EP1496326B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Strömungsführung in luftgekühlten Kondensatoranlagen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Strömungsführung in luftgekühlten Kondensatoranlagen Download PDF

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EP1496326B1
EP1496326B1 EP03015751A EP03015751A EP1496326B1 EP 1496326 B1 EP1496326 B1 EP 1496326B1 EP 03015751 A EP03015751 A EP 03015751A EP 03015751 A EP03015751 A EP 03015751A EP 1496326 B1 EP1496326 B1 EP 1496326B1
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EP
European Patent Office
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wind guide
guide walls
several
modules
flow characteristics
Prior art date
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EP03015751A
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English (en)
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Hans-Georg Schrey
Johannes Dr. Gütner
Wolfgang Holten
Miroslav Dr. Podhorsky
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SPX COOLING TECHNOLOGIES GmbH
Original Assignee
Balcke Duerr GmbH
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Publication date
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Priority to DE50309205T priority patent/DE50309205D1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices

Definitions

  • the present invention relates to a method and a belonging to a condenser device for flow guidance of air in the intake formed from the space below standing on supporting structures air-cooled condenser systems consisting of substantially vertically flowed and arranged substantially on one level condensation modules with cooling elements preferably in roof design Cooling of process and turbine exhaust.
  • the cooling elements can also be arranged flat.
  • Air-cooled condenser systems for cooling turbine or process vapors usually consist of similar modules which are arranged in several rows parallel next to each other and behind each other substantially in a plane in the form of a chess board. These systems are usually elevated on a support structure forming a suction area in the space below it. Each module is provided with a fan which draws in the cooling air flowing under the support structure and conveys it substantially vertically through the cooling elements. For undisturbed operation, all fans should deliver equal volumes of air to maintain the underlying condensation performance. For this purpose, the modules are on a support structure that, if possible, a uniform inflow of cooling air is possible from all sides.
  • the object of the invention is, while avoiding the disadvantages listed above, to eliminate or at least substantially minimize the negative effect of crosswind, so that in the case of an existing air flow which is exposed to a lateral wind action, the cooling generated by the existing air flow does not decrease so much let the cooling capacity fall below a critical value.
  • baffles are installed in the space forming a suction area below the condenser system standing on support structures.
  • baffles walls for flow guidance so-called wind deflectors, can be used.
  • Fig. 1 shows an air-cooled condenser system consisting of four rows of capacitors, each with six capacitor units, in which a preferred embodiment of the wind deflector is located.
  • the walls "A” and “B” are arranged hanging at the level of the fan inlet nozzles over the entire length or width of the rows of modules, wherein the air flow blocking depth of these wind deflectors of the number of underlying modules depends.
  • the obstruction increases to 11 (N - 2).
  • the walls "A" and “B” cause damming of the incoming air below the cooling air inlet of the fans and thus a better supply of air.
  • this even uses the kinetic energy contained in the wind.
  • experiments have shown that the optimized arrangement of the wind deflectors produces no additional pressure loss for the fans, but on the contrary ensures a tendency to better supply the modules. Since the wind deflectors block approximately only the cross-sectional portion of the cooling air flow corresponds to the proportion of attributable to the modules cooling air flow, the modules located behind the barrier walls are not or only slightly influenced.
  • further wind deflectors "C” are drawn in at a low height above the ground, which ensures better air admission of the modules located immediately behind the upper partitions "A" and "B".
  • the height of this set up near the bottom wind deflector “C” is preferably 1 / N, maximum 1 ⁇ 4 of the clear height of the support structure.
  • the preferred ground clearance is about 1 m, but can also be increased to about 2 m with a corresponding size of the plant for easier inspection of the system.
  • These bottom walls "C” provide an advantageous upward component to the cooling air flowing under the modules.
  • the use of such ground-level wind deflectors depends on the local conditions, in particular the main wind direction.
  • the wind deflectors "A”, “B” and “C” can be made in steel construction, but other materials such as canvas, plastics or wooden structures are suitable for use.
  • the walls can be static or movable z. B. be installed in the form of roller shutters or blinds.
  • the movable attachment of the wind deflectors allows adaptation to the particular wind situation, especially the wind direction and the wind speed.
  • the Adaptation of such movable walls can be done automatically or manually.
  • the wind deflectors according to the invention can be carried out in sound-insulating materials, whereby the noise emission of the air-cooled condenser system can be further reduced.
  • the wind deflectors according to the invention can be integrated not only in new constructions of air-cooled condenser systems but retrofitting of existing condenser systems is possible.

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Description

  • Die nachstehende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu einer Kondensatoranlage gehörende Vorrichtung zur Strömungsführung von Luft im Ansaugbereich gebildet aus dem Raum unterhalb von auf Stützkonstruktionen stehenden luftgekühlten Kondensatoranlagen bestehend aus im wesentlichen vertikal durchströmten und im wesentlichen auf einer Ebene angeordneten Kondensationsmodulen mit Kühlelementen bevorzugt in Dachbauform zur Kühlung von Prozess-und Turbinenabdampf. Die Kühlelemente können auch eben angeordnet sein.
  • Luftgekühlte Kondensatoranlagen zur Kühlung von Turbinen- oder Prozessabdämpfen bestehen in der Regel aus gleichartigen Modulen, die in mehreren Reihen parallel nebeneinander und hintereinander im wesentlichen in einer Ebene in Form eines Schachbretts angeordnet sind. Diese Anlagen stehen in der Regel erhöht auf einer im Raum unter ihr einen Ansaugbereich bildenden Stützkonstruktion. Jedes Modul ist mit einem Ventilator versehen, der die unter der Stützkonstruktion durchströmende Kühlluft ansaugt und im wesentlichen vertikal durch die Kühlelemente fördert. Für ungestörten Betrieb sollten alle Ventilatoren gleiche Luftmengen fördern um die zugrunde gelegte Kondensationsleistung einzuhalten. Dazu liegen die Module so auf einer Stützkonstruktion auf, daß nach Möglichkeit von allen Seiten eine gleichmäßige Zuströmung von Kühlluft möglich ist.
  • Bei Seitenwind strömt Luft die Kondensatoranlage bevorzugt aus einer Richtung an und stört das Strömungsfeld im Ansaugbereich unterhalb der Module infolge ist ein Absinken der Kühlluftmenge in Teilen der Anlage zu beobachten, was zu einer Reduzierung der Kondensationsleistung führt. Die Erfahrung zeigt, daß insbesondere die außenliegenden, windnahen Module besonders ungünstig betroffen sind, da hier die größten Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlluft auftreten. Als Folge dessen können die luftgekühlten Kondensatoren oftmals nicht mehr den erforderlichen Vakuumdruck am Austritt der Turbine gewährleisten, was zu Leistungsverlusten des Kraftwerkes führt. Unter ungünstigen Bedingungen steigt der Abdampfdruck derart an, daß zum Schutz der Turbine eine Notabschaltung eingeleitet werden muss. Weder einer Leistungsreduzierung noch einer Vollabschaltung des Kraftwerks ist für Betreiber akzeptabel.
  • Zur Vermeidung dieses Problems sind im Stand der Technik die Verwendung von Windleitwänden, Sperrwänden oder engmaschigen Zäunen am Umfang oder außerhalb der Kondensationsanlage bekannt. Sie haben den Sinn, den anströmenden Wind zu sperren und für ein ungestörtes Luftströmungsfeld unterhalb der Kondensationsmodule zu sorgen. Nachteilig an diesen Lösungen sind der hohe Kostenaufwand sowie die Erhöhung des Strömungswiderstandes für die Kühlluft, die nur durch erhöhten Energieverbrauch der Kühlventilatoren kompensiert werden kann. Ferner lassen in vielen Fällen örtliche Besonderheiten keine Umbauten um die Kondensationsanlage zu.
  • Verfahren und/oder Vorrichtungen bzw. Anlagen ähnlicher Art sind bspw. in den Patentschriften DE 28 45 424 A , FR 2 360 059 A und US 6,320,271 B1 beschrieben.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Vermeidung der oben aufgeführten Nachteile den negativen Effekt von Seitenwind zu eliminieren oder zumindest weitgehend zu minimieren um damit bei einem bestehenden Luftstrom der einer seitlichen Windeinwirkung ausgesetzt ist, die durch den bestehenden Luftstrom erzeugt Kühlung nicht so weit absinken zu lassen, dass die Kühlleistung unter einen kritischen Wert fällt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 sowie durch eine Anlage gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Wesentlich ist, dass in dem einen Ansaugbereich bildenden Raum unterhalb der auf Stützkonstruktionen stehenden Kondensatoranlage Schikanen eingebaut werden. Als Schikanen können Wände zur Strömungsführung, sogenannte Windleitwände, eingesetzt werden.
  • Fig. 1 zeigt eine luftgekühlte Kondensatoranlage bestehend aus vier Kondensatorreihen mit jeweils sechs Kondensatoreinheiten, in die eine bevorzugte Ausführung der Windleitwände eingezeichnet ist. Die Wände "A" und "B" sind dabei in Höhe der Ventilator-Einlaufdüsen über der gesamten Länge oder Breite der Modulreihen hängend angeordnet, wobei die den Luftstrom sperrende Tiefe dieser Windleitwände von der Anzahl der dahinter liegenden Module abhängt. Im Verhältnis zur lichten Höhe unterhalb der Stahlbaukonstruktion sperrt die Windleitwand im Fall "A" zwischen 1/(N - 1) und 1/N, mit "N" = Zahl der in Windrichtung hintereinander liegenden Module, der Höhe ab. Bei sechs oder mehr Modulen, wie im Fall der Windleitwand "B", erhöht sich die Versperrung auf 11 (N - 2).
  • Bezüglich der äußeren Ventilatoren bewirken die Wände "A" und "B" ein Aufstauen der zuströmenden Luft unterhalb des Kühllufteinlasses der Ventilatoren und damit eine bessere Versorgung mit Luft. In vorteilhafter Weise wird hierdurch sogar die in dem Wind enthaltene Bewegungsenergie genutzt. Überraschenderweise zeigten Versuche, daß die optimierte Anordnung der Windleitwände keinen zusätzlichen Druckverlust für die Ventilatoren erzeugt, sondern im Gegenteil eine tendenziell bessere Versorgung der Module sicherstellt. Da die Windleitwände annähernd nur den Querschnittsanteil des Kühlluftstromes versperren der dem Anteil des auf die Module entfallenden Kühlluftstromes entspricht, werden die hinter den Sperrwänden liegenden Module nicht oder nur gering beeinflußt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in geringer Höhe über dem Boden weitere Windleitwände "C" eingezogen die eine bessere Luftbeaufschlagung der unmittelbar hinter den oberen Trennwänden "A" und "B" liegenden Module gewährleistet. Die Höhe dieser in Bodennähe aufgestellten Windleitwände "C" beträgt vorzugsweise 1/N, maximal ¼ der lichten Höhe der Stützkonstruktion. Der bevorzugte Bodenabstand beträgt etwa 1 m, kann aber auch bei entsprechender Anlagegröße zur einfacheren Begehung der Anlage auf etwa 2 m erhöht werden. Diese Bodenwände "C" verleihen der unter den Modulen strömenden Kühlluft eine vorteilhafte Aufwärtskomponente. Die Verwendung solcher bodennahen Windleitwände hängt von den örtlichen Gegebenheiten, insbesondere der Hauptwindrichtung ab.
  • Die Windleitwände "A", "B" und "C" können in Stahlbau ausgeführt werden, aber auch andere Materialien wie Segeltuch, Kunststoffe oder Holzkonstruktionen sind zur Verwendung geeignet. Die Wände können statisch oder auch beweglich z. B. in Form von Rolltoren oder Jalousien angebracht werden. Die bewegliche Anbringung der Windleitwände ermöglicht eine Anpassung an die jeweilige Windsituation, besonders die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit. Die Anpassung solcher beweglichen Wände kann automatisch oder manuell geschehen. Vorteilhafterweise können die erfindungsgemäßen Windleitwände in schalldämmenden Materialien ausgeführt werden, wodurch sich die Lärmemission der luftgekühlten Kondensatoranlage weiter verringern läßt.
  • Vorteilhafterweise lassen sich die erfindungsgemäßen Windleitwände nicht nur in Neukonstruktionen von luftgekühlten Kondensatoranlagen integrieren sondern eine Nachrüstung von bereits bestehenden Kondensatoranlagen ist möglich.
    • Bezugszeichenliste
    • A
    hängende Windleitwand
    B
    hängende Windleitwand
    C
    bodennahe Windleitwand
    W
    Windrichtung

Claims (24)

  1. Verfahren zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens von Luft im Ansaugbereich, gebildet aus dem Raum unterhalb von auf Stützkonstruktionen stehenden luftgekühlten Kondensatoranlagen bestehend aus im wesentlichen vertikal durchströmten und in mehreren Reihen parallel nebeneinander und hintereinander und im wesentlichen auf einer Ebene angeordneten Kondensationsmodulen mit Kühlelementen, bevorzugt in Dachbauform, zur Kühlung von Prozess- und Turbinenabdampf, wobei jedes Kondensationsmodul mit einem Ventilator versehen ist, der die unter der Stützkonstruktion durchströmende Kühlluft ansaugt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsbeeinflussung mindestens eine Schikane innerhalb des Ansaugraums eingesetzt wird, wobei die Schikane aus mindestens einer Windleitwand gebildet ist, und
    dass die zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens eingesetzten Windleitwände innerhalb des Ansaugbereichs in Höhe der Ventilator-Einlaufdüsen über einen Teil oder die gesamte Länge und/oder Breite der aus den einzelnen Kondensationsmodulen gebildeten Reihen hängend angeordnet sind.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten von Luft im Ansaugbereich beeinflussenden Windleitwände eine vertikale Ausdehnung im Verhältnis zur lichten Höhe des Ansaugbereichs unterhalb der Kondensationsmodule von 1/(N - 1) bis 1/N, mit N = Anzahl der in Strömungsrichtung hintereinander liegenden Module, aufweisen, wobei sich dieses Verhältnis bei sechs oder mehr Kondensationsmodulen zu 1/(N - 2) verändert.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten von Luft im Ansaugbereich beeinflussenden Windleitwände in Bodennähe bis zu 2 m über den Boden im Ansaugbereich angebracht werden.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die in Bodennähe bis zu 2 m über dem Boden im Ansaugbereich angebrachten Windleitwände eine vertikale Ausdehnung von maximal 1/4 der lichten Höhe des Ansaugbereichs unterhalb der Kondensationsmodule aufweisen.
  5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 3 und 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten von luftbeeinflussenden Windleitwände über einen Teil oder die gesamte Länge und/oder Breite des Ansaugbereichs unterhalb der Kondensationsmodule angeordnet sind.
  6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten beeinflussenden Windleitwände in Stahlbau ausgeführt werden.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurchgekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten beeinflussenden Windleitwände aus geeigneten Materialien wie Segeltuch, Kunststoff- oder Holzkonstruktionen ausgeführt werden.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten beeinflussenden Windleitwände statisch angebracht werden.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten beeinflussenden Windleitwände beweglich angebracht werden.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten beeinflussenden beweglichen Windleitwände in Form von Rolltoren oder Jalousien angebracht werden.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 und 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten beeinflussenden beweglichen Windleitwände automatisch oder manuell bedient werden können.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die das Strömungsverhalten beeinflussenden Windleitwände in schalldämmenden Materialien ausgeführt werden.
  13. Luftgekühlte Kondensatoranlage bestehend aus im Wesentlichen vertikal durchströmten und in mehreren Reihen parallel nebeneinander und hintereinander und im Wesentlichen auf einer Ebene angeordneten Kondensationsmodulen zur Kühlung von Prozess- und Turbinenabdampf, wobei jedes Kondensationsmodul mit einem Ventilator versehen ist, der die unter der Stützkonstruktion durchströmende Kühlluft ansaugt, und
    einer Vorrichtung zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens von Luft im Ansaugbereich, der aus dem Raum unterhalb der auf Stützkonstruktionen stehenden Kondensatoranlage gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
    dass diese Vorrichtung aus einer Schikane innerhalb des Ansaugraums gebildet wird, mit mindestens einer Windleitwand je Schikane, und
    dass diese in Höhe der Ventilator-Einlaufdüsen über einen Teil oder die gesamte Länge und/oder Breite der aus einzelnen Kondensationsmodulen gebildeten Reihen hängend angeordnet sind.
  14. Kondensatoranlage gemäß Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände eine vertikale Ausdehnung im Verhältnis zur lichten Höhe des Ansaugbereichs unterhalb der Kondensationsmodule von 1/(N - 1) bis 1/N, mit N = Zahl der in Strömungsrichtung hintereinander liegenden Module, aufweisen, wobei sich dieses Verhältnis bei sechs oder mehr Kondensationsmodulen zu 1/(N - 2) verändert.
  15. Kondensatoranlage gemäß Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände im Ansaugbereich in Bodennähe bis zu 2 m über dem Boden angebracht werden.
  16. Kondensatoranlage gemäß Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände eine vertikale Ausdehnung von vorzugsweise 1/N, maximal 1/4 der lichten Höhe des Ansaugbereichs unterhalb der Kondensationsmodule aufweisen.
  17. Kondensatoranlage gemäß Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände im Ansaugbereich über einen Teil oder die gesamte Länge und/oder Breite der aus den einzelnen Kondensatormodulen gebildeten Reihen angeordnet sind.
  18. Kondensatoranlage gemäß einem oder mehren der Ansprüche 13 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände in Stahlbau ausgeführt werden.
  19. Kondensatoranlage gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände aus geeigneten Materialien wie Segeltuch, Kunststoff- oder Holzkonstruktionen ausgeführt werden.
  20. Kondensatoranlage gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände statisch angebracht werden.
  21. Kondensatoranlage gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände beweglich angebracht werden.
  22. Kondensatoranlage gemäß Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beweglichen Windleitwände in Form von Rolltoren oder Jalousien angebracht werden.
  23. Kondensatoranlage gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 21 und 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beweglichen Windleitwände automatisch oder manuell bedient werden können.
  24. Kondensatoranlage gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Windleitwände in schalldämmendem Material ausgeführt werden.
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