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SPRITZ-WASSERKÜHLUNGSANLAGE
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Die vorliegende brSindung betrifft Wasserkühler, die zur Kühlung
von Warmwasser bestimmt sind, das aus den Wärmeaustauschapparaten der Kraftwerke
und der Industriebetriebe austritt, und bezieht sich insbesondere auf eine Spritz--Wasserkühlungsanlage.
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Am erfolgreichsten kann die Erfindung in Kühlbecken und Abflußkanälen,
durch die das warme Gebrauchswasser im UmlauSprozeß der Kühlwasserversorgung mit
Rückkühlung abgeleitet wird, verwendet werden0 In der ganzen Welt f;ihrt das immer
wachsende Entwicklungstempo der Industrie zur erhöhung von energetischen Kapazitäten,
was zu einem riesigen Verbrauch an Süßwasser führt. Jedoch ist der Weltvorrat an
Süßwasser verhältnismäßig nicht groß, daher rührt das Problem der wirtschaftlichen
Verwertung von Süßwasser für technische Zwecke.
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Da warme Industrie abwässer von den Wärme aus tauschapparaten der
Wraf'twerke und den Wärmeaustauschapparaten der Industriebetriebe in der Regel in
Naturgewässer abgeleitet werden, müssen solche Abwässer unter Berücksichtigung der
Vorschriften der Weltorganisation für Umwelt schutz abgekühlt werden.
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Gegenwärtig ist die Kühlwasserversorgung mit Rückkühlung weit verbreitet,
die solche Wasserkühler wie Rühlbecken, Spritz-Wasserkühlungsanlagen und verschiedenartige
Gradierwerke umfaßt.
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Zur Zeit werden bei ungenügendem Kühivermögen der Bekken, welche
während der Hitzeperiode die notwendige Klililung nicht gewährleisten, sowie bei
erhöhten Änforderungen an ihre Wärmeverhält-und nisse KühlteichevKühlbassins mit
Spritz-Wasserkühlungsanlagen in komplexer Verbindung verwendet.
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Eine solche Sprit z-Wasserkühlungs anlage wird sowohl am Ufer der
Becken als auch auf der Wasserfläche derselben angeordnet.
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Die Wirkungsweise der bekannten Spritz-Wasserkühlungsanlagen besteht
in der Kühlung von warmem Gebrauchswasser, die durch dessen Strahizerstäubung mit
Hilfe von Zerstäuderen, Düsen und anderen Spritzvorrichtungen unter Bildung von
grobem und feinem Spritzwasser vorgenommen wird.
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Am weitesten ist z.z. eine Spritz-Wasserkühlungsanlage verbreitet,
welche ein ortsfestes System von Verteilungsrohrleitungen darstellt, die, wenn sie
am Ufer angeordnet sind, auf Pfählen befestigt sind, und bei der Montage der Anlage
an einer Stelle
großer Wassertiefe werden diese Rohrleitungen von
Schwimmern getragen.
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Derartige Spritz-Was serkühlungs anlagen erzeugen Spr lt zstrahlen
für feines Spritzwasser (s. das Buch von Farfarovsky B.S. und Farfarovsky XT.B.
'Gmlaufwasserkuhler der Wärmekraftwerke", 1972, Verlag "Energia", S. 40 bis 41).
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Die Rohrleitungen der bekannten Spritz-Wasserkühlungsanlage sind
mit Düsen zur Druckverspritzung des abzukühlens den Wasser oberhalb der Wasserfläche
des Beckens versehen.
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Die Arbeit der bekannten Anlage besteht in der Förderung des azukühlenden
Wassers in das System von Verteilungsrohrleitungen mit Düsen, die das abzukühlende
Wasser in Form von Strahlen mit feinen Tropfen verspritzen. Die gebildeten Wassertropfen
werden von der Umgebungsluft abgekühlt und fallen auf die Wasserfläche des Beckens.
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Dieser Anlage ist eine ungleichmäßige Kühlung des zu verspritzenden
Wassers eigen, die durch Einwirkung von sich schnell ändernden Windströmen auf die
Spritzstranlen bewerden dingt ist. Außerdem V die feinsten Wassertropfen vom Wind
mitgerissen, was zu einer unerwünschten Befeuchtung der Umgebung, zur Kondensierung
der Feuchte an verschiedenen Gegenständen und Ausrüstungen führt und bei Minustemperaturen
der Luft eine Vereisung der Umgebung und darauf befindlicher Bauten hervorrufen
kann.
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Darüber hinaus sind zur Zuführung von Warmwasser in das verteilungsrohrleitungssystem
lange Verbindungen aus Zufuhr
leitungen erforderlich, was deren
Montage über der Bekkenwasserfläche erschwert.
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Zur Zeit ist es in einigen Bällen -ausgehend von örtlichen Verhältnissen
und aus wirtschaftlichen Cberlegungen -zweckmåßiger, zur Kühlung von Warmwasser
einen Kühlteich mit darauf montierten schwimmenden Spritzanlagen - lulodulbausteinen
- (s. "Proceedings of the American Power Conference", Volume 3 B, veröffentlicht
im Jahre 1973, New York, David P. Hoffman "Spray cooling for power plants", s. S
702 bis 712) zu verwenden.
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Dieser Modulbaustein stellt ein schwimmendes mittel (einen Schwimmer)
dar, auf dem oben eine Düse zur Verspritzung von warmen Gebrauchswässern und ein
Elektromotor mit einer Pumpe angeordnet sind, die unter dem Schwimmer eingebaut
ist.
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Die Arbeit dieses Modulbausteines besteht in der Förderung des warmen
Gebrauchswassers durch die Pumpe in die Düse, durch die ein großer Spritzstrahl
erzeugt wird, der einen Durchmesser von 4,5 m und eine Höhe von 3,0 bis 6,0 m hat.
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Die Düse eines solchen Spritz-Modulbausteines ist so bemessen, daß
in den erzeugten Spritzstrahlen im wesentlichen grobes Spritzwasser gebildet wird,
so daß verhindert wird, daß das abzukühlende Wasser durch sich schnell ändernde
Windströme mitgerissen wird, wodurch dessen schädliche einwirkung auf die Umgebung
vermieden wird.
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Jedoch ist bei einem grobtropfigen Spritzstrahl des abzukühlenden
Wassers der Wärmeaustausch mit der UmgebungsluSt schelchter.
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Da im Spritzstrahl neben groben Spritzern auch feines Spritzwasser
gebildet wird, das unter der Wirkung von sich schnell ändernden Windströmen in die
Umgebung mitgerissen wird, treten unauffüllbare Verluste des aozukühlenden Wassers
auf, welche zu einer übermäßigen Befeuchtung der Umgebung führen.
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In der Regel wird ein solcher Modulbaustein nicht einzeln auf dem
Becken angeordnet, sondern wird eine Kette vorgesehen, die bis 20 Modulbausteine
einschließt, was auf rechnerischem Wege unter Berücksichtigung des Kühlungsgrades
des Warmwassers bestimmt wird. Um die Verlagerung der kodulbausteine durch Wasser-
und Windströmungen zu verhindern, werden die Schwimmer der Modulbausteine mittels
Seilen am Ufer festgemacht.
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Ferner wird zur Verkleinerung der Erwärmung des Kühlbeckens das warme
Gebrauchswasser im Ablaufkanal mittels Düsen abgekühlt, deren Komplexbau tatsächlich
ein scnwimmendes Spritzbassin (s. das Buch von R.W. Rerter and K.H. Ohen "Hbat and
Mass Transfer of spray Conals't, veröffentlicht im Jahre 1973, Verlag "ASMS", Chicago)
darstellt.
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In einer Gruppe solcher Modulbausteine wird jeder angeordnet, der
Düsenmodul auf einem Schwimmunterbau v eine Einrichtung zur Eörderung von warmem
Gebrauchswasser enthält. Solche
Düsenmoduln sind als Reihe über
den Ablaufkanal verteilt, was eine intensive Wärmeabgabe je Flächeneinheit sichert
und die Regelung der Wärmeabgabegeschwindigkeit in verschiedenen Abschnitten des
Kanals ermöglicht.
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Mit Hilfe einer Pumpe wird das warme Gebrauchswasser aus dem Spritzbassin
in die Düse geführt und zu einem Strahl unter Druck verspritzt.
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Durch Verspritzung wird sowohl grobes als auch feines Spritzwasser
gebildet. zine beträchtliche iienge an groben Tropfen gewährleistet nicht den notwendigen
Sühlungsgrad des Wassers, während das Vorhandensein von feinen Tropfen, die leicht
vom Wind weggetragen werden, ~ zu Verlusten des abzukühlenden Wassers führt.
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Hinzu kommt, daß eine große Anzahl von Spritzstrahlen auf die Umwelt
einen unerwünschten Einfluß ausübt, der sich als abgerissene und fortgewehte Spritzer,
als Wasserdampf, der an verschiedenen, dem Kanal nahgelegenen Gegenständen kondensiert
wird, zeigt, während Dei Lainustemperaturen der Umgebungsluft dies zur Vereisung
der Umgebung und darauf befindlicher Bauten führt.
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Es muß auch beachtet werden, daß die beste Abkühlung im gegebenen
Fall nur in den peripheren Strahlen der äußeren Düsenmoduln durch bessere Kontaktierung
des Spritzwassers mit der Umgebungsluft erzielt wird, so daß keine gleichmäßige
Abkühlung des Warmwassers gewahrleistet wird.
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Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Spritz-Wasserkühlungsanlage
zu entwickeln, bei der eine Beeinträchtigung der Umgebung weitgehend vermieden und
der Kühlungsgrad des warmen Gebrauchswassers und damit die irksamkeit der Wärmeaustauschapparate
erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Spritz--Wasserkühlungsanlage
mit einem Schwimmunterbau, einem darauf angeordneten Wasserverteiler und einerWarmwasserfördereinrichtung
erfindungsgemäß mit einem Netzgehäuse versehen ist, das mit einem Spalt gegenüber
dem Schwimmunterbau aufgestellt ist, in dessen unterem ieil ein Untersatz vorgesehen
ist, während im Innern des Netzgehäuses ein Wasserverteiler untergebracht ist, der
als ein System von Rohrleitungen mit Düsen ausgeführt ist, die etagenweise so montiert
sind, daß die Düsen der Sohrleitung der einen Etage gegenüber den Düsen der schachbrettartig
aohrleitung der anderen age versetzt angeordnet sind.
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Eine solche Bauart der Spritz-Wasserkühlungsanlage ermöglicht eine
Erhöhung des Kühlungsgrades des warmen Georauchswassers dank verbessertem Wärmeaustausch
zwischen feinem Spritzwasser und umgebender Luft, eine Herabsetzung s der Verluste
des abzukühlenden Wasser durch das Vorhandensein des Netzgehäuses, das das ltitreißen
feiner Tropfen durch sich schnell ändernde Windströme verhindert, so daß ihre schädliche
Einwirkung auf die Umgebung beseitigt wird.
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Der Untersatz wird unter einem Winkel zum Schwimmunterbau angeordnet.
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Dies erhöht die Kühlungswirksamkeit dadurch, daß das 5 wiederholte
Mitnehmen des bereits abgekühlten Wasser vermieden wird.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines konkreten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. ts zeigen: Fig.
1 eine schematische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Sprit z-Wasserkühlung sanl
age unter Angabe der Bewegungsrichtung der kühlenden Luftströmungen (durch Pfeile
angedeutet); Fig. 2 dasselbe in einer Seitenansicht; Fig. 3 dasselbe wie in Fig.
2 im Längsschnitt; Fig. 4 dasselbe wie in Fig. 1 (Drauf ~sicht).
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Die erfindungsgemäße Spritz-Wasserkühlungsanlage enthält einen Schwimmunterbau
1, auf dem ein Wasserverteiler angebracht ist, der als ein System von horizontal
verlaufenden Rohrleitungen 2 ausgeführt ist. In diese Rohrleitungen sind Düsen 3
eingebaut, deren Austrittsöffnungen nach oben gerichtet sind. Die Rohrleitungen
2 sind etagenweise montiert, während die Düsen 3 der Rohrleitungen 2 der einen Etage
gegenüber den Düsen 3 der Rohrleitungen schachbrettartig der anderen Etage#versetzt
angeordnet sind. Das System von horizontal verlaufenden Rohrleitungen 2 steht mit
einem
Standrohr 4 zur Wasserzuführung in Verbindung, in dessen unterem Teil auf dem Schwimmunterbau
1 eine Warmwasserfördereinrichtung 5 angeordnet ist, die mit einer Pumpe (nicht
abgebildet) versehen ist. Oberhalb des Schwimmunterbaus 1 ist ein Untersatz d befestigt,
der unter einem Winkel zum Schwimmunterbau 1 angebracht ist.
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Die erfindungsgemäße Sprit z-W as serkühlungs anlage funktioniert
wie folgt.
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Warmes Gebrauchswasser, welches von den Wårmeaustauschapparaten in
den Abflußkanal gelangt, wird von der Warmwasserfördereinrichtung 5 mit aufgenommen.
Dann wird über das Standrohr 4 das warme Gebrauchswasser in das System von Verteilungsrohrleitungen
2 mit Düsen 3 unter Druck gefördert, durch die Warmwasser-pritzstrah1en erzeugt
werden.
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Die bauart der Düsen ist derart gewählt, daß bei der Verspritzung
des Warmwassers dieses fein zerstäubt wird, so daß die Kontaktfläche der Spritzer
des Warmwassers mit der Kühlluft vergrößert und damit die Kühlungswirksamkeit erhöht
wird.
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Dadurch, daß der Wasserverteiler als ein System mit etagenweise angeordneten
Rohrleitungen 2 mit Düsen 3 ausgebildet ist sowie daß die Düsen 3 der Rohrleitungen
2 der einen Etage gegenüber den Düsen 3 der Rohrleitung der anschachbrettartig deren
Etaget#versetzt angeordnet sind, wird eine gleichmäßige Verspritzung des abzukühlenden
Wassers in dem gesamten Volumen der Spritzanlage gewährleistet, das durch das
Netzgehäuse
7 begrenzt ist. Durch dieses Gehäuse 7 wird in bedeutendem lEaße verhindert, daß
feine Spritzer des abzukühlenden Wassers durch Windluftströme mitgerissen werden,
sowie zur ßildung einer gerichteten Bewegung von Luftströmen innerhalb der Spritzanlage
beigetragen. Der unter dem unteren Rand 6 des Netzgehäuses 7 gebildete Spalt 9 gestattet
es, eine dem Spritzerstrom entgegengesetzt gerichtete Luftströmung sowohl bei Wind
als auch ohne Wind zu erzeugen.
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Die abgekühlten Tropfen fallen in den Untersatz d, der unter einem
Winkel zum Schwimmunterbau 1 angeordnet ist, und fließen in den durchgehenden Strom
des Abflußkanals ab. Der Neigungswinkel ist in Fig. 7 ersichtlich.
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Die vorliegenden Spritz-Wasserkühlungsanlagen können sowohl einzeln
als auch gruppenweise benutzt werden.
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Die optimal angeordneten Spritz-Wasserkühlungsanlagen ermöglichen
im Bereich der intensiven Vermischung des Warmwassers, das in einen Kühlteich oder
ein. Saturwasserbecken austritt, einerseits eine wirksamere Einwirkung auf den konzentrierten
Warmwasserablaß in diese Becken dank dem hohen Kühlungsvermögen der Sprit z-Was
serkühlungsanlagen und stellen andererseits den Schutz der benachbarten Umgebung
gegen Feuchte- und Spritzereinflüsse sicher, da eine Mitnahme von WassertrUpfohen
durch den Wind verhindert ist.