EP1886084B1 - Kondensationsanlage - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kondensationsanlage mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Insbesondere bei größeren Kraftwerkseinheiten und bei Gebäuden im unmittelbaren Nahbereich luftgekühlter Kondensationsanlagen muss bei ungünstigen Windverhältnissen zum Teil mit deutlicher Warmluftrezirkulation gerechnet werden. Die Warmluftrezirkulation findet in begrenzten Bereichen, insbesondere in den Eckbereichen einer Kondensationsanlage statt. Die naheliegendste Lösung wäre es, die Höhe der die Wärmetauscherelemente umgebenden Windschutzwände zu erhöhen. Grundsätzlich wäre dies nur in den kritischen Bereichen erforderlich. Kostengründe, die Statik der Kondensationsanlage sowie Umweltauflagen und wechselnde Intensitäten der Warmluftrezirkulation sprechen jedoch gegen diese Vorgehensweise und verlangen nach einer kostengünstigeren und effektiven Maßnahme, um auch temporär, das heißt nur bei konkretem Vorliegen des tatsächlichen Problems die Warmluftrezirkulation zu verringern.
• In der DE 34 21 200 A1 wird zur Reduzierung der Warmluftrezirkulation eine zwangsbelüftete Kondensationsanlage mit einer aerodynamischen Wand vorgeschlagen. Die Strömungsgeschwindigkeit der aerodynamischen Wand soll höher sein als die Austrittsgeschwindigkeit der Kühlluft aus den Wärmetauscherelementen. Hierbei wird auf die leicht bauenden Windschutzwände verzichtet und stattdessen eine relativ großvolumige Düsenanordnung vorgeschlagen, wobei die Düsen oberhalb oder seitlich der Wärmetauscherelemente angeordnet sein können. Es sind auch besonders ausgestaltete Schlitzdüsen denkbar, welche an dem Rand der Kondensationsanlage angeordnet werden und die mit kalter oder auch mit warmer Luft beschickt werden können.
• Da das Problem der Warmluftrezirkulation stark von der vorherrschenden Windrichtung und den lokalen Windgeschwindigkeiten abhängig ist, stellt eine ausschließlich als aerodynamische Wand ausgebildete Barriere einen hohen apparativen Aufwand dar, der keineswegs an allen Randbereichen einer Kondensationsanlage zwingend erforderlich ist. Auch wenn es grundsätzlich möglich ist, einen Teil des Randbereichs der Kondensationsanlage mit einer aerodynamischen Wand zu versehen, ist es aufgrund der Änderung der Windverhältnisse schwierig vorherzusehen, ob nicht temporär auch andere Abschnitte des Randbereichs von erhöhter Warmluftrezirkulation betroffen sind. Ein schnelles Umrüsten ist in einem solchen Fall nicht möglich. Vorsorglich müsste man den gesamten Randbereich mit einer aerodynamischen Wand ausrüsten, was allerdings aus Kostengründen nicht sinnvoll ist.
• Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kondensationsanlage mit einer aerodynamischen Wand bereitzustellen, die ohne große bauliche Veränderungen im Bedarfsfall zumindest bereichsweise zuschaltbar ist.
• Diese Aufgabe ist bei einer Kondensationsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die erfindungsgemäße Kondensationsanlage weist an ihrem Rand eine aus Plattenelementen aufgebaute Windschutzwand auf, wobei die Plattenelemente eine Vielzahl von sich in Hochrichtung erstreckenden Hohlkammern aufweisen. Die Hohlkammern dieser Windschutzwand werden dafür genutzt, einen Luftstrom zur Schaffung einer aerodynamischen Wand oberhalb der Windschutzwand auszubilden. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Kondensationsanlage ist, dass keine zusätzlichen Schlitzdüsen oder aufwendige Düsenschächte installiert werden müssen, da die ohnehin vorhandene Windschutzwand zur Ausbildung einer aerodynamischen Wand genutzt wird.
• Der eingeleitete Luftstrom ist insbesondere ein Kaltluftstrom, der sich mit der erwärmten Kühlluft vermengt und allein aufgrund der Vermengung die negativen Auswirkungen der verbleibenden Warmluftzirkulation mindert. Numerische Überprüfungen ergaben bei geeigneten Geschwindigkeiten des Luftstroms eine deutliche Reduzierung der lokalen Warmluftrezirkulationsrate um einige Prozentpunkte. Dies führt zu einer Verbesserung der Kondensationsleistung und damit zu einer Steigerung des Kraftwerkwirkungsgrads. Die Förderung des beschleunigten Luftstroms kann mit einem separaten, z.B. mit einem mobilen Gebläse erfolgen oder auch durch Abzweigen eines Teilstroms von den Kühlluft fördernden Ventilatoren, welche den randseitigen Wärmetauscherelementen zugeordnet sind. Aufgrund des relativ geringen Querschnitts der Hohlkammern würde zwar ein Druckverlust entstehen, allerdings ist die Förderleistung der Ventilatoren sehr hoch, so dass der Volumenstrom im Bereich der aerodynamischen Windwand relativ hoch ist und die Druckverluste kompensiert. Durch Nutzung der vorhandenen Windschutzwände lässt sich temporär und auch dauerhaft eine flexible und gleichzeitig effektive Lösung zur Reduzierung der Warmluftrezirkulation mit relativ geringem technischem Aufwand und auch mit geringen Kosten erreichen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

in der Seitenansicht eine Kondensationsanlage mit mehreren in Reihe angeordneten dachförmigen Wärmetauscherelementen, die zwischen randseitigen Windschutzwänden positioniert sind;

Figur 2

eine Kondensationsanlage in der Draufsicht;

Figur 3

ein randseitiges Wärmetauscherelement benachbart einer Windschutzwand in der Seitenansicht;

Figur 4

eine weitere Ausführungsform gemäß der Darstellung der Figur 3 und

Figur 5

einen Querschnitt durch eine Windschutzwand, wie sie in den Figuren 3 und 4 zum Einsatz kommt.

• Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Kondensationsanlage 1 mit mehreren in Reihe angeordneten Wärmetauscherelementen 2, denen über Ventilatoren 3 Kühlluft K zugeführt wird. Dadurch kondensiert der über eine Dampfverteilleitung 4 zugeführte Wasserdampf innerhalb der Wärmetauscherelemente 2. Die Wärmetauscherelemente 2 sind insgesamt von einer am Rand 5 der Kondensationsanlage 1 angeordneten Windschutzwand 6 umgeben, die eine sofortige und ungehinderte Warmluftrezirkulation verhindert. Der Grad der Warmluftrezirkulation ist stark abhängig von der lokal vorherrschenden Windrichtung. Insbesondere im Eckbereich einer Kondensationsanlage kann es zu starker Warmluftrezirkulation kommen, welche die Kondensationsleistung und damit den Kraftwerkwirkungsgrad negativ beeinflusst. Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass oberhalb der Windschutzwand 6 eine aerodynamische Wand 7 ausgebildet wird, die eine zusätzliche Barriere zwischen der aus den Wärmetauscherelementen 2 abströmenden Warmluft W und der von unten angesaugten Kühlluft K darstellt. In Figur 1 ist beispielhaft eingezeichnet, dass lediglich im Bereich der in der Bildebene linken Windschutzwand 6 eine solche aerodynamische Wand 7 ausgebildet ist. Entsprechende Randabschnitte 8 einer aerodynamischen Wand 7 sind ebenso beispielhaft in der Draufsicht der Figur 2 eingezeichnet. Eine solche aerodynamische Wand ist in der Regel nur lokal erforderlich, insbesondere wenn ganz bestimmte Windverhältnisse vorherrschen. Entscheidend ist, dass die aerodynamische Wand 7 an jedem beliebigen Randabschnitt 8 ausgebildet werden kann, ohne dass wesentliche bauliche Veränderungen an der Kondensationsanlage erforderlich sind.
• Der zur Ausbildung einer aerodynamischen Wand 7 erforderliche Luftstrom L wird durch Hohlkammern 9 der Windschutzwand 6 geführt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Hohlkammern 9 trapezförmig konfiguriert (Figur 5). Windschutzwände 6 können insbesondere aus selbsttragenden Plattenelementen errichtet werden, die z.B. eine Trapez- oder Wellenform haben. Figur 5 zeigt ein Beispiel, bei welchem ein mittleres Plattenelement 10 mit trapezförmigen Hohlkammern 9 beidseitig von ebenen Plattenelementen 11, 12 verschlossen ist, so dass sich die erforderlichen Hohlkammern 9 bilden.
• Die Figuren 3 und 4 zeigen, wie der Luftstrom L in die Hohlkammern 9 eingeleitet wird. Figur 3 zeigt, dass im unteren Randbereich der Windschutzwand 6 eine Stellklappe 13 angeordnet ist, die einen Teilluftstrom L1 von dem Kühlluftstrom K abzweigt. Die Stellklappen 13 können nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden. Zusätzlich zu den Stellklappen 13 oder auch optional kann der Luftstrom L zumindest anteilig von Zusatzlüftern 14 erzeugt werden. Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 zeigt, dass sich der Luftstrom L aus den Teilströmen L1 und L2 zusammensetzt, die durch den Zusatzlüfter 14 bzw. den Lüfter 3 aufgebracht werden.
Bezugszeichen:

1 -

Kondensationsanlage

2 -

Wärmetauscherelement

3 -

Ventilator

4 -

Dampfverteilleitung

5 -

Rand v. 1

6 -

Windschutzwand

7 -

aerodynamische Wand

8 -

Randabschnitt v. 5

9 -

Hohlkammer

10 -

mittleres Plattenelement

11 -

Deckplatte

12 -

Deckplatte

13 -

Stellklappe

14 -

Zusatzlüfter

K -

Kühlluft

L -

Luftstrom

L1 -

Teilstrom

L2 -

Teilstrom

W -

Warmluft

Claims (6)

1. Kondensationsanlage mit einer Mehrzahl von insbesondere dachförmig angeordneten Wärmetauscherelementen (2), denen über Ventilatoren (3) Kühlluft (K) zugeführt wird, wobei an einem Rand (5) der Kondensationsanlage (1) eine aerodynamische Wand (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rand (5) eine aus Plattenelementen (10) aufgebaute Windschutzwand (6) angeordnet ist, wobei die Plattenelemente (10) eine Vielzahl von sich in Hochrichtung erstreckenden Hohlkammern (9) aufweisen, wobei in die derart ausgebildete Windschutzwand (6) zumindest bereichsweise ein Luftstrom (L) zur Ausbildung einer aerodynamischen Wand (7) oberhalb der Windschutzwand (6) einleitbar ist.
2. Kondensationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenelemente (10) trapez- oder wellenförmig konfiguriert sind und einseitig oder beidseitig zur Ausbildung von Hohlkammern (9) mit Deckplatten (11, 12) verschlossen sind.
3. Kondensationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftrom (L) für die aerodynamische Wand (7) zumindest anteilig ein Teilluftstrom (L1) der randseitigen Ventilatoren (3) ist.
4. Kondensationsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (L) ein Teilluftstrom (L1) der noch nicht erwärmten Kühlluft (K) ist.
5. Kondensationsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilluftstrom (L1) über im Kühlluftstrom (K) angeordnete Stellklappen (13) einstellbar ist.
6. Kondensationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (L) zumindest anteilig von Zusatzlüftern (14) erzeugt wird.

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