CH684966A5 - Wet cooling tower having a closed circulation (circuit) - Google Patents

Abstract

The wet cooling tower having a closed primary circulation (10) and an open secondary circulation (20) has a water distribution device (8), a packing insert (1) and a storage basin (storage reservoir, collecting pond) (13). In this arrangement, a heat exchanger system (2) of the primary circulation is arranged in this storage basin (13), resulting both in the advantages of a closed primary circulation which does not become contaminated, and in the high cooling effect of compact open evaporation circulations. <IMAGE>

Description

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CH 684 966 A5 CH 684 966 A5

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft einen Nasskühiturm gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a wet cooling tower according to the preamble of claim 1.

Nasskühitürme werden in grossem Umfang zur Kühlung mässig erwärmten Wassers eingesetzt. Im offenen Kreislauf verdunstet beim direkten Kontakt zwischen Luft und Wasser ein Teil des Kühlwassers. Dieser Wasserverbrauch von Nasskühltürmen ist aber verglichen mit Durchlaufkühlung sehr gering. Da bei der Verdunstungskühlung das Wasser in innigem Kontakt mit der Umgebungsluft deren Verunreinigungen aufnimmt, kann bei stark belasteter Luft in Industriegebieten auch der offene Kreislauf entsprechend stark verunreinigt werden. Dies führt dann zu schädlichen Ablagerungen und Korrosionserscheinungen in der Kühlanlage. Dies wiederum erfordert eine fortlaufende Kontrolle des Kühlwassers und eine entsprechende Aufbereitung des erforderlichen Zusatzwassers. Wet cooling towers are widely used to cool moderately heated water. When the air and water come into direct contact, part of the cooling water evaporates in the open circuit. However, this water consumption of wet cooling towers is very low compared to continuous cooling. Since the evaporative cooling system absorbs the water in intimate contact with the ambient air, the open circuit can also be heavily contaminated in heavily polluted air in industrial areas. This then leads to harmful deposits and signs of corrosion in the cooling system. This in turn requires continuous monitoring of the cooling water and appropriate treatment of the make-up water required.

Um Verschmutzungen des Wasserkreislaufs zu vermeiden, werden auch Kühltürme mit einem geschlossenen Kreislauf ohne direkten Kontakt zwischen Luft und Kühlwasser eingesetzt. Hier wird das Wasser üblicherweise in einem von Kühlluft umströmten Rohrbündelwärmetauscher abgekühlt. Zur Erhöhung der Kühlleistung kann dabei der Rohrbündelwärmetauscher befeuchtet werden. Bei der Verdunstungskühlung ist die erreichbare Wassertemperatur durch die Kühlgrenztemperatur, auch Feuchtkugeltemperatur genannt, begrenzt. Diese ist immer niedriger als die Umgebungstemperatur der Luft, weshalb bei vielen Anwendungen der Verdunstungskühlturm dem Trockenkühlturm gegenüber bevorzugt wird. Bei modernen Rückkühitürmen mit geschlossenen Primärkreislauf wird ein Sekundärwasserstrom über ein Rohrbündel verteilt, unten in einem Sammelbecken aufgefangen und wieder zur Wasserverteileinrichtung zurückgepumpt. Das herabrieselnde Sekundärwasser wird durch Verdunstung in der Umgebungsluft gekühlt und die Wärme des Primärkreislaufs wird am Rohrbündel an den Sekundärkreislauf abgeführt. Die Kühlleistung wird dabei durch die Oberfläche des Rohrbündels begrenzt. Da diese Oberfläche aber viel kleiner ist als die Austauschfläche von Hochleistungsfüllkörpern von Verdunstungskühltürmen wird die Abmessung derartiger Kühltürme mit geschlossenem Primärkreislauf sehr viel grösser als jene von Verdunstungskühltürmen gleicher Leistung. In order to avoid contamination of the water circuit, cooling towers with a closed circuit without direct contact between air and cooling water are also used. Here, the water is usually cooled in a tube bundle heat exchanger with cooling air flowing around it. The shell-and-tube heat exchanger can be moistened to increase the cooling capacity. With evaporative cooling, the achievable water temperature is limited by the cooling limit temperature, also called wet bulb temperature. This is always lower than the ambient temperature of the air, which is why the evaporative cooling tower is preferred to the dry cooling tower in many applications. In modern recooling towers with a closed primary circuit, a secondary water stream is distributed over a tube bundle, collected in a collecting basin at the bottom and pumped back to the water distribution device. The trickling secondary water is cooled by evaporation in the ambient air and the heat of the primary circuit is dissipated to the secondary circuit on the tube bundle. The cooling capacity is limited by the surface of the tube bundle. However, since this surface is much smaller than the exchange surface of high-performance packing elements of evaporative cooling towers, the dimensions of such cooling towers with a closed primary circuit are very much larger than those of evaporative cooling towers of the same power.

Es ist auch möglich, bei einem Verdunstungskühlturm mit offenem Sekundärkreislauf dieses Sekundärwasser durch ein externes Wärmeübertragersystem zu führen und dort durch indirekten Wärmetausch einen geschlossenen externen Primärkreislauf zu kühlen. Dies erfordert jedoch zusätzliche Einrichtungen mit entsprechendem Aufwand und Platzbedarf. In an evaporative cooling tower with an open secondary circuit, it is also possible to pass this secondary water through an external heat exchanger system and to cool a closed external primary circuit there by indirect heat exchange. However, this requires additional facilities with the corresponding effort and space requirements.

Überdies wird durch Leitungsverluste ausserhalb des Kühlturms die nutzbare Kühlleistung reduziert und die erreichbare Kühltemperatur erhöht. In addition, the usable cooling capacity is reduced and the achievable cooling temperature is increased due to line losses outside the cooling tower.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese beschriebenen Nachteile zu überwinden und auf einfache Art einen Kühlturm zu schaffen, der eine höhere Kühlleistung bei kleinerem Bauvolumen aufweist und zudem eine tiefere Temperatur des Sekundärwassers bzw. des Primärkreislaufs ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch einen Kühlturm mit den Merkmalen von Anspruch 1. It is an object of the present invention to overcome the disadvantages described and to create in a simple manner a cooling tower which has a higher cooling capacity with a smaller construction volume and also enables a lower temperature of the secondary water or of the primary circuit. This is achieved according to the invention by a cooling tower with the features of claim 1.

Durch den Füllkörpereinbau mit sehr grosser Verdunstungsfläche wird eine hohe Kühlleistung des Sekundärkreislaufs und eine tiefe Temperatur des Sekundärwassers im Sammelbecken erreicht und durch die Anordnung des Wärmeübertragersystems des Primärkreislaufs im Sammelbecken wird eine sehr hohe Wärmeübertragungsleistung ohne Übertragungsverluste und ohne Erhöhung des Bauvolumens erreicht. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung. By installing the packing with a very large evaporation surface, a high cooling capacity of the secondary circuit and a low temperature of the secondary water in the collecting basin are achieved and by arranging the heat transfer system of the primary circuit in the collecting basin, a very high heat transfer capacity is achieved without transmission losses and without increasing the construction volume. The dependent claims describe advantageous embodiments of the invention.

Als Wärmeübertragersystem eignen sich dabei besonders Rohrbündelwärmeübertrager, Lamellenwärmeübertrager oder Plattenwärmeübertrager. Durch Anordnung einer Umlenkeinrichtung unterhalb des Füllkörpereinbaus kann das kalte Sekundärwasser aufgefangen und an eine Einströmstelle des Sammelbeckens geführt werden. Durch geeignete Strömungsführung von der Einströmstelle bis zur Abströmleitung aus dem Sammelbecken kann dabei eine optimale Übertragung der Wärme des Primärkreislaufs auf das Sekundärwasser erreicht werden. Durch zusätzliche Leitvorrichtungen im Sammelbecken kann eine Strömung des Sekundärwassers um den Wärmeübertrager erzeugt werden mit weiter verbessertem Wärmeübergang. Diese Strömung kann mit Vorteil mindestens teilweise im Gegenstrom zum Primärkreislauf verlaufen. Durch Neigung des Sammelbeckens um einen Winkel zur Horizontalebene kann eine nutzbare Flüssigkeitshöhe zur Verstärkung der Strömung im Sammelbek-ken erzeugt werden. Besonders tiefe Kühltemperaturen können durch ein dampfförmiges Medium des Primärkreislaufs erzeugt werden, welches im Wärmeübertragersystem kondensiert. Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden mit einem zusätzlichen zweiten Wärmetauscher des Primärkreislaufs, welcher im Abluftstrom des Kühlturms angeordnet ist und dort als Vorkühler wirkt. Dieser Vorkühler kann dazu verwendet werden, flüssige Anteile in der Abluft, welche als Nebel sichtbar wären, zu verdunsten. Tube heat exchangers, finned heat exchangers or plate heat exchangers are particularly suitable as heat transfer systems. The cold secondary water can be collected and led to an inflow point of the collecting basin by arranging a deflection device below the fill body installation. By means of suitable flow guidance from the inflow point to the outflow line from the reservoir, an optimal transfer of the heat of the primary circuit to the secondary water can be achieved. A flow of the secondary water around the heat exchanger can be generated with further improved heat transfer by additional guide devices in the collecting basin. This flow can advantageously run at least partially in countercurrent to the primary circuit. By tilting the collection basin at an angle to the horizontal plane, a usable liquid level can be generated to increase the flow in the collection basin. Particularly low cooling temperatures can be generated by a vaporous medium of the primary circuit, which condenses in the heat exchanger system. A further improvement can be achieved with an additional second heat exchanger of the primary circuit, which is arranged in the exhaust air flow of the cooling tower and acts there as a pre-cooler. This precooler can be used to evaporate liquid components in the exhaust air that would be visible as mist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with the aid of examples in connection with the figures. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfin-dungsgemässen Kühlturms; 1 shows a schematic representation of the cooling tower according to the invention;

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung des Kühlturms; 2 shows a more detailed illustration of the cooling tower;

Fig. 3 ein Sammelbecken mit Strömungsführung und Leitvorrichtungen; 3 shows a collecting basin with flow guidance and guide devices;

Fig. 4 eine weitere Anordnung mit Leitvorrichtungen im Sammelbecken; 4 shows a further arrangement with guide devices in the collecting basin;

Fig. 5 eine Umlenkeinrichtung des Sekundärwassers und ein geneigtes Sammelbecken; 5 shows a deflection device of the secondary water and an inclined collecting basin;

Fig. 6 eine geneigte Anordnung des Wärmeübertragersystems im Sammelbecken. Fig. 6 shows an inclined arrangement of the heat exchanger system in the reservoir.

Fig. 1 und 2 zeigen Aufbau und Funktion eines erfindungsgemässen Kühlturms mit einem Saugven- 1 and 2 show the structure and function of a cooling tower according to the invention with a suction valve.

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tilator 11, einer Wasserverteileinrichtung 8, einem Füllkörpereinbau 1 und einem Wärmeübertrager 2, welcher im unteren Sammelbecken 13 im kalten Wasser plaziert ist. Im offenen Sekundärkreislauf 20 wird das Wasser vom Verteiler 8 über die Rieselflächen des Füllkörpereinbaus 1 verteilt, durch Verdunstungswärmeentzug abgekühlt und im Sammelbecken 13 aufgefangen, wo der Wärmetausch vom geschlossenen Primärkreislauf 10 im Wärmeübertrager 2 erfolgt. An den von einer Pumpe 14 angetriebenen Primärkreislauf 10 ist ein externer Verbraucher 15 angeschlossen. In Fig. 2 wird das warme Kühlmedium des Primärkreislaufs 10 vom Verbraucher herkommend zuerst in einen zweiten Wärmetauscher 7 geführt, welcher im Abluftstrom oberhalb des Wasserverteilers 8 angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher 7 dient so einerseits als Vorkühler des Primärmediums; andererseits wird dadurch auch die Abluft erwärmt, so dass allfällig darin enthaltene Nebeltröpfchen verdunstet werden und keine sichtbaren Schwaden mehr entstehen. Anschliessend gelangt das Primärmedium über eine Ablaufleitung 9 zum Wärmeübertrager 2 im kalten Sammelbecken 13. Dessen Sekundärwasser wird von einer Pumpe 24 wieder zum Wasserverteiler 8 gefördert. Unterhalb der Rieseleinbauten 1 wird das abtropfende Sekundärwasser in einer schräggestellten Umlenkeinrichtung 4, z.B. einem Leitblech, aufgefangen, in einer Ecke des Kühlturms gesammelt und an der Einströmstelle 5 in das Sammelbecken 13 geführt. Wie das Beispiel von Fig. 3 zeigt, kann das Sekundärwasser im Sammelbecken 13 mittels Leitvorrichtungen 3 von der Einströmstelle 5 so geführt werden, dass ein grosser Strömungsweg bis zur Ausströmsteile 6 zurückgelegt wird. Dadurch kann die Wärmeübertragung vom Wärmeübertrager 2 auf das kalte Sekundärwasser optimiert werden. Fig. 5 zeigt den Einlauf des Sekundärwassers in das Sammelbecken 13 an der Einströmstelle 5 und den Strömungsverlauf bis zum Ausgang 6 perspektivisch. Hier ist das Sammelbecken um einen Winkel W zur Horizontalen geneigt, so dass von der Einströmstelle 5 zum Ausgang 6 eine die Strömung antreibende nutzbare Flüssigkeitshöhe H entsteht. In der Darstellung von Fig. 6 ist zusätzlich auch der Wärmeübertrager 2 um einen Winkel V geneigt angeordnet. Dadurch entsteht ebenfalls ein nutzbares Gefälle vom Einlauf 21 zum Auslauf 22 des Wärmeübertragers. In Fig. 4 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des Wärmeübertragers 2 im Sammelbecken gezeigt. Einströmstelle 5 und Ausströmstelle 6 des Sekundärwassers liegen hier diagonal gegenüber, wobei der Einlauf 21 des Primär-kreisiaufs beim Ausgang 6 des Sekundärwassers und der Auslauf 22 des Primärkreislaufs beim Eingang 5 des Sekundärwassers angeordnet ist. Durch die Anordnung des Wärmeübertragers 2 und der Leitvorrichtungen 3 wird dabei ein vollständiges Gegenstromprinzip zur optimalen Wärmeübertragung zwischen Primär- und Sekundärkreislauf erzielt. tilator 11, a water distribution device 8, a packing installation 1 and a heat exchanger 2, which is placed in the lower reservoir 13 in the cold water. In the open secondary circuit 20, the water from the distributor 8 is distributed over the trickling surfaces of the packing installation 1, cooled by evaporation heat removal and collected in the collecting basin 13, where the heat exchange from the closed primary circuit 10 takes place in the heat exchanger 2. An external consumer 15 is connected to the primary circuit 10 driven by a pump 14. In Fig. 2, the warm cooling medium of the primary circuit 10 coming from the consumer is first led into a second heat exchanger 7, which is arranged in the exhaust air stream above the water distributor 8. This heat exchanger 7 thus serves on the one hand as a precooler of the primary medium; on the other hand, this also heats the exhaust air, so that any mist droplets it contains are evaporated and there are no more visible fumes. The primary medium then reaches the heat exchanger 2 in the cold collecting basin 13 via a drain line 9. The secondary water is pumped back to the water distributor 8 by a pump 24. Below the trickle internals 1, the dripping secondary water is in an inclined deflection device 4, e.g. a baffle, collected, collected in a corner of the cooling tower and guided into the collecting basin 13 at the inflow point 5. As the example in FIG. 3 shows, the secondary water in the collecting basin 13 can be guided from the inflow point 5 by means of guide devices 3 such that a large flow path is covered up to the outflow parts 6. As a result, the heat transfer from the heat exchanger 2 to the cold secondary water can be optimized. 5 shows the entry of the secondary water into the collecting basin 13 at the inflow point 5 and the flow course up to the exit 6 in perspective. Here, the collecting basin is inclined at an angle W to the horizontal, so that a usable liquid height H is created which drives the flow from the inflow point 5 to the outlet 6. 6, the heat exchanger 2 is additionally arranged inclined by an angle V. This also creates a usable gradient from the inlet 21 to the outlet 22 of the heat exchanger. 4 shows a further advantageous embodiment of the heat exchanger 2 in the collecting basin. Inflow point 5 and outflow point 6 of the secondary water lie diagonally opposite one another, the inlet 21 of the primary circuit being arranged at the outlet 6 of the secondary water and the outlet 22 of the primary circuit being arranged at the inlet 5 of the secondary water. The arrangement of the heat exchanger 2 and the guide devices 3 achieves a complete countercurrent principle for optimal heat transfer between the primary and secondary circuits.

Claims (10)

PatentansprücheClaims 1. Nasskühlturm zur Kühlung eines in einem geschlossenen Primärkreislauf (10) strömenden dampfförmigen oder flüssigen Mediums, welcher Nasskühlturm einen Wasser führenden Sekundärkreislauf (20) umfasst, wobei das Wasser des Sekundärkreislaufs, kurz Sekundärwasser, in direktem Kontakt mit der den Kühlturm durchströmenden Umgebungsluft steht, dabei teilweise verdunstet und sich abkühlt, und mit einem Wärmeübertragersystem (2) des Primärkreislaufs für einen indirekten Wärmeaustausch zwischen dem zu kühlenden dampfförmigen oder flüssigen Medium und dem Sekundärwasser, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Teil des Kühlturms zur Aufgabe des Sekundärwassers eine Verteilvorrichtung (8) und darunter ein Füllkörpereinbau (1) mit Rieselflächen sowie im unteren Teil des Kühlturms ein Sammelbecken (13) für das Wasser des Sekundärkreislaufes (20) angeordnet ist, und dass der Primärkreislauf sowohl über der Verteilvorrichtung als auch im Sammelbek-ken angeordnet ist und dort durch das Wärmeübertragersystem (2) geführt ist.1. wet cooling tower for cooling a vaporous or liquid medium flowing in a closed primary circuit (10), which wet cooling tower comprises a water-carrying secondary circuit (20), the water of the secondary circuit, briefly secondary water, being in direct contact with the ambient air flowing through the cooling tower, partially evaporates and cools down, and with a heat exchanger system (2) of the primary circuit for indirect heat exchange between the vaporous or liquid medium to be cooled and the secondary water, characterized in that a distribution device (8) in the upper part of the cooling tower for feeding the secondary water and underneath a packing installation (1) with trickling surfaces and in the lower part of the cooling tower a collecting basin (13) for the water of the secondary circuit (20) is arranged, and that the primary circuit is arranged both above the distribution device and in the collecting basin and is guided there through the heat exchanger system (2). 2. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragersystem (2) als Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildet ist.2. Wet cooling tower according to claim 1, characterized in that the heat exchanger system (2) is designed as a tube bundle heat exchanger. 3. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragersystem (2) als Lamellenwärmeübertrager ausgebildet ist.3. Wet cooling tower according to claim 1, characterized in that the heat exchanger system (2) is designed as a finned heat exchanger. 4. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragersystem (2) als Plattenwärmeübertrager ausgebildet ist.4. Wet cooling tower according to claim 1, characterized in that the heat exchanger system (2) is designed as a plate heat exchanger. 5. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auffangen des Sekundärwassers vor dessen Auftreffen auf der Wasseroberfläche des Sammelbeckens (13) eine Umlenkeinrichtung (4) angeordnet ist, welche das Sekundärwasser zur Stelle (5) führt, an der das Medium des Primärkreislaufs (10) in das Wärmeübertragersystem (2) einströmt, und dass entgegengesetzt zur Einströmstelle (5) am Boden des Sammelbeckens eine Abströmleitung (6) für das Sekundärwasser angeschlossen ist, in welcher ausserhalb des Kühlturmes eine Pumpe (14) für die Rückführung des Sekundärwassers in die Verteilvorrichtung (8) des Kühlturms angeordnet ist.5. Wet cooling tower according to claim 1, characterized in that for collecting the secondary water before it hits the water surface of the collecting basin (13) a deflection device (4) is arranged which leads the secondary water to the point (5) at which the medium of the primary circuit (10) flows into the heat exchanger system (2), and that, opposite to the inflow point (5), an outlet line (6) for the secondary water is connected to the bottom of the collecting basin, in which a pump (14) for the return of the secondary water in outside the cooling tower the distribution device (8) of the cooling tower is arranged. 6. Nasskühlturm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelbecken (13) um einen Winkel (W) zur Horizontalebene geneigt angeordnet ist, so dass von der Einströmstelle (5) des Sekundärwassers zur Ausströmstelle (6) hin ein nutzbares Gefälle entsteht.6. Wet cooling tower according to claim 5, characterized in that the collecting basin (13) is arranged inclined at an angle (W) to the horizontal plane, so that a usable slope arises from the inflow point (5) of the secondary water to the outflow point (6). 7. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragersystem (2) um einen Winkel (V) zur Horizontalebene geneigt angeordnet ist, so dass vom Einlauf (21) zum Auslauf (22) hin ein nutzbares Gefälle entsteht.7. Wet cooling tower according to claim 1, characterized in that the heat exchanger system (2) is arranged inclined at an angle (V) to the horizontal plane, so that a usable slope arises from the inlet (21) to the outlet (22). 8. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsführung im Sammelbecken (13) Leitvorrichtungen (3) angeordnet sind, so dass die Strömungen im Primär- und im Sekundärkreislauf mindestens teilweise im Gegenstrom geführt werden können.8. wet cooling tower according to claim 1, characterized in that for guiding the flow in the collecting basin (13) guide devices (3) are arranged so that the flows in the primary and secondary circuits can be guided at least partially in countercurrent. 9. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragersystem (2) als Verflüssiger für ein dampfförmiges Medium im Primärkreislauf (10) dient.9. wet cooling tower according to claim 1, characterized in that the heat exchanger system (2) serves as a condenser for a vaporous medium in the primary circuit (10). 10. Nasskühlturm nach Anspruch 1, dadurch ge-10. Wet cooling tower according to claim 1, thereby 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 33rd 55 CH 684 966 A5CH 684 966 A5 kennzeichnet, dass zusätzlich zum Wärmeübertragersystem (2) ein zweiter Wärmetauscher (7) oberhalb der Wasserverteilvorrichtung (8) angeordnet ist, welcher über eine Ablaufleitung (9) mit dem ersten Wärmeübertragersystem (2) verbunden ist und in welchem eine Vorkühlung durch den Abluftstrom erfolgen kann.Characterizes that in addition to the heat exchanger system (2) a second heat exchanger (7) is arranged above the water distribution device (8), which is connected to the first heat exchanger system (2) via a drain line (9) and in which pre-cooling can be carried out by the exhaust air flow . 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 44th