DE1940052A1

DE1940052A1 - Verfahren zum Betrieb eines Trockenkuehlturmes bei hohen Lufttemperaturen

Info

Publication number: DE1940052A1
Application number: DE19691940052
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr-Ing Spangemacher
Original assignee: Balcke AG
Current assignee: Balcke AG
Priority date: 1969-08-08
Filing date: 1969-08-08
Publication date: 1971-02-25
Also published as: BE754580A; ZA705273B; US3685579A; FR2057056A7; ES382568A1; DE1940052B2; GB1284163A; FR2057056B3; HU168653B; NL7010958A

Description

PATBMTAMWALTB Ί 940052

ENG DIPL-INO. W. BRNBSTI BALCKE

4β8Βο4*»ιΐΒ 4630 Bochum

F«nuqpracb«ri 4W5O, 4M«Τ TU

69 163 WE/SG

Verfahren zum Betrieb eines Trockenkühlturmes "bei hohen Luf11 emp eraturen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Leistung eines Trockenkühlturmes bei hohen Lufttemperaturen. Der Einsatz von luftgekühlten Wärmeübertragern, in denen als Kühlmittel dienende atmosphärische Luft durch Ventilatoren oder durch den Auftrieb eines Kamines gefördert wird, nimmt wegen des Wassermangels ständig zu. Die Leistung derartiger Trokkenkühltürme läßt bei hohen Lufttemperaturen wegen seiner stellen Charakteristik merklich nach, da die Temperatur des zu kühlenden Produktes, linear mit der Lufttemperatur ansteigt. Für den Kraftwerksprozeß bedeutet dies, daß der Kondensationsdruck größer wird, wodurch sich der spezifische Dampfverbrauch erhöht. Wenn man auf das Ausfahren der Spitzenleistung des Kraftwerkes auch bei hohen Lufttemperaturen nicht verzichten will, ist es erforderlich, den Kessel und die Turbine für eine größere Leistung auszulegen als normal. In der Verfahrenstechnik wird häufig der Trockenkühlturm nach der Spitzentemperatur der Luft bemessen· Er muß also mit Rücksicht auf wenige Betriebsstunden größer werden, als es für den Betrieb der übrigen Zeit notwendig wäre.

Es ist bekannt, die Spitzentemperaturen der JJuft dadurch abzubauen, daß in die Kühlluft Vasser eingespritzt wird. Diese Verfahrensweise beruht auf der für unsere Breitengrade zutreffenden Voraussetzung, daß bei hohen

109809/09 11

Lufttemperaturen die relative Luftfeuchte verhältnismäßig gering ist. Sie beträgt etwa 40 % bei einer Lufttemperatur von 30° O und 50 % bei einer Lufttemperatur von 25° C· Durch Einspritzen von Vasser kann die Lufttemperatur von etwa 30° C auf 22° G und von 25>^Q C auf 19° C abgekühlt werden. Die Kühlgrenztemperatur, die die theoretisch erreichbare Temperatur darstellt, überschreitet in Hitteleuropa eine Temperatur von 22° C nicht. Verfahrenstechnisch ergibt sich aus diesen Beobachtungen, daß eine luftgekühlte Anlage mit Wassereinspritzung statt für eine Spitzentenperatur von J>Ö° C nur für eine Temperatur von 22° G ausgelegt zu werden braucht.

Spritzt man in die Kühlluft normales Wasser ein, so setzen sich die im Wasser gelösten Bestandteile, die nicht verdunsten, auf den Kühlflächen, insbesondere zwischen den üblicherweise benutzten Kuli,],rippen, fest, und es treten unter den Krusten Korrosionen auf, die zu einem vorzeitigen Verschleiß führen. Ferner wird der . Wärmeübergang in den Kühlflächen verschlechtert und der Luftdurchsatz infolge der durch den Steinansatz verminderten Strömungsquerschnitte verringert, so daß auch die Leistung der Anlage nachläßt. In ungünstigen Fällen kann der durch die Einspritzung von Vasser erstrebte Effekt sich demnach ins Gegenteil unkehren. Diese Nachteile werden durch Verwendung von enthärtetem Wasser nicht beseitigt; lediglich mit entsalztem Wasser ist ein einwandfreier Betrieb zu erwarten. Entsalzungeanlagen, die für den Spitzenbedarf in heißen Sommern ausgelegt werden müssen, sind sehr teuer, selbst wenn durch Speicherung größerer Mengen ihre Leistung vermindert werden kann.

BAD ORIGINAL

109101/6111

i! 6

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trockenkühlturm unter Vermeidung der erwähnten Nachteile so zu betreiben, daß auch bei erhöhten Lufttemperaturen ein einwandfreier Betrieb ohne Leistungsabfall sichergestellt wird, ohne daß die hierfür erforderlichen Investitionen die Wirtschaftlichkeit der Anlage in Frage stellen. Die Erfindung besteht darin, daß ein Teil des zu kühlenden Mediums beim überschreiten bestimmter Lufttemperaturen statt an den luftgekühlten Wärmeübertragungsflächen in einem wassergekühlten Wärmeübertrager gekühlt wird, wobei dieser Teil so bemessen ist, daß die Leistung konstant bleibt.

Legt man beispielsweise den luftgekühlten Wärmeübertrager auf eine Produkt-Kondensationstemperatur von 52 C bei einer Außenlufttemperatur von 22° C und einer Luftraust ritt st emperatur von 37° C aus, so müßte bei einer ' Lufttemperatur von 30° C seine Wärmeleistung auf 74- % herabgesetzt werden. Die restlichen 26 % werden dabei von dem wassergekühlten Wärmeübertrager übernommen, der wegen der hohen Wärmeübergangszahlen und der zusätzlichen hohen Grädigkeit sehr klein wird.

Für den Fall, daß der Trockenkühlturm als Kondensator betrieben wird und das zu kühlende Medium Dampf ist, sieht die Erfindung vor, daß der zu kondensierende Dampf zunächst durch den luftgekühlten Wärmeübertrager und dann durch einen in Serie dazu geschalteten wassergekühlten Hilfskondensator geleitet wird. Man kann erfindungsgemäß auch einen Teil des zu kondensierenden Dampfes direkt in einen wassergekühlten Hilfskondensator und den Hauptteil durch den Trockenkühlturm leiten. Der Teil des zu kondensierenden Dampfes, der in den wassergekühlten Hilfskondensator geleitet wird, kann erfin-

109800/0911

BAD ORIGINAL

dungsgemäß ein vom Hauptdampf abgezweigter Teilstrom sein. Pur einen Sonderfall, der beim Einsatz in Kraftwerken zur Anwendung kommt, sient die Erfindung vor, daß der in den wassergekühlten Hilfskondensator eingeleitete Dampfstrom Anzapfdampf aus einer Turbinenanzapfung vor der letzten Stufe ist. Dadurch wird einerseits die Anlage verkleinert und andererseits auch die letzte Turbinenstufe entlastet, die besonders bei hohen Lufttemperaturen einer starken Belastung unterworfen ist. ·

Wenn der Trockenkühl turm zur Kühlung eines Mediums dient, dessen Aggregatzustand sich bei der Kühlung nicht ändert, sieht die Erfindung vor, einen Teilstrom des Mediums abzuzweigen und in einen wassergekühlten Värmeübertrager zu leiten oder aber das zu kühlende Medium zunächst durch den Trockenkühlturm und dann durch einen in Serie dazu geschalteten Hilfskühler zu leiten.

Als Kühlwasser für den Naßkühlteil dient erfindungsgemäß Brunnen- oder Oberflächenwasser. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als Kühlwasser Kreislaufwasser benutzt wird, das in einem Kleinkühlturm rückgekühlt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß aus einem von Wasser berieselten Kühleinbau, der kühlluftseitig parallel zu den trockenen Wärmeübertragungsflächen des Trockenkühlturmes angeordnet ist und dessen Wasser zur Kühlung des Hilf skondensators bzw. Hilfskühlers dient. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind sowohl der Kühleinbau als auch der Hilfskondensator bzw. Hilfskühler stirnseitig vor den in bekannter Weise dachartig angeordneten Wärmeübertra-

109800/0911

BAD ORiGfNAL

gungsflachen des Kühlturmes angeordnet. Der Ventilator braucht dabei nicht größer ausgelegt zu werden, da der geringfügige Rückgang des Luftdurchsatzes an den trokkenen Wärmeübertragungsflächen durch eine leichte Vergrößerung des Naßkühlteiles ausgeglichen werden kann.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, erfindungsgemäß an sich bekannte Steuer- und Eegeleinrichtungen vorzusehen, die, wenn das zu kühlende Medium einen bestimmten Druck oder eine bestimmte Temperatur, erreicht hat, selbsttätig ein Ventil öffnen, durch das ein Teil des zu kühlenden Mediums den wassergekühlten Kühlflächen zugeleitet wird, und im Kühlwasserkreislauf eine Umwälzpumpe anzuordnen, die gleichzeitig eingeschaltet wird und den Naßkühlteil beaufschlagt.

Die Anlage braucht nur im Sommer in Betrieb genommen zu werden, wenn die Lufttemperaturen eine bestimmte Höhe überschreiten. ELn besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß der Verdunstungsverlust an Wasser nur etwa halb so groß ist wie der bei der bekannten Einspritzung in die Kühlluft verdunstende Anteil. Gegen die Verwendung von normalem, nur leicht behandeltem Zusatzwasser, wie es bei Naßkühltürmen üblich ist, bestehen keine Bedenken.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem Trockenkühlturm als Kondensator und parallel geschaltetem Hilfskondensator dargestellt. Es zeigen:

Pig. 1 eine Vorderansicht und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Luftkondensationsanlage in Dachbauform gemäß vorliegender Erfindung.

ιο**οι/ο·ιι ~ "

Die üblicherweise benutzte Konstruktion besteht aus den luftgekühlten Kondensatorelementen 1 Mit der Dampf zuführungsleitung 2 und der Kondensatkammer 17 zur Sammlung und Abführung des Kondensates, einem zur Luftförderung dienenden Ventilator 3 mit dem Motor 15 und der Stützkonstruktion 4-, Zusätzlich zu dieser bekannten Bauweise ist stirnseitig vor dem trockenen Kühlturm ein wassergekühlter Zusatzkondensator 5 Bit einer Dampfzuführungsleitung 6, in der ein Absperr- oder Regelventil 7 sitzt, angeordnet. Darunter befindet sich ein JTaßkühler 6, der mit dem Zusatzkondensator 5 über die Verbindungsleitungen 10, 11, 12 verbunden ist. In der Verbindungsleitung 12 sitzt eine Umwälzpumpe 9 mit dem Kot or 16.

Venn bei hohen Lufttemperaturen die Leistung zurückgeht, wird das Ventil 7 ganz oder teilweise geöffnet, so daß ein Teil des Dampfes durch die Leitung 6 in den Zusatzkondensator 5 gelangt. Die in diesem befindlichen Bohre werden von Kühlwasser durchflossen, das anschließend durch die Leitung 10 in den Naßkühler 8 ströat, in diesem herabrieselt und durch direkten Kontakt nit der Luft gekühlt wird. Das gekühlte Wasser gelangt über die Leitung 11, die Pumpe 9 und die Leitung 12 wieder in Kühlrohre des Zusatzkondeneators 5· Die Luft für den Haßkühler wird vom Haupt strom der Luft abgezweigt. Sie erwärmt sich, wird gleichzeitig befeuchtet und entweicht in Richtung des Pfeiles 1J ins freie. Benutzt man eine . Konstruktion mit saugenden Ventilatoren oder mit natürlichem Auftrieb, so ist die Stromungerichtung der Luft umgekehrt.

Am Eintritt in den Haßkühler ist eine Vorrichtung 14- angeordnet, die dazu dient, den Nebenluftetrom abzusperren oder zumindest zu drosseln« wenn der Zueatskondeneator

1Q9T8Q9/0911

nicht in Betrieb ist. Die Vorrichtung 14 kann beispielsweise eine Jalousie sein, die gleichzeitig mit dem Ventil 7 geöffnet und geschlossen wird. Sie kann aber auch aus einem dem Kondensatorelement 1 ähnlichen Hilfskühlelement bestehen, das z. B. zur Unterkühlung des Kondensators oder der im Dampf enthaltenen Luft oder Inertgase dient. Vird der Zusatzkondensator 5 mit dem dazugehörigen Kühlkreislauf in Betrieb genommen, so muß die Luft des Hilfskühlelementes zusätzlich den Regen des Naßkühlers durchströmen. Der hierdurch bedingte erhöhte Widerstand muß bei der Auslegung selbstverständlich berücksichtigt werden.

Nach einer anderen Ausführungsmöglichkeit wird der Trokkenkühlturm als Kondensator 1 mit dem Hilfskondensator in Serie geschaltet. Dann ist die Leitung 6 statt an die Dampfleitung 1 an die etwas vergrößert ausgeführte Kondensatkammer 17 angeschlossen. Die weitere Anordnung bleibt bestehen. B^i öffnen des Ventils 7 wird eine noch nicht kondensierte Teildampfmenge aus den Kondensatkammern 17 in den Hilfskondensator 5 strömen, der dann vor allem der Kühlung der im Dampf enthaltenen Luft und der Inertgase dient und damit das Hilfkühlelement entlastet.

Patent ansprüche 109809/0911

Claims

Pat ent ansprüche

Verfahren zum Betriet) eines Trockenkühlturmes, bei dem das zu kühlende Medium durch Wärmeübertrasunssflächen geleitet wird, die durch atmosphärische Luft gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zu kühlenden Kediums statt an den Wärmeübertragungsflachen des Trockenkühlturmes in einem wassergekühlten Wärmeübertrager gekühlt wird, wobei dieser Teil so bemessen wird, daß die Leistung konstant bleibt.

ι 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenkühlturm als Kondensator betrieben wird und das zu kühlende Medium Dampf ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zu kondensierende Dampf zunächst durch den luftgekühlten Wärmeübertrager und dann durch einen in -Serie dazu geschalteten wassergekühlten Hilfskondensator geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenkühlturm als Kondensator betrieben wird und das zu kühlende Medium Dampf ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zu kondensierenden Dampfes in einen wassergekühlten Hilfskondensator geleitet wird.

4i Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des zu kondensierenden Dampfes, der in den wassergekühlten Hilfskondensator geleitet wird, ein von dem Kauptdampf abgezweigter Teilstrom ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

101166/0011

daß der in den wassergekühlten Hilfskondensator geleitete Dampfstrom Anzapfdampf aus einer Turbinenanzapfung vor der letzten Stufe ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenkühlturm zur Kühlung eines Mediums dient, dessen Aggregatzustand sich bei der Kühlung nicht ändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Mediums abgez\ireigt und in einen wassergekühlten Wärmeübertrager geleitet wird oder daß das zu kühlende Medium zunächst durch den Trockenkühlturm und dann durch den in Serie dazu geschalteten Hilfskühler geleitet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch, gekennzeichnet, daß der wassergekühlte Wärmeübertrager "bzw. Hilfskondensator durch Brunnen- oder Oberflächenwasser oder durch Kreislaufwasser gekühlt wird, das in einem Kleinkühlturm rückgekühlt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß kühlluft seit ig parallel zu den trockenen Wärmeübertra-

. gunsflachen (1) eines Trockenkühlturmes ein mit Wasser berieselter Kühleinbau (8) angeordnet ist, dessen Wasser zur Kühlung des Hilfskondensators (5) bzw. Hilfskühlers dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Kühleinbau (8) als auch der Hilfskondensator (5) bzw. Hilfskühler stirnseitig vor den in bekannter Weise dachartig angeordneten Wärmeübertragungeflächen (1) des Trockenkühlturmes angeordnet sind

109809/0911 _r

BAO

- ίο -

10. "Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, gekennzeichnet durch eine Absperrvorrichtung (14-) für die Kühlluft des Naßkühlteils-(8).

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9» gekennzeichnet durch ein Hilf skühl el ement (14) zur Drosselung der Kühlluft des Naßkühlteils (8).

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11, gekennzeichnet durch an sich bekannte Steuer- und Regeleinrichtungen, die, wenn das zu kühlende Medium einen bestimmten Druck oder eine bestimmte Temperatur erreicht hat, selbsttätig ein Ventil (7) öffnen, durch, das ein Teil des kühlenden Mediums den wassergekühlten Kühlflächen (5) zugeleitet wird und daß eine Umwälzpumpe (9) vorgesehen ist, die gleichzeitig eingeschaltet wird und den Naßkühlteil (8) beaufschlagt.

- BAD ORIGINAL