DE4340654A1 - Kühltürme mit Naturzugbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlturm mit Natur­ zugbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige atmosphärische Kühltürme bieten ge­ genüber zwangsbelüfteten Kühltürmen den grund­ sätzlichen Vorteil, daß sie ohne Fremdenergie arbeiten, weil sie nach dem Prinzip des Kamines funktionieren, d. h. der Auftrieb einer Funktion der Höhe und des Dichteunterschiedes zwischen warmer und kalter Luft ist (sogenannte Kaminfor­ mel). In der Praxis werden Kühltürme mit Natur­ zugbetrieb vornehmlich in der Kraftwerkindustrie eingesetzt, da sie erhebliche Luftmengen durch­ setzen können, die für die Rückkühlung des Kühl­ wassers benötigt werden, welches die Kondensato­ ren beaufschlagt, die am sogenannten kalten Ende des Wärmekraftprozesses liegen und den Turbinen­ dampf niederschlagen bzw. herunterkühlen. Die Er­ findung bezieht sich insbesondere auf Naturzug­ kühltürme dieser Art, vorzugsweise auf Naßkühl­ türme, bei denen der Wärme- und/oder Stoffaus­ tausch unmittelbar zwischen der atmosphärischen Luft und dem Kühlwasser erfolgt.

Von solchen Kühltürmen werden einerseits ein optimales, z. B. für den Wirkungsgrad des Prozes­ ses mit entscheidendes Funktionieren, anderer­ seits aber die Berücksichtigung unterschiedlicher Zustände der atmosphärischen Luft verlangt, die sich insbesondere in den wechselnden Jahreszeiten einstellen. Bei Naßkühltürmen mit Naturzugbetrieb ergibt sich aus den für die kalte Jahreszeit auf­ tretenden Minustemperaturen ein Vereisungspro­ blem, wo die kalte Luft mit dem Kühlwasser zusam­ mentrifft. Wenn andererseits ein Kraftwerk ange­ fahren wird, soll die Kühlleistung geringer sein als im Vollastbereich oder gar dann, wenn zusätz­ liche Wärme ausgekoppelt werden muß.

Die Erfindung geht von vorbekannten Maßnahmen an Naßkühltürmen mit Naturzugbetrieb aus, welche im wesentlichen darauf abzielen, die Kühlwirkung über den Luftdurchsatz zu steuern. Das geschieht bei fortgeschrittenen Konstruktionen im Kühlturm z. B. durch besondere Führung des Kühlwassers in einer Ringleitung, die es ermöglicht, den Kernbe­ reich des Kühlturmes bedarfsweise vom Wärmeaus­ tausch auszukoppeln. Im Ergebnis wird dadurch der Zentralbereich des Kühlturmes hydraulisch abge­ schaltet. In diesem Bereich findet dann keine Beregnung statt, jedoch wird die anteilige Wassermenge den verbleibenden Peripherieflächen im Kühlturminneren zugeleitet. Durch solche Maßnahmen werden der Widerstand der in den Kühl­ bereich eintretenden atmosphärischen Luft erhöht und dadurch die Luftmenge reduziert, wodurch eine Erhöhung der Kaltwassertemperatur erreicht wird und sich der Abstand zur kritischen Temperatur vergrößert. Solche Kühltürme bewähren sich in der Praxis, weil sie eine Wirkungsweise erreichen, die einen sicheren Betrieb des Kühlturmes ermög­ lichen.

Andererseits vermeiden solche Maßnahmen eine exakte Berechnung der Luftmenge. Deshalb beruhen die sich einstellenden Temperaturen, die eine Funktion der Luftmenge darstellen auf einigermaßen akzeptablen Erfahrungswerten mit entsprechenden Toleranzen. Der bauliche Aufwand für die be­ schriebenen Maßnahmen und die dazu notwendigen Hilfseinrichtungen, wie Absperrarmaturen, Schütze und dergleichen stellt eine erhebliche Kosten­ steigerung dar. Es kommt hinzu, daß die bisher angewandten Wintermaßnahmen in atmosphärischen Kühltürmen sich beim Einsatz von Warmwasser­ ringleitungen und Kernabschaltungen durch Erhö­ hung der Regendichte in einer Vergrößerung des Schallpegels bis zu 4 dB(A) auswirken. In der Praxis entspricht dies einer Schallverdopplung zweier gleicher Schallquellen. Da die bisher ergriffenen Maßnahmen auf dem Prinzip beruhen, die gleiche Kühlwassermenge über eine kleinere Fläche im Kühlturm zu verteilen, muß zwangsläufig auch der Verteildruck erhöht werden. Dies er­ zwingt eigen Anstieg der geodätischen Pumphöhe um ca. 10%, so daß die Pumpenergie und somit der Kraftbedarf eines Kraftwerkes erheblich anstei­ gen. Dadurch ergibt sich eine ungünstige Diffe­ renz der Betriebskosten unter Berücksichtigung der notwendigerweise erforderlichen Zeit (Winter­ periode).

Die Erfindung geht demgegenüber einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiederge­ geben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Anpassung des Luftdurchsatzes an die z. B. im Winter oder im Anfahrbetrieb geringere Kühlleistung, aber auch die Anpassung an eine wärmere und heißere Atmo­ sphäre bzw. im Vollastbereich durch Veränderung der Zuluftmenge, so daß grundsätzlich hierfür keine hydraulischen Abschaltungen im Kühlturm er­ forderlich sind. Dadurch, daß erfindungsgemäß die hierfür eingesetzten Drosseln außerhalb des Naßbereiches im Trockenbereich angeordnet sind, kann gefrierendes Wasser von den Drosseln und ih­ ren Organen ferngehalten werden, wodurch einer­ seits der bauliche Aufwand weiter vermindert und andererseits die Betriebssicherheit auch bei die­ sen Temperaturen gewährleistet wird. Ferner sind erfindungsgemäß die Öffnungsquerschnitte der Drosseln automatisch verstellbar und zwar derart, daß sich außer den maximalen und minimalen Dros­ selquerschnitten auch Zwischenstellungen der Drosselorgane ergeben, so daß die Kühlwirkung jederzeit den betrieblichen Anforderungen ange­ paßt werden kann.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie bei einer Drosselung der Zuluftmenge, wie sie z. B. bei Minustemperaturen im Winter erforderlich wird, die im Kühlturm strömende Luftmenge entsprechend herabgesetzt wird. Eine Erhöhung des Schallpegels durch Drosselung des Kühlturmes erfolgt nicht. Auch braucht der Verteildruck des Kühlwassers nicht erhöht zu werden, so daß keine zusätzlichen Kosten durch erhöhte Pumpenergie entstehen.

Vorzugsweise nutzt man die durch die Erfindung geschaffene Möglichkeit einer feinfühligen Anpas­ sung der Zuluftmenge an die jeweils geforderte Kühlleistung zur Einbeziehung des Kühlturmes in die optimale Steuerung des Prozesses mit den Merkmalen des Anspruches 2. Hierbei wird durch die Ausführung der Drosseln als stufenlos ver­ stellbare Öffnungsquerschnitte ein Regelkreis möglich, in dem die Drosseln als Stellglieder wirken, deren Öffnungsquerschnitt von der warmen und/oder kalten Temperatur des zu kühlenden Was­ sers abhängt. Auf diese Weise ist es möglich, die Kühlwassertemperatur der jeweiligen Dampfmenge im Kondensator anzupassen. Die Luftmengen können da­ bei exakt berechnet werden, was Voraussetzung für eine derartige Regelung ist.

Mit den Merkmalen des Anspruches 3 ist es mög­ lich, einen mehr oder weniger großen Bereich des Kühlturmes vollständig von der Zuluft abzu­ schließen. Dies ermöglicht unter anderem die Be­ rücksichtigung der örtlichen Verhältnisse im Kühl­ turmbereich. Zum Beispiel läßt sich die Windrich­ tung bei der Regelung angemessen berücksichtigen.

Die Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß sie sich auch für Nachrüstungen bereits erbauter Kühltürme mit Naturzugbetrieb eignet. Dies ge­ schieht vorzugsweise mit Hilfe der Merkmale des Anspruches 4. Dadurch, daß man die ortsfesten Führungen eines Polygonzuges in einem vorgegebe­ nen Abstand von den Kühlturmmantelstützen anord­ net, braucht man im Inneren des Kühlturmes nichts zu verändern und hat außerdem den Vorteil, daß sich die Regelung nicht nur auf ein Öffnen und Schließen der Zuluftöffnungen zu beschränken braucht, sondern bedarfsweise auch Segmente der Zuluftöffnungen beeinflussen kann.

Es ist sogar zweckmäßig, die für die Durchführung der Erfindung erforderlichen Konstruktionen mit Rücksicht auf die Statik, insbesondere die Wind­ belastung der Drosselorgane, abzustellen. Darauf zielen die Maßnahmen des Anspruches 5 ab. Da man danach die Bewegungsebene der beweglichen Dros­ selorgane entsprechend der Geometrie des Kühlturmmantels anstellt, ergibt sich eine dem Kühlturmmantel angepaßte Form, in der durch den Anstellwinkel der Drosselorgane ein minimaler Aufwand für die Abdichtung der Drosseln, ihrer Antriebe und der Unterstützungskonstruktion gewährleistet wird.

Die Erfindung hat dann auch den zusätzlichen Vor­ teil, daß man hinsichtlich der konkreten Ausfüh­ rung der Drosseln eine große Gestaltungsfreiheit erhält. Neben Klappen und Verschiebungssystemen kommen dafür insbesondere Rolltore in Betracht, wie sie Gegenstand des Anspruches 6 sind. Mit solchen Rolltoren lassen sich große Drosselquer­ schnitte platzsparend beherrschen.

Mit den Merkmalen des Anspruches 7 benutzt man die bei vielen Naturzugkühltürmen bereits vorhan­ denen Baugruppen zur Verwirklichung der für die Erfindung erforderlichen Drosseln. Dadurch wird der bauliche Aufwand für die Erfindung weiter ge­ senkt und auch die Nachrüstung vorhandener Natur­ zugkühltürme erleichtert.

Das Regelungsprinzip bei Einsatz der Erfindung zur Steuerung der Kühlleistung im Kühlturm mit dem Ziel ihrer Anpassung an die jeweils herrschenden atmosphärischen Bedingungen und Wasser­ temperaturen läßt sich mit den Merkmalen des An­ spruches 8 optimieren. Die Ansteuerung der Dros­ selorgane beginnt danach zweckmäßig an der Luft­ seite der Hauptwindrichtung, wodurch der Zuluft Umwege aufgezwungen werden, die deren Drosselung zur Folge hat. Je nach den Anforderungen, die an die Verminderung oder Vermehrung der Zuluftmenge gestellt werden, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Drosselung nach beiden Seiten fortgesetzt und endet schließlich an der Leeseite des Kühlturmes.

Es ist zwar bekannt gewesen, bei zwangsbelüfteten Kühltürmen, vornehmlich Hybridkühltürmen, die Luftzuführung durch Jalousien oder Rolltore zu beeinflussen. Diese Maßnahmen bewirken jedoch, wenn sie wirken sollen eine Verschlechterung der Betriebsbedingungen der für die Zwangsbelüftung erforderlichen Lüfter und damit der Wirkungs­ grade. Sie haben nicht zuletzt deshalb keinen Einfluß auf die Konstruktion und den Betrieb von Naturzugkühltürmen gehabt, da man nicht erkannt hat, daß man erfindungsgemäß nicht mehr auf Erfahrungswerte angewiesen ist, was Voraussetzung für hinreichende Regelkreise ist.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles nä­ her beschrieben, aus dem sich die Einzelheiten, weitere Merkmale und andere Vorteile der Erfin­ dung ergeben. In Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine vergrößerte Teildarstellung des Gegenstandes der Fig. 3,

Fig. 2 einen horizontalen Teilschnitt durch die Zuluftöffnung eines Naturzugkühl­ turmes und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1 und 2.

Gemäß der Darstellung der Fig. 3 ist ein Natur­ zugkühlturm allgemein mit 1 bezeichnet. Er besitzt eine kreisförmige Grundfläche 2 und hat einen Stahlbetonmantel 3. Der leichte Querschnitt des Mantels ist mit Windwänden 4-7 unterteilt. Der Kühlturmmantel verjüngt sich nach oben und endet an einer Schlotöffnung 8, die symmetrisch zur kreisförmigen Grundfläche des Kühlturmes angeordnet, jedoch mit einem geringen Querschnitt versehen ist, wodurch im Kühlturm ein sich zunächst verjüngender und dann erweiternder Schlot entsteht, in dem Naturzug herrscht. Das zu kühlende Wasser wird im Kühlturm über eine externe Leitung 9 zugeführt, während das gekühlte Wasser durch eine externe Leitung bei 10 abge­ führt wird.

Die geschlossene Kühlturmschale des Mantels 3 en­ det oberhalb einer Unterkonstruktion 11, so daß die Schalenunterkante 12 mit dem Rand 14 der Un­ terkonstruktion 11 eine umlaufende Zuluftöffnung 15 des Kühlturmes definiert, welche nur durch nicht dargestellte Stützen eingeschränkt ist, mit denen sich der Kühlturmmantel auf der Unterkon­ struktion 11 abstützt.

Die dementsprechend ringförmige Zuluftöffnung 15 ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Segmente 16 unterteilt, die beispielsweise über jeweils 8 Grad der 360 Grad-Öffnung 15 rei­ chen. Die Unterteilung erfolgt durch eine Unter­ konstruktion, welche von C-förmigen Stützen 17 gebildet wird. Die Einzelheiten ergeben sich aus der Darstellung der Fig. 2.

Danach ist jede Stütze 17 grundsätzlich C-förmig ausgebildet. Sie hat eine Fußkonsole 18, welche an einem den unteren Schenkel der C-Form bilden­ den Träger 19 nach unten vorstehende Bleche 20, 21 trägt, mit denen sie die Aufkantung 22 der Betonunterkonstruktion des Kühlturmmantels umfaß. Dabei ist das Blech 21 mit einem Knotenblech 23 verstärkt, welches die Kräfte der angestellten geraden Stütze 24 abträgt. Der Anstellwinkel zur Senkrechten beträgt im Ausführungsbeispiel ca. 12,5°. Er paßt sich damit der Neigung des unte­ ren Bereiches des Kühlturmmantels an. Diese ange­ stellte Stütze 24 ist winkelsteif mit einer den oberen Schenkel der C-Form bildenden Träger 25 verbunden. Der Träger 25 bildet zusammen mit den ihn benachbarten Trägern der folgenden Stützen 17 die Unterkonstruktion einer Bühne 26, die bis zur Außenseite 27 des Kühlturmmantels reicht. Der Anschluß des Trägers 25 an den Kühlturmmantel er­ folgt über die Konsole 27 eines Horizontalgelen­ kes, so daß die Kräfte der C-förmigen Unterkon­ struktion momentenfrei übertragen werden.

Der Träger 24 der Stütze 17 dient zum Aufbau von Seitenführungen 29, welche auf allen Stützen 17 angeordnet sind. Diese Seitenführungen gehören zu Rolltoren 30, welche bei 31 durch Motoren 33 auf- und abgewickelt werden könne. Die Rolltorwickel 31 befinden sich in Kästen 34, die in Richtung auf die Öffnung 15 durch untere Bühnenabschalun­ gen, z. B. Bretter 35 abgedichtet sind.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion gewähr­ leistet, daß die Rolltore 30, die zwischen be­ nachbarten Stützen 17 angeordnet und geführt sind das von ihnen zugeordnete Segment 16 der Kühlturmöffnung 15 öffnen oder schließen können, so daß die einströmende Zuluft freigegeben, gedrosselt oder abgesperrt wird. Da die Motoren 26 beispielsweise über selbsthemmende Getriebe mit den Wickelwellen 32 verbunden sind und im Rahmen eines Regelkreises ansteuerbar sind, kön­ nen die Rolltore 30 nicht nur in beliebigen Zwi­ schenstellungen, wie etwa durch die strichpunk­ tierte Linie bei 36 in Fig. 2 angedeutet die ihnen zugeordneten Öffnungsquerschnitte teilweise verschließen, d. h. zwischen der Offen- und der Geschlossenstellung in Zwischenstellungen ver­ bracht werden, sondern lassen sich auch unabhän­ gig voneinander betätigen.

Im Ausführungsbeispiel ist eine stufenlose Ver­ stellung der Öffnungsquerschnitte 16 vorgesehen, da in diesem Fall die Rolltore 30 Stellglieder einer kontinuierlichen Regelung der Kühlwirkung bilden, deren Regelgröße die Temperatur des war­ men und/oder des gekühlten Wassers ist. In der Geschlossenstellung verschließen die Rolltore 30 die Zuluftöffnung 16 vollständig, da eine Abdich­ tung der Bühnen 26 mit Hilfe des Bühnenbelages und der die Rollkästen 34 verschließenden unteren Bühnenbretter 35 gewährleistet ist.

Dadurch, daß die Rolltore als bewegliche Drossel­ organe eben und ihre Führungen ortsfest angeord­ net sind, ergibt ihre Anordnung ein Polygonzug, der mit 37 in Fig. 1 bezeichnet ist, der im vor­ gegebenen Abstand von den nicht dargestellten Kühlturmmantelstützen und deshalb außerhalb des Naßbereiches verläuft, so daß die Rolltore und ihre Mechanik durch die Feuchtigkeit im Inneren des Kühlturmes nicht beeinträchtigt werden können und sich leicht warten lassen.

Die Regelung mit den Rolltoren bzw. Drosselorga­ nen 30 kann so funktionieren, daß unter der Annahme der Hauptwindrichtung auf das Kühlturm­ segment 38 beim Drosseln die dort befindlichen Rolltore zunächst entrollt, d. h. je nach dem Wert der Regelgröße ganz oder teilweise geschlossen werden. Die weitere Betätigung der übrigen Roll­ tore kann zunächst nach beiden Seiten fortschrei­ tend die benachbarten Segmente 39 und 40 erfassen und im letzten an der Leeseite angeordneten Seg­ ment 41 enden.

Claims (8)

1. Kühlturm mit Naturzugbetrieb, bei dem die Kühl­ wirkung über den Luftdurchsatz gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulufteintritt (15) mit Drosseln (30) versehen ist, die außer­ halb des Naßbereiches im Trockenbereich angeord­ net und mehrfach automatisch derart verstellbar sind, daß ihre Öffnungsquerschnitte (15) bei der Steuerung der Kühlwirkung offen oder geschlossen sind oder einer Zwischengröße (36) entsprechen.

2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungsquerschnitte (16) der Drosseln (30) stufenlos verstellbar sind und als Stellglieder einer kontinuierlichen Regelung der Kühlwirkung dienen, deren Regelgröße die Temperatur des warmen und/oder des gekühlten Wassers ist.

3. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die beweglichen Dros­ selorgane (30) in ihrer Geschlossenstellung den Zulufteintritt (15) abdichten.

4. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Drosselorgane (30) eben und ihre ortsfesten Führungen (29) längs eines Polygonzuges (37) in einem vorgegebenen Abstand von den Kühlturmmantelstützen angeordnet sind.

5. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bewegungsebene der beweglichen Drosselorgane (30) entsprechend der Geometrie des Kühlturmmantels (3) angestellt ist.

6. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die beweglichen Dros­ selorgane als Rolltore (30) mit Seitenführung (29) ausgebildet sind.

7. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Unterkonstruktion (19, 24, 25) der Seitenführungen (29) zur Abstüt­ zung einer Bühne (26) dienen, auf der die Wickel (31) der Rolltore (30) angeordnet sind.

8. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Drosselorgane (30) an der Luftseite (38) in der Hauptwindrichtung beginnt und nach einer oder beiden Seiten (39, 40) fortschreitet.