ist

Während es sich bei den an den Län^skanten der Leitflächen der Vorrichtung nach der DE-OS 19 39 i74 entstehenden Turbulenzen nicht um gezielt erzeugte und gewollte Wirbelfelder handelt, wird bei der erfindungsgemäßen Verwendung zylindrischer Rohre als Stromungskörper, die vom Hauptluftstrom quer angeströmt werden, eine gewollte Ablösung der Strömung zu beiden Seiten der in den Kühlturm hineinragenden Rohre erzielt. Diese Strömungsablösung rollt sich zu Wirbeln auf, wobei die Wirbelablösungen in Abhängigkeit von der Reynoldszahl und der Querschnittsform mehr oder weniger alternierend oder unregelmäßig erfolgen können. In jedem Fall entsteht jedoch ein Strömungsnachlauf, dessen Wirbel mit ihren Achsen parallel bzw. nahezu parallel zu der Achse der Rohre liegen und welcher starke Strömungskomponenten quer zur Hauptströmungsrichtung aufweist. Diese Querkomponenten haben eine intensive Durchmischung der unterschiedlichen Luftströme zur Folge, ohne daß hierdurch größere Strömungsverluste auftreten. Eine gute Durchmischung wird bereits auf einer verhältnismäßig kurzen Strecke erzielt

Da die durch zylindrische Rohre gebildeten Strömungskörper der Erfindung über den Umfang des Kühlturms verteilt und von der Kühlturmwand ausgehend zur Kühlturmmittelachse weisend angeordnet sind, ergibt sich die intensive Durchmischung gleichmäßig über den gesamten Siromungsquerschnitt des Kühliurms. Trotz der Tatsache, daß die zylindrischen Rohre nicht bis zur Mitte des "Kiihlturins verlaufen, erfolgt die Durchmischurig auch im mittleren Strömungsbereich, weil die aus den Rohren austretenden freien Strahlen erfindiingsgcmiiß gebündelt sind, in das Kühlturminnere geführt werden und deshalb für den im Kühlturm aufsteigenden Teilstrom eine Verlängerung der durch die Rohre gebildeten .Strömungskörper darstellen.

Mit der eriindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird insgesamt 'Jer Vorteil er/.ielt. daß eine gute Mischung der zu vermischenden Teilströme nicht nur nahezu verlustarm, sondern auch auf einem extrem kurzen Weg erreicht wird, der nur etwa ein Vierlei des Kühlturmdurchmessers beträgt.

Aus der DE-OS 25 17 887 i >t zwar ein Naükühlturm bekannt, bei welchem das Kühlwasser durch waagerecht verlaufende Rohre auf plattenförmige Kontaktkörper gesprüht wird. Diese Rohre sind jedoch weder als Strömungskörper zum Zwecke der Wirbclfelderzeugung vorgesehen, noch dienen sie der Zufuhr von Teilströmen der zu durchmischenden Medien.

.Schließlich wnr ans der DFvOS 2125 220 eine Vorrichtung zum lletrieb eines Kiihlturins bekannt, mit welcher zur Verhinderung tier Schwadenbildung erwärmte Luft mittels Düsen eintreblasen wird. Diese Düsen hüben eine hohe Geschwindigkeit tier cingcblascncn Lufts'.röme zur I ok'e. so dal! diese Lufiströmc im Kühlturminneren zerplatzen. Die im Durchmesser kleinen und kurzen Düsen, die entweder oberhalb oder

unterhalb des Ventilntors des Kühlturms angeordnet sein können, sind mit den erfindungsgemäß als Strömungskörper dienenden zylindrischen Rohren nicht vergleichbar, da sie weder dazu bestimmt, noch in der Lage sind, durch Ablösungen der Strömung an ihren Längsseiten gezielte und großräumige Wirbelfelder zu erzeugen, deren Querkomponenten eine Durchmischung der Teilströme bewirken. Auch die aus den Düsen austretenden Luftströme bilden wegen ihrer hohen Geschwindigkeit und wegen ihrer Auflösung im Kühlturminnereii keine als Fortsetzung der festen Rohrwandungen anzusehenden gebündelten Strahlen, an denen sich der aufsteigende Luftstrom in Form von Wirbelfeldern ablösen kann. Ein weiterer entscheidender Nachteil der aus der DE-OS 21 23 220 bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die Einblasung der Luft zusätzliche Energie erfordert und hohe Druckverluste zur Folge hat, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerade vermieden werden sollen.

Die als Slrömungskörper dienenden zylindrischen Rohre sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Kühlturms verteilt, können jedoch auch in gewissen Grenzen eine unterschiedliche Verteilung aufweisen. Weiterhin ist es möglich, die Lufteintrittsrohiv unterschiedlich lang auszubilden.

Wenn der in den Hauptluftstrom einzubringende Luftstrom nicht durch natürlichen Zug erzeugt werden kann, ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung möglich, in den Rohren jeweils mindestens einen Ventilator anzuordnen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform de^r erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Naß-Trocken-Kühlturm sind die Lufteintrittsrohre oberhalb der Rieseleinbauten des Kühlturms angeordnet. Die radiale Erstreckung der Rohre beträgt erfindungsgemäß etwa 20 bis 40% des Radius des Kühlturms, so daß ein Teil der Strömungskörper durch den aus den Rohren austretenden freien Luftstrahl gebildet wird, der sich in Abhängigkeit von den Gegebenheiten in die Hauptströmungsrichtung krümmt. Der sich durch diese Strahlablenkung ergebende Strömungsnachlauf besitzt ebenfalls große Querkomponenten der Strömung, die zu einer verlustarmen Durchmischung innerhalb einer kurzen Strömungsstrecke führen. Das Verhältnis der Länge der Rohre zu ihrem Durchmesser liegt erfindungsgemäß zwischen 1,5 und 4.

Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine erste Ausführungsform anhand eines Naß-Trocken-Kühlturms.

F i g. 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kühlturms, der als Naß-Trokken-Kühlturm ausgebildet ist,

Fig.3 eine schematische Draufsicht auf den Kühlturm nach Fig.2und

Fig.4 ein Diagramm mit Meßergebnissen der Durchmischung in der Meßebene M der beiden Teilströme des Kühlturms nach den Fig.2 und 3, und zwar einmal ohne und zum anderen mit Mischelemenlen.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 zeigt einen als Naß-Trockcn-Kühliiirm ausgebildeten Naturzugkühlturm mit einer Kühlturmschalc 1. deren oberer Teil nicht dargestellt ist. Die KühlUirmschale 1 besitzt einen kreisförmigen Grundriß und zumindest im unteren Bereich eine konische Verengung. Sie kann im oberen.

nicht dargestellten Teil weiterhin konisch oder zylindrisch verlaufen oder auch eine Erweiterung besitzen. Im unteren Teil der Kühlturmschale 1 sind Rieseleinbauten 2 angeordnet, denen die Kühlluft eines Luftstromes L₁ von unten her zugeführt wird. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 gelangt der Luftstrom L\ auf dem gesamten kreisförmigen Umfang der Kühlturmschale 1 radial von außen in den Kühlturm. Die einströmende Luft sammelt sich im Bereich unterhalb der Rieseleinbauten 2 und

ίο strömt anschließend — wie mit strichpunktiert dargestellten Pfeilen angedeutet — aufgrund der natürlichen Zugwirkung der Kühlturmschale 1 senkrecht nach oben. Oberhalb der Rieseleinbauten 2 sind mehrere Rohre 3 angeordnet, die von der Kühlturmschale 1 ausgehend

is radial nach innen ragen. Durch jedes dieser Rohre 3 wird ein Teilstrom eines zweiten Luftstromes L₂ in das Kühlturminnere geleitet, wobei dieser Luftstrom L₂ vorher zum Zwecke des indirekten Wärmeaustausehs eine Wärmeaustauschfläche 4 durchströmt, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel außerhalb der Kühlturmschale 1 über deren Umfang verteilt angeordnet sind. Falls der natürliche Zug der Kühlfmischale I nicht ausreicht, die Teilströme des Luitstromes L₂ zu erzeugen, kann in Strömungsrichtung vor oder hinter den Wärmeaustauschflächen 4 jeweils ein auf der Zeichnung nicht dargestellter Ventilator angeordnet sein.

Sowohl die quer in den senkrecht nach oben gerichteten Luftstrom L\ hineinragenden Rohre 3 als

so auch die aus diesen Rohren 3 austretenden Strahlen S, die durch Teilströme des Luftstromes L₂ gebildet werden, haben an ihren Seiten Ablösungen des Luftstromes L\ zur Folge, die sich zu Wirbeln W aufrollen. Diese Wirbel W sind beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 unregelmäßig. Ihre Achsen liegen parallel bzw. nahezu parallel zur jeweiligen Achse des Rohres 3 bzw, des aus diesem austretenden Strahles S. Aufgrund der Querkomponenten der Wirbel W ergibt sich eine intensive Durchmischung des in einzelne

■to Teilslröme aufgeteilten Luftstromes L₂ mit dem senkrecht nach oben aufsteigenden Luftstrom Li, der mit Feuchtigkeit beladen ist und auf diese Weise intensiv mit dem trockenen Luftstrom L₂ gemischt wird. Die F i g. 1 läßt erkennen, daß trotz der Ablenkung der Strahlen 5

•»3 in die senkrecht nach oben verlaufende Hauptströmungsrichtung diese Strahlen 5 als Strömur.jskörper wirken, die einen Strömungsnachlauf mit starken Strömungskomponenien quer zur Hauptströmungsrichtung zur Folge haben.

Anhand der Fig.2 bis 4 ist für ein zweites Ausführungsbeispiel das Ergebnis der als Strömungskörper wirkenden Rohre aufgezeigt. Der in Fig.2 schematisch dargesltllte Kühlturm besitzt einen kreiszylindrischen Mantelabschnitt 5. der nach oben in einer.

konischen Mantelabschnitt 6 übergeht. Im Bereich des kreiszylindrischen Mantelabschnitts 5 strömt der Luftstrom Li auf dem gesamten Umfang radial in das Kühlturminnere. Ein Teil des Luftslromes L₂ wird im Bereich des konischen Mantelabschnitts 6 durch insgesamt acht Rohre 3 zugeführt, die gemäß F i g. 3 gleichmäßig über c^n Umfang des Kühlturms verteilt sind. Bei dem Luftstrom Li handelt es sich um feuchte Luft, wogegen der Luftstrom L₂ aus trockener Luft besteht. Die Luftmengen der Luftströme L\ und L; sind

^h> gleich groß.

In F i g. 4 ist in senkrechter Richtung die Konzentration der i.nchteii I. ft des Luftstromes Li über Jcm Austrittsdtirchmcsser d des Kühlturnis gemäß F i g. 2

aufgetragen, wobei die Meßebene Min einem Abstand h oberhalb der l.iiftcintrittsrohre 3 liegt, der 25% des Durchmessers D des kreivylindrischen Mantelabschnitts 5 des Kühltiirms betragt. Das durch Meßwerte gebildete Diagramm nach F i g. 4 läßt erkennen, daß durch die Verwendung der Rohre 3 gemäß F i g. 3 über die gesamte Austrittsfläche des Kühlturms eine hervorragende Durchmischung der beiden Luftströme U und L₂ erreicht wird, da die Konzentration der feuchten Luft über den gesamten Austrittsdurchmesser rf geringfügig unterhalb bzw. oberhalb 50% liegt. Durch die zweite Kurve in F i g. 4 ist gezeigt, daß sich ohne die Verwendung der Rohre 3 im Kernbereich der Austrittsströmung eine nahezu IOO%ige Anreicherung von feuchter Luft ergibt, wogegen die ringförmige Rand/one nur einen sehr geringen Feuchtigkeitsanteil besitzt.

Die gemäß F i g. 3 angeordneten Rohre 3 bewirken somit durch die anhand der F i g. I beschriebenen Wirbelfelder eine äußerst gute Durchmischung der beiden l.uftströme L] und L₂, und zwar innerhalb einer extrem kur/cn Strömungsstrecke, die nur 25% des Durchmessers des Kühlturms beträgt. Bei einer praktischen Ausführung betragen: D= 110 rn. d~ 100 m. Λ = 27,5 m, Durchmesser der Rohre 3 = 7 m und Länge der Rohre 3= 12 m. wobei von insgesamt 32 Trockenluft/uführungen nur acht als Rohr 3 ausgebildet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Mischung unterschiedlicher, insbesondere trockener und feuchter Teilströme in ι einem Kühlturm mittels einer Mehrzahl von über den Umfang verteilter, von der Kühlturmwand ausgehender und zur Kühlturmmitlelachse weisender Strömungskörper, die von dem im Kühlturm aufsteigenden Teilstrom quer angeströmt werden und infolge der Ablösungen der Strömung an ihren Längsseiten Wirbel erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper als zylindrische Rohre (3) ausgebildet sind, durch welche dem Kühlturminneren Teilströme zugeführt werden, r> deren aus dem Rohr (3) austretender freier Strahl (S) zur Verlängerung des durch das Rohr (3) gebildeten Strömungskörpers gebündelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .daß in den Rohren (3) jeweils mindestens ein Ventilator angeordnet ist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2 zur Verwendung in einem Naß-Trocken-Kühliurm, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) oberhalb der Rieseleinbauten (2) des Kühlturms angeordnet -'"> sind.

4. Vorrichtung nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung der Rohre (3) etwa 20 bis 40% des Radius des Kühlturms beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 1» zeichnet, dnß das Verhältnis der Länge der Rohre (3) zu ihrem Durchmesser zwischen 1,5 und 4 liegt.