WO2006125419A1 - Kondensationsanlage - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a condensation plant according to the features in the preamble of patent claim 1.
  • Condensing systems are used to cool turbines or process vapors and have been used in energy engineering in very large dimensions for many years.
  • the efficiency of a power plant depends not insignificantly on the condensation capacity of the condensation plant.
  • the local climatic conditions and the associated wind speeds and wind directions have a significant influence on the condensation performance.
  • Today's condenser designs have windbreak walls surrounding the heat exchanger elements in their entirety to prevent immediate recirculation of the heated cooling air.
  • the windbreak walls are usually arranged vertically or partially inclined even outwards, as required by the building codes.
  • Wind crosses divide the intake space below the fans into individual areas. It should be noted that the fans are partially mounted at a height of up to 50 m. The wind crosses are usually built up to a height of about 30% of this space, so that laterally oncoming wind can not flow unhindered under the fans, but deflected upon impact on the wind cross up and fed to the fans. Although the wind crosses cause an improvement in the efficiency or a reduction in the pressure loss of the peripheral fans, the flow of the peripheral fans is often unsatisfactory.
  • the invention has for its object to reduce the adverse effects of laterally oncoming winds on a mounted on a support structure condensation plant.
  • the object is essentially achieved in that the windbreak wall is arranged inclined in the wind direction or that its lower edge is exposed to the outside than its upper edge.
  • Model calculations confirmed a reduction of wind induced additional pressure losses in one Magnitude of at least 10% regardless of whether an additional wind cross is located below the fans.
  • the advantages come in particular on the edge of the condensation plant arranged fans to bear, the Druckveriust could be reduced here by about 20%.
  • the windbreak can be designed inclined overall or even in a portion of its height.
  • An inclination angle of 5 ° to 35 °, in particular 15 ° to 30 °, relative to a vertical is considered appropriate.
  • the angle of inclination must not be so great that there is a significant cross-sectional constriction, which hinders the unhindered upward flow of the heated cooling air, as this would have a negative impact on the efficiency.
  • a windbreak with a height of about 10 m could be displaced at its upper edge by 1 m to 3 m in the direction of the heat exchanger element.
  • the cross section is reduced only to a small extent.
  • the lower edge of the windbreak can be shifted to the outside.
  • the inclination can be increased without the outflow cross section being reduced.
  • the windbreak wall can be made concave in the direction of the heat exchanger elements curved. This also deflects a larger portion of the laterally flowing wind upward, so that the pressure drop below the peripheral fans is lower. As the volumetric flow of the deflected upward wind increases, an additional barrier of cold air is created, which also counteracts a warm air recirculation in an advantageous manner. Also on the leeward side of the condensation plant, the inclination of the windbreak has advantages in terms of warm air circulation, since the hot air edge not perpendicular, but according to the inclination of the windbreak wall on flows inside. As a result, the flow path of the recirculating hot air is longer.
  • the windbreak wall has a horizontally extending profiling, at least in a height region adjacent to the lower edge.
  • windbreak walls are constructed of trapezoidal profiles, in which the profiling in the vertical direction, that is from bottom to top. Although this orientation of the profiling has a positive effect on the flow behavior, in the form that the wind is deflected downwards and upwards. However, just the derivative down is undesirable. Therefore, at least the lower edge of the adjacent height range can have a horizontally extending profiling, which serves as a fluidic barrier.
  • the upper height range of the windbreak may have a vertical profiling, so as not to hinder the upward flow of wind.
  • Figure 2 shows a first embodiment of a condensation plant with inclined windscreen
  • Figure 3 shows another embodiment of a condensation plant with a concave windshield.
  • FIG. 1 shows the model calculation of a condensation plant 1, which belongs to the state of the art.
  • the condensation plant is flowed laterally through the wind W in the model calculation.
  • the heat exchanger elements are not shown in detail. Only the heat distribution elements associated steam distribution lines 2 can be seen in cross section. Below the Steam distribution lines 2, the heat exchanger elements are arranged roof-shaped. Only schematically indicated fans 3 suck from below cooling air, wherein the heated cooling air flows past the steam distribution lines 2 upwards. It can be clearly seen that not all fans 3 are flown evenly. In particular, the edge-side fan 4 promotes noticeably less air than, for example, the fans 3 arranged in the middle region.
  • Figure 2 shows a highly simplified representation of the edge region of a condensation plant 8, in which a plurality of rows of roof-shaped heat exchanger elements are arranged on a support structure 9, of which for simplicity, only peripheral heat exchanger elements 10 of the outer row are shown.
  • a fan 11 Below the heat exchanger elements 10 is a fan 11, the cooling air K sucks from below and according to the arrows to the heat exchanger elements 10 supplies, where the cooling air K heated and flows in the direction of the arrow WL upwards.
  • the windbreak wall 18 of Figure 3 is configured according to Figure 2 so that its lower edge 19 is exposed to the outside than their upper edge 20, only with the difference that the windbreak 18 from the lower edge 19 to the upper edge 20 is not straight, but curved ,

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Abstract

Kondensationsanlage mit auf einer Stützkonstruktion (9) angebrachten, insbesondere dachförmig angeordneten Wärmetauscherelementen (10) denen über Ventilatoren (11 ) Kühlluft (K) zugeführt wird, wobei die Wärmetauscherelemente (10) von einer Windschutzwand (13) umgeben sind, wobei die Unterkante (14) der Windschutzwand (13) weiter nach außen ausgestellt ist als die Oberkante (15) der Windschutzwand (13).

Description

Kondensationsanlaqe
Die Erfindung betrifft eine Kondensationsanlage gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kondensationsanlagen werden zur Kühlung von Turbinen oder Prozessabdämpfen verwendet und sind im energietechnischen Bereich in sehr großen Dimensionen seit vielen Jahren im Einsatz. Der Wirkungsgrad eines Kraftwerks hängt nicht unerheblich von der Kondensationsleistung der Kondensationsanlage ab. Die lokalen klimatischen Verhältnisse und die hiermit zusammenhängenden Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen haben einen wesentlichen Einfluss auf die Kondensationsleistung. Heutige Bauformen von Kondensationsanlagen weisen Windschutzwände auf, welche die Wärmetauscherelemente in ihrer Gesamtheit umgeben, um eine unmittelbare Rezirkulation der erwärmten Kühlluft zu verhindern. Die Windschutzwände sind in der Regel vertikal oder teilweise sogar schräg nach außen geneigt angeordnet, je nachdem wie es die baulichen Vorschriften vorschreiben.
Es wurde festgestellt, dass seitlich anströmende Winde, die unter die Ventilatoren gedrückt werden, bei höheren Windgeschwindigkeiten zu einem lokalen Druckabfall unterhalb der Ventilatoren führen. Durch den Unterdruck können die Ventilatoren nicht genügend Kühlluft fördern, wodurch die Kondensationsleistung sinkt. Das hat zur Folge, dass anfallender Dampf nicht schnell genug kondensiert werden kann. Daraus resultiert, dass eine an den Dampfkreislauf angeschlossene Turbine unter Umständen in ihrer Leistung zurückgefahren werden muss.
Dieser seit langem bekannten Problematik wurde beispielsweise dadurch begegnet, dass in den Ansaugraum unterhalb der Ventilatoren Hindemisse montiert wurden, so genannte Windkreuze. Windkreuze teilen den Ansaugraum unterhalb der Ventilatoren in einzelne Bereiche. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Ventilatoren teilweise in einer Höhe von bis zu 50 m montiert sind. Die Windkreuze werden üblicherweise bis zu einer Höhe von ca. 30 % dieses Freiraums errichtet, so dass seitlich anströmender Wind nicht ungehindert unter den Ventilatoren hindurch strömen können, sondern bei Aufprall auf das Windkreuz nach oben abgelenkt und den Ventilatoren zugeleitet wird. Obschon die Windkreuze eine Verbesserung des Wirkungsgrads bzw. eine Reduzierung des Druckverlustes der randseitigen Ventilatoren bewirken, ist die Anströmung der randseitigen Ventilatoren häufig nicht zufrieden stellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die nachteiligen Einflüsse seitlich anströmender Winde auf eine auf einer Stützkonstruktion angebrachten Kondensationsanlage zu reduzieren.
Diese Aufgabe ist bei einer Kondensationsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Aufgabe wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Windschutzwand in Windrichtung geneigt angeordnet ist bzw. dass ihre Unterkante weiter nach außen ausgestellt ist als ihre Oberkante. Modellberechnungen bestätigten eine Reduzierung der vom Wind induzierten zusätzlichen Druckverluste in einer Größenordnung von mindestens 10 % unabhängig davon, ob ein zusätzliches Windkreuz unterhalb der Ventilatoren angeordnet ist. Die Vorteile kommen insbesondere an den randseitig der Kondensationsanlage angeordneten Ventilatoren zum Tragen, wobei der Druckveriust hier um ca. 20 % reduziert werden konnte.
Die Windschutzwand kann insgesamt oder auch nur in einem Teilbereich ihrer Höhe geneigt ausgeführt sein. Ein Neigungswinkel von 5° bis 35°, insbesondere von 15° bis 30°, gegenüber einer Vertikalen wird als zweckmäßig angesehen. Der Neigungswinkel darf allerdings nicht so groß sein, dass es zu einer signifikanten Querschnittsverengung kommt, die das ungehinderte Abströmen der erwärmten Kühlluft nach oben behindert, da dies einen negativen Einfluss auf den Wirkungsgrad hätte. Beispielsweise könnte eine Windschutzwand mit einer Höhe von ca. 10 m an ihrer Oberkante um 1 m bis 3 m in Richtung auf das Wärmetauscherelement verlagert werden. Dadurch wird der Querschnitt nur in geringem Umfang reduziert. Wenn ein entsprechender Bauraum zur Verfügung steht, kann auch grundsätzlich die Unterkante der Windschutzwand nach außen verlagert werden. Dadurch lässt sich die Neigung noch vergrößern, ohne dass der Abströmquerschnitt reduziert wird. Bei einer ca. 10 m hohen Windschutzwand wäre dann beispielsweise ein maximaler seitlicher Versatz von 3 m + 3 m = 6 m möglich.
Zusätzlich oder optional kann die Windschutzwand konkav in Richtung zu den Wärmetauscherelementen gekrümmt ausgeführt sein. Auch hierdurch wird ein größerer Anteil des seitlich anströmenden Windes nach oben abgelenkt, so dass der Druckabfall unterhalb der randseitigen Ventilatoren geringer ist. Da der Volumenstrom des nach oben abgelenkten Windes zunimmt, wird eine zusätzliche Barriere aus Kaltluft geschaffen, die einer Warmluftrezirkulation ebenfalls in vorteilhafter Weise entgegenwirkt. Auch auf der windabgewandten Seite der Kondensationsanlage hat die Neigung der Windschutzwände Vorteile im Hinblick auf die Warmluftzirkulation, da die Warmluft randseitig nicht senkrecht, sondern entsprechend der Neigung der Windschutzwand weiter innen abströmt. Dadurch ist der Strömungspfad der rezirkulierenden Warmluft länger.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Windschutzwand zumindest in einem der Unterkante benachbarten Höhenbereich eine horizontal verlaufende Profilierung aufweist. Üblicherweise werden Windschutzwände aus Trapezprofilen errichtet, bei denen die Profilierung in Hochrichtung, das heißt von unten nach oben verläuft. Diese Ausrichtung der Profilierung wirkt sich zwar insofern positiv auf das Strömungsverhalten aus, in der Form, dass der Wind nach unten und oben abgeleitet wird. Allerdings ist gerade die Ableitung nach unten unerwünscht. Daher kann zumindest der der Unterkante benachbarte Höhenbereich eine horizontal verlaufende Profilierung aufweisen, die als strömungstechnische Barriere dient. Der obere Höhenbereich der Windschutzwand kann hingegen eine vertikal verlaufende Profilierung aufweisen, um das Abströmen des Windes nach oben nicht zu behindern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 zum Stand der Technik ein Berechnungsmodell zu einer seitlich angeströmten Kondensationsanlage mit vertikal verlaufender Windschutzwand;
Figur 2 eine erste Ausführungsform einer Kondensationsanlage mit geneigter Windschutzwand und
Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer Kondensationsanlage mit konkav gestalteter Windschutzwand.
Figur 1 zeigt die Modellberechnung einer Kondensationsanlage 1 , wie sie zum Stand der Technik zählt. Die Kondensationsanlage wird in der Modellberechnung seitlich durch den Wind W angeströmt. Die Wärmetauscherelemente sind nicht im Detail dargestellt. Lediglich die den Wärmetauscherelementen zugeordneten Dampfverteilleitungen 2 sind im Querschnitt erkennbar. Unterhalb der Dampfverteilleitungen 2 sind die Wärmetauscherelemente dachförmig angeordnet. Lediglich schematisch angedeutete Ventilatoren 3 saugen von unten her Kühlluft an, wobei die erwärmte Kühlluft an den Dampfverteilleitungen 2 vorbei nach oben abströmt. Es ist deutlich zu erkennen, dass nicht alle Ventilatoren 3 gleichmäßig angeströmt werden. Insbesondere fördert der randseitige Ventilator 4 erkennbar weniger Luft als beispielsweise die im mittleren Bereich angeordneten Ventilatoren 3. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der seitlich anströmende Wind W auf eine gerade Windschutzwand 5 trifft und teilweise nach oben, das heißt über die Kondensationsanlage 1 , teilweise aber auch in den Ansaugraum unterhalb der Ventilatoren 3, 4 umgelenkt wird. Durch ein Strömungshindernis 6 sowie ein Windkreuz 7 kann die Strömungsrichtung des Windes W zumindest teilweise geändert werden, so dass der Wind den Ventilatoren 3 zugeführt wird. Dies trifft allerdings nur begrenzt auf den randseitigen Ventilatoren 4 zu. Unterhalb des Ventilators 4 herrscht in einem mit ΔP bezeichneten Bereich ein geringerer Druck als unterhalb der anderen Ventilatoren 3. Das heißt, der randseitige Ventilator 4 kann weniger Kühlluft fördern, wodurch der Wirkungsgrad der Kondensationsanlage 1 reduziert wird.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass die Windschutzwände geneigt angeordnet werden, wie es beispielhaft in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Figur 2 zeigt in stark vereinfachter Darstellung den Randbereich einer Kondensationsanlage 8, bei welcher auf einer Stützkonstruktion 9 mehrere Reihen dachförmig angeordneter Wärmetauscherelemente angeordnet sind, von denen der Einfachheit halber nur randseitige Wärmetauscherelemente 10 der äußeren Reihe dargestellt sind. Unterhalb der Wärmetauscherelemente 10 befindet sich ein Ventilator 11 , der Kühlluft K von unten ansaugt und entsprechend der eingezeichneten Pfeile den Wärmetauscherelementen 10 zuführt, wo sich die Kühlluft K erwärmt und in Richtung des Pfeils WL nach oben abströmt. Gleichzeitig wird aus der im Firstbereich der Wärmetauscherelemente 10 angeordneten Dampfverteilleitung 12 Dampf in Richtung der Pfeile D in die Wärmetauscherelemente 10 eingeleitet, wo der Dampf kondensiert. Wesentlich bei dieser Ausführungsform einer Kondensationsanlage ist die Gestaltung der Windschutzwand 13, die im Ausführungsbeispiel der Figur 2 gegenüber der Vertikalen V geneigt angeordnet ist. Die Windschutzwand 13 erstreckt sich in der Höhe etwa bis zur Oberkante der Dampfverteilleitung 12. Die Unterkante 14 der Windschutzwand 13 ist weiter nach außen ausgestellt als die Oberkante 15 der Windschutzwand 13. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Neigungswinkel NW ca. 5°. Durch die eingestellte Neigung der Windschutzwand 13 wird quer anströmender Wind W zu einem größeren Teil nach oben abgeleitet als es bei einer vertikal ausgerichteten Windschutzwand der Fall wäre. Dadurch ist die Druckdifferenz ΔPL die zwischen der Einlassseite 16 und der Auslassseite 17 des Ventilators 11 gemessen wird, geringer als bei vertikal orientierten Windschutzwänden.
Der gleiche Effekt ergibt sich auch dann, wenn die Windschutzwand nicht gerade ist, sondern entsprechend der Ausführungsform der Figur 3 konkav gekrümmt ist. Die Windschutzwand 18 der Figur 3 ist entsprechend der Figur 2 so konfiguriert, dass ihre Unterkante 19 weiter nach außen ausgestellt ist als ihre Oberkante 20, nur mit dem Unterschied, dass die Windschutzwand 18 von der Unterkante 19 zur Oberkante 20 nicht gerade, sondern gekrümmt verläuft.
Bezugszeichen:
1 - Kondesationsanlage
2 - Dampfverteilleitung
3 - Ventilator
4 - Ventilator
5 - Windschutzwand
6 - Strömungshindernis
7 - Windkreuz
8 - Kondensationsanlage
9 - Stützkonstruktion
10 - Wärmetauscherelement 11 - Ventilator
12 - Dampfverteilleitung
13 - Windschutzwand
14 - Unterkante v. 13
15 - Oberkante v. 13
16 - Einlassseite v. 11
17 - Auslassseite v. 11
18 - Windschutzwand
19 - Unterkante v. 18 20 - Oberkante v. 18
D - Dampf
ΔP - Druckdifferenz
ΔPL- Druckdifferenz
K - Kühlluft
NW -Neigungswinkel
V - Vertikale
W - Wind
WL- Warmluft

Claims

Patentansprüche
1. Kondensationsanlage mit auf einer Stützkonstruktion (9) angebrachten, insbesondere dachförmig angeordneten Wärmetauscherelementen (10) denen über Ventilatoren (11 ) Kühlluft (K) zugeführt wird, wobei die Wärmetauscherelemente (10) von einer Windschutzwand (13, 18) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkante (14, 19) der Windschutzwand (13, 18) weiter nach außen ausgestellt ist als die Oberkante (15, 20) der Windschutzwand (13, 18).
2. Kondensationsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Windschutzwand (13, 18) zumindest über einen Teilbereich ihrer Höhe einen Neigungswinkel (NW) von 5° bis 35°, insbesondere von 15° bis 30°, gegenüber einer Vertikalen (V) aufweist.
3. Kondensationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windschutzwand (18) konkav in Richtung zu den Wärmetauscherelementen (10) gekrümmt ist.
4. Kondensationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windschutzwand zumindest in einem der Unterkante benachbarten Höhenbereich eine horizontal verlaufende Profilierung aufweist.
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