DE3415318C2 - Anlage zur Kühlung, vorzugsweise zur Rückkühlung von Wärmekraftwerken mit Hilfe von Kühltürmen - Google Patents

Abstract

Bei einer Anlage zur Kühlung, vorzugsweise zur Rückkühlung von Wärmekraftwerken mit Hilfe von Kühltürmen, wobei über eine Bebauung dem Kühlturm von unten atmosphärische Luft zugeleitet wird, die bis zur Luvkante des höchsten Gebäudes im Aufwind, über dem Gebäude in freier Strömung und im Nachlauf sowie hinter der Leeseite des Gebäudes in dessen Windschatten als Fallwind von unten in den Kühlturm strömt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß durch einen an der Luvoberkante errichteten Windschirm der Aufwindbereich erhöht und hinter dem Windschirm der Nachlaufbereich bis an die Leekante des Gebäudes verlängert ist, und daß an der Leekante durch eine Leitfläche die freie Strömung in den Windschatten des Gebäudes umgelenkt und der Fallwind verstärkt ist.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Kühlung, vorzugsweise zur Rückkühlung von Wärmekraftwerken, mit Hilfe von Kühltürmen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Wärmekraftwerke, welche nicht mit Fluß- oder Meerwasser im Durchlaufverfahren gekühlt werden können und deren Kühlung daher durch Abführung der Wärme an die Atmosphäre erfolgen muß. Bekanntlich muß in allen Wärmekraftwerken am Ende ihres Wasser-Dampf-Kreislaufes der Dampf mit Kühlwasser kondensiert werden, das bei den erfindungsgemäßen Anlagen in einem oder mehreren Kühltürmen rückgekühlt und dadurch im Kreislauf zirkuliert wird. Bevorzugt handelt es sich erfindungsgemäß um Naßkühltürme, bei denen das Kühlwasser unmittelbar mit der atmosphärischen Luft in Kontakt gebracht wird, weil solche Kühltürme bei gleicher Kühlleistung wesentlich kleiner ausfallen als die sogenannten Trockenkühltürme.

-' Die erfindungsgemaßen Anlagen werden insbesonde- Λ re auf Naßkühltürme angewandt, welche im Naturzug betrieben werden. Bei dieser Bauart gerät die von unten in den Kühlturm einströmende atmosphärische Luft unter den Einfluß des thermischen Auftriebes, welcher im Kühlturm durch Druckdifferenzen induziert und durch Strömungswiderstände hervorgerufen wird. Dabei wird ein kleiner Teil des im Kühlturm herabrieselnden Kühlwassers verdunstet und entweicht über den Kühlturm in die Atmosphäre. Bei der Rückkühlung wird nur dieser Verlust neben dem aus dem Kreislauf abgezogenen Kühlwasser erneuert.

Bei Wärmekraftwerken ergibt sich aus den technischen Voraussetzungen und deren Weiterentwicklung in aller Regel ein bestimmtes Grundmuster der Bebauung. Die Kessel, in denen das Speisewasser für aen Betrieb der Turbinen erhitzt wird, liegen im allgemeinen unmittelbar neben den Kaminen, wobei der Platz zwischen Kamin und Kessel von der Luftvorwärmung und den Elektrofiltern ausgefüllt wird. Da man im allgemeinen auf der anderen Seite des Kesselhauses die Turbi-L en- und Generatorhallen anordnet, ergibt sich als Standort des Kühlturmes in der Regel der Platz neben den Kaminen. Bei großen Wärmekraftwerken auf Steinkohle- bzw. Braunkohlenbasis entsteht dadutch eine nicht nur in der Höhe erheblich ausgedehnte Bebauung, sondern auch eine enge Zusammendrängung der Bauwerke auf der zur Verfügung stehenden Grundfläche. Kesselhaushöhen von ca. 120 m. Kaminhöhen zwischen 125 bis 170 m stehen vor Kühltürmen, deren Größe zwar auch in einer Höhe von ca. 128 m liegen kann, deren Einströmbereich aber unter den im unteren Teil des Kühlturms angeordneten Rieseleinbauten und Tropfenfängen gelegen ist (s. z. B.: Beton- und Stahlbetonbau. 1982. Heft 2. S. 62).

Der Wirkungsgrad eines solchen Wärmekraftwerkes hängt auch von der Kühlwirkung der Kühltürme ab. welche ihrerseits eine Funktion des Luftdurchsatzes ist. Die Erfindung geht davon aus, daß die Bebauung einen wesentlichen Einfluß hierauf ausübt. Im Bereich der Kühlturmzuströmung bildet sich aufgrund des Lee-Effektes hoher Gebäude ein Unterdruckgebiet aus. Dadurch wird die der Kühlturmaußenseite anliegende Druckdifferenz, welche im Gleichgewicht mit der durch den oben erwähnten thermischen Auftrieb bewirkten Druckdifferenz im Kühlturm steht, k'i."ner. Das wiederum hat eine Verminderung der durch den Kühlturm strömenden Menge an atmosphärischer Luft und damit einen Anstieg der Kühlwassertemperatur am Ende der Kühlanlage zur Folge.

Bei dem beschriebenen Grundmuster der Bebauung des Kraftwerkgeländes verschärfen sich diese Verhältnisse neuerdings u. U. dann erheblich, wenn die Forderung an Entschwefelung der Rauchgase verwirklicht werden soll. Bei solchen Wärmekraftwerken kommen für die Rauchgasentschwefelungsanlage Gebäudehöhen in Betracht, welche bei ca. 60 m liegen, wobei als Standort in der Regel das Gelände neben dem Kühlturm an de-· dem Kamin abgewandten Kühlturmseite in Betracht kommt, sofern man nicht die Rauchgasentschwefelungsanlage für mehrere Kessel, beispielsweise in Y-förmiger Anordnung zwischen mehreren Kühltürmen verwirklichen kann. Dann ergibt sich hinter dem Kühlturm ein Strömungsschatten von erheblicher Ausdehnung, welcher die in den Kühlturm einströmende Menge an atmosphärischer Luft noch weiter reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten, ungünstigen Einflüsse; der Bebauung eines Kraftwerkes auf den Luftdurchsatz durch den Kühlturm und damit auf die Kühlwassertemperatur bei einer Anlage der als bekannt vorausgesetzten Art zu vermeiden bzw. zu verringern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der

Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird der Druck in der Anströmzone des Kühlturmes im wesentlichen durch zwei Maßnahmen angehoben. Einerseits wird durch die Errichtung eines Windschirmes bereits der Staudruck an der Kühlturmanlaufseite erhöht, weil der obere Rand des Nachlaufgebietes durch Erhöhung der Luvkante angehoben wird und dadurch die darüberliegende freie Strömung einen Fallwind in Richtung auf den Kühlturm ausbildet. Andererseits wird durch die in die freie Strömung eingebrachte Leitfläche an der Leeseite eine Strömungsumlenkung in den Windschatten des Gebäudes erzielt, weiche den Druck an der Anströmseite des Kühlturmes noch weiter verstärkt. Obwohl man die erstgenannte Maßnahme auch für sich verwirklichen π könnte, wird durch den Gesamterfolg der beschriebenen beiden Maßnahmen die Wirkung ganz erheblich verstärkt.

Abgesehen von dem Vorteil einer u. U. erheblichen Verbesserung des Luftdurchsatzes durch den Kühlturm ergibt sich bei der Erfindung ein vorteilhafter Nebeneffekt aus der geänderten Luftströmung. Da nämlich auch an der Kühlturmkrone erhebliche Wirkungen wie an den an der Luvseite des Kühlturmes stehenden hohen Gebäuden auftreten, und diese Wirkungen für die Abwindbildung im Bereich der Leeseite des Kühlturmes verantwortlich sind, läßt sich nach der Erfindung der sogenannte Down-wash-Verhahen des Kühlturms verbessern, d.h. das Niederschlagsgebiet des Kühlturmes verlegen bzw. verringern.

Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Anspruches 2 trägt man wechselnden Windrichtungen und Bebauungen an beiden Seiten des Kühlturmes Rechnung. Dadurch gelingt es. insbesondere bei nachträglich vorgesehenen Rauchgasentschwefelungsanlagen und entsprechenden Windrichtungen den Luftdurchsatz durch den Kühlturm zu verbessern.

Mit den Merkmalen des Anspruches 3 kann man die Erfindung zweckmäßig an vorhandenen Gebäuden ausführen. An besten errichtet man die Wand- bzw. den Mauersockel an der Fassade des betreffenden Gebäudes, an der sich der Aufwind ausbildet.

Mit den Merkmalen des Anspruches 4 kann man die beabsichtigte Verstärkung des Fallwindes wesentlich durch strömungsgünstige Profile verbessern.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren in der Zeichnung: es ze'gt

F i g. 1 schematisch und parallel zur Windrichtung die Bebauung eines Kraft« erkes bei Verwirklichung der erfindungsgemäßen Anlage im wesentlichen irn Schnitt längs der Linie I-I der F i g. 2 und

Fig.2 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1.

Aus der Darstellung der Fig. 1 ergibt sich, daß auf dem Gelände 1 eines Kraftwerkes ein Kesselhaus 2 errichtet ist. das in seinem vorderen Teil 3 die eigentliche Kesselanlage aufweist und im rückwärtigen Teil 4 neben einer Luftvorwärmung die Elektrofilter aufnimmt. Ein Kamin 5 dient zur Abführung der entstaubten Rauchgase Eine Rauchgasentschwefelungsanlage 6 ist in einem besonderen Gebäude· untergebracht, das hinter dem Kesselhaus und hinter einem Kühlturm 7 errichtet ist. Der Kühlturm 7 hat einen unteren Einströmbereich 8 und einen Schlot 9, in dem der durch Pfeile 10 gekennzeichnete Auftrieb entsteht.

Die waagerechten Pfdie 11 zeigen die Windrichtung an. Hierdurch bildet sich vor dem Kesselhaus 2 eine Aufwindzone 12 aus. An der luvseitigen Oberkante 13 des Kesselhauses ist ein Windschirm 14 errichte*. Er besteht aus einem Mauersockel, dessen Höhe so gewählt ist. daß sich das durch Schraffur angedeutete. Nachlaufgebiet 15 der Strömung bis zur leeseitigen Oberkante 13' des Kesselhauses erstreckt. Die über dem schraffierten Gebiet 15 liegende freie Strömung 16 isi durch Pfeile angedeutet.

An der leeseitigen Oberkante 13' des Gebäudes ist über mehrere Streben 17, 18 in der freien Strömung 16 eine Leitfläche 19 errichtet. In Fig. 1 ist das Profil der Leitfläche 19 dargestellt. Es ist tragflügelartig gestaltet, so daß sich eine Umlenkung der freien Strömung 16 entsprechend dem Pfeil 20 ergibt.

Durch diese Maßnahmen entsteht das bei 21 dargestellte Fallwindgebiet, in dem eine Druckerhöhung im Anströmbereich 22 des Kühlturmes 7 entsteht. Dadurch wird die im Bereich 8 einströmende Luftmenge vergrößert. Der erhöhte Auftrieb bei 10 im Kühlturm 7 führt dazu, daß der Abwindbereich 23 ir" Strömlingsschatten des Kühhurmes 7 vermindert wird. Dadurch wird das eingangs beschriebene Down-wash-Verhalten des Kühlturmes 7 verbessert.

Wie sich aus der F i g. 1 ferner ergibt, ist das Gebäude 6. in dem die Rauchgasentschwefelungsanlage untergebracht ist und welches in der Abströmrichtung 24 hinter dem Kühlturm 7 gelegen ist. auf die entgegengesetzte Luftströmung eingerichtet. Deswegen befindet sich an der bei entgegengesetzter Strömung an der Luvseite befindlichen oberen Gebäudekante 25 ein Windschirm 26. der dem Windschirm 14 entspricht. An der bei umgekehrter Strömungsrichtung an der Leeseite liegenden Gebäudekante 27 ist über die Streben 28, 29 eine Leitfläche 30 befestigt. Es entsteht dann zwischen dem Gebäude 6 und dem Kühlturm 7 bei 31 eine Abwindzone.

Wie sich aus der Darstellung der F i g. 2 ergibt, ist die beschriebene Anlage an zwei Blöcken 32, 33 vorgesehen, deren Turbinenhallen bei 34 und 35 i/nd de^en Generatorhallen bei 36 und 37 angedeutet sind. Die Windschirme sind auf den Kesselhäusern, wie bei 14 dargest· !It. errichte?, während die Leitfläche 10 zwischen den beiden Kaminen 5 und 5' auf der Leeseite verläuft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anlage zur Kühlung, vorzugsweise zur Rückkühlung von Wärmekraftwerken, mit Hilfe von Kühltürmen, wobei über eine Bebauung dem Kühlturm von unten atmosphärische Luft zugeleitet wird, die bis zur luvseitigen Oberkante des höchsten Gebäudes im Aufwind, über dem Gebäude in freier Strömung und im Nachlauf sowie hinter der leeseitigen Oberkante des Gebäudes in dessen Windschatten als Fallwind von unten in den Kühlturm strömt, dadurch gekennzeichnet, daß an der luvseitigen Oberkante (13) des in der Anströmrichtung (22) vor dem Kühlturm (7) gelegenen Gebäudes (2) ein Windschirm (14) angeordnet ist. wodurch hinter dem Windschirm (14) der Nachlaufbereich (15) bis an die leeseitige Oberkante (13') des Gebäudes (2) verlängert wird, und daß an der leeseitigen Oberkante (13') eine Leitfläche (19) angeordnet list, wodurch die freie Strömung (15) in den Windschatten des Gebäudes (2) umgelenkt und der Fallwind (21) verstärkt wird.

2. Anlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auf einem in der Anströmrichtiing (22) hinter dem Kühlturm (7) gelegenen Gebäude (6) ein Windschirm (26) an seiner dem Kühlturm (7) abgewandten Kante (25) und eine Leitfläche (30) an seiner dem Kühlturm (7) zugewandten Kante (27) angeordnet ist.

3. Anlage v.h einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Windschirm (14, 26) aus einer auf dem Gebäude (2, 6) errichteten Wand bzw. einem Wandsockel besteht.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (19. 30) tragflügelartig profiliert und mit Streben (17,18; 28, 29) auf dem Gebäude (2,6) befestigt ist.