DE2424059C3

DE2424059C3 - Kühlturm

Info

Publication number: DE2424059C3
Application number: DE2424059A
Authority: DE
Inventors: Hans-Bernd Dipl.-Ing. Gerz; Franz-J. Dr.-Ing. Schulenberg
Original assignee: GEA Luftkuehlergesellschaft Happel GmbH and Co KG
Current assignee: GEA Luftkuehlergesellschaft Happel GmbH and Co KG
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1974-05-17
Publication date: 1979-04-26
Also published as: DE2424059A1; DE2424059B2; ZA752557B; ES434966A1; JPS50146954A; US3944636A; JPS5237216B2; CH580793A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlturm gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Bauart eines Kühlturms der vorstehenden Gattung (DE-OS 22 42 058) sind sowohl der Trockenkühlteil als auch der Naßkühlteil in Umfangsrichtung des Kühlturms in einzelne V-förmige Sektoren aufgegliedert. Dabei ist jeweils ein Sektor des Trockenkühlteils von zwei Sektoren des Naßkühlteils bzw. ein Sektor des Naßkühlteils von zwei Sektoren des Trockenkühlteils eingeschlossen. Es entstehen auf diese Weise radial verlaufende sektorförmige, durch Trennwände zwischen den abwechselnd aufeinanderfolgenden Sektoren definierte nasse und trockene Gassen, die bis auf einen zentralen Totraum, der zur Anordnung von Rohrleitungen und als Transportschleuse benutzt wird, den Kühlturmquerschnitt ausfüllen und zur Turmachse hin schmaler werden.

In den Sektoren des Naßkühlteils rieselt das zu kühlende Medium, in der Regel Wasser, durch bodenseitige öffnungen über Rieseleinbauten im Gegenstrom zu der aufsteigenden Kühlluft herab. Bodenseitig weist jeder dieser Sektoren ein Sammelbekken für das herabgerieselte Wasser auf.

Die Sektoren des Trockenkühlteils sind oberseitig durch dachförmige Wärmetauschelemente abgedeckt, die innenseitig mit dem zu kühlenden Medium beaufschlagt sind. Die Wärmetauschelemente sind im Turm radial ausgerichtet strahlenförmig hintereinander angeordnet

ίο Die sektorenweise Aufgliederung des Trockenkühlteils und des Naßkühlteils ist mit einem sehr hohen baulichen Aufwand verbunden. Er ist jedoch erforderlich, um zwischen jedem Sektor des Naßkühlteils und des Trockenkühlteils eine einwandfreie Trennung

is herbeizuführen. Die dazu benutzten Trennwände sind unbedingt erforderlich, um hinsichtlich des Betriebsverhaltens jeden schädlichen Einfluß des Trockenkühlteils auf den Naßkühlteil und umgekehrt auszuschließen. Neben dem hohen baulichen Aufwand führt die Anordnung von radialen Trennwänden aber auch zu einer starken Windanfälligkeit der bekannten Vorrichtung. Nachteilig ist ferner, daß durch die sektorenweise Aufteilung des Naßkühlteils und des Trockenkühlteils ein extrem hoher Aufwand für die Rohrleitungsführung beider Teile erforderlich ist. Auch wird der Aufwand zur Herstellung der Wassersammelbecken unterhalb der Sektoren des Naßkühlteils sehr hoch. Darüber hinaus ist festzustellen, daß durch die sektorenweise Aufteilung des NaßkUhlteils und des Trockenkühlteils der Vermischungseffekt der aufsteigenden warmen trockenen mit der nassen Luft sehr gering ist. Es bilden sich vielmehr mehr oder weniger scharf gegeneinander abgegrenzte trockene und nasse, annähernd fadenförmige Warmluftströme aus, die die Bildung einer Schwadenfahne am oberen Kühlturmende nicht vermeiden. Der gleiche Eintrittsquerschnitt für die Kühlluft am Umfang des Kühiturms für die Sektoren des Naßkühlteils und des Trockenkühlteils und damit die gleiche Lufteintrittshöhe erlaubt es schließlich nicht, diese Höhe insbesondere an den Naßkühltcil und dessen Auslegungskriterien anzupassen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Kühlturm der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Gattung zu schaffen, bei dem einerseits eine Schwadenfahne aus dem Betriebsverhalten des Naßkühlteils vermieden und bei dem andererseits die Betriebscharakteristik eines reinen Trockenkühlteils verbessert wird, wobei die konstruktiven Eigenarten sowohl des Trockenkühlteils als auch des Naßkühlteils weitgehend unabhängig voneinander verwirklicht werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalendes Anspruches 1 gesehen.

Danach sind erfindungsgemäß die dachförmigen VVärrneiauschelemenie des Trockenkühlteils unmittelbar nebeneinander benachbart in zueinander konzentrischen Ringstufen angeordnet. Die radial äußere Ringstufe endet oberhalb der Eintrittsöffnungen für die Kühlluft, während die radial nächst innere Ringstufe hinsichtlich der einzelnen Wärmetauschelemente im Vergleich zu der äußeren Ringstufe weniger steil angestellt ist. Auch die darauffolgende Ringstufe, die gegebenenfalls die innere Ringstufe sein kann, ist wiederum gegenüber der mittleren Ringstufe weniger

<>5 steil angestellt. Die Ringstufen fallen dadurch konkav schalenförmig in Richtung auf die Turmachse hin ab.

Diese Ausbildung bewirkt eine äußerst geringe Windempfindlichkeit. Die Kühlluft kann frei durch die

unteren umfangsseitigen Eintrittsöffnungen radial in den Kühlturm eintreten und gelangt auf diese Weise unbehindert zu allen im äußeren Radialbereich des Kühlturms ringförmig angeordneten Wärmetauschelementen des Trockenkühlteils und zu den Zust -ömöffnungen des im Zentrum des Kühlturms angeordneten säuieiiartigen Naßkühlschachtes. Dabei wirkt sich der stetig sich verengende Querschnitt unterhalb der Wärmetauschelemente besonders günstig für eine gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmetauschelemente aus. Leitkanäle mit entsprechenden Trennwänden, die Kühlluft einmal zum Trockenkühlteil und einmal zum Naßkühlteil hinführen, gelangen völlig in Fortfall, so daß der Herstellungsaufwand gesenkt und damit eine erhebliche Kosteneinsparung bei der Fertigung erzielt wird.

Ferner wird durch die zentrale Anordnung des Naßkühlschachtes erreicht, daß nur im Querschnitt dieses Naßkühlschachtes, und zwar unterhalb der in diesem vorgesehenen Rieseleinbauten, ein Samr.xlbekken für das zu kühlende Medium vorgesehen zu werden braucht. Hierdurch wird der Herstellungsaufwand noch weiter verringert. Außerdem können dank der erfindungsgemäßen Anordnung die Rieseleinbauten im Naßkühlschacht in der für die Betriebscharakteristik günstigsten Einbauhöhe vorgesehen werden. Eine gegenseitige Beeinflussung des Naßkühlteils und des Trockenkühlteils wird eindeutig vermieden. Auch wird der bauliche Aufwand der erforderlichen Unterstützungskonstruktionen stark reduziert. Schließlich ist es noch von besonderem Vorteil, daß die Pumphöhe für das im Naßkühlteil zu kühlende Medium relativ gering gehalten werden kann.

Durch die konzentrische Anordnung des inneren Naßkühlteils und des Trockenkühlteils wird die feuchtigkeitsgesättigte, aus dem Naßkühlteil aufsteigende Warmluft mit einem Mantel aus trockener Warmluft umgeben, der sich bis zur oberen zentralen Abströmöffnung des Kühlturms intensiv mit der feuchtigkeitsf-:iättigten Warmluft vermischt und eine Schwadenbildung damit sicher verhindert. Bekanntlich wird schon bei reinen Naßkühltürmen im Sommerbetrieb bei höheren Außenlufttemperaturen und niedriger ielativer Luftfeuchtigkeit die Schwadenfahne des Kühlturms an der Mündung schnell abgebaut und nicht mehr als Belästigung empfunden. Dieser Prozeß der Schwadenbeseitigung, welcher bei den konventionellen Naßkühltürmen allerdings nur bei günstigen Witterungsbedingungen beobachtet wird, beginnt bei der Erfindung indessen schon im Kühlturminneren kurz oberhalb der Einbauten. Da aus dem im Vergleich zu dem Naßkühlteil querschnittsmäßig wesentlich größeren Trockenkühlteil ein Mehrfaches an Luft austritt und diese die feuchtigkeitsgesättigte Luft von allen Seiten einschließt, sind für die Schwadenbeseiligung, und zwar unabhängig von der Jahreszeit, günstige Voraussetzungen für das Betriebsverhalten und die Betriebscharakteristik gegeben. Im Hinblick auf die besonderen Probleme des Umweltschutzes und der Wasserverknappung ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung eine Kombination von Naßkühlteilen mit Trockenkühlteilen auch für Anlagen mit größten Leistungen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß der mittlere Durchmesser des zentralen Naßkühlschachtes einem Drittel bis einem Sechstel des Kühlturmdurchmessers im Bereich der Eintrittsöffnungen für die Kühlluft entspricht. Hierdurch wird ein ausgewogenes Verhältnis der Bet.iebscharakteristiken des Naßkühlteils und des Trockenkühlteils unabhängig von den Jahreszeiten gewährleistet.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß im zentralen Naßkühlschacht die Rieseleinbauten e»wa in Höhe der inneren Kingstufe und/oder weiter oberhalb ein oder mehrere Ventilatoren mit vertikaler Achse angeordnet sind. Diese Maßnahmen ermöglichen es, die jeweils günstigste Einbauhöhe für die Rieseleinbauten zu

ίο wählen, ohne daß der Trockenkühlteil beeinflußt wird. Im einzelnen bedeutet das eine Einsparung an Unterstützungskonstruktionen und eine geringe Pumphöhe für das zu kühlende Medium. Durch die Anordnung eines oder mehrerer Ventilatoren ergeben sich zusätzliche Vorteile dadurch, daß die Vermischung der aus dem Naßkühlteil und aus dem Trockenkühlteil aufsteigenden Luftströme sehr intensiv und mit geringem Aufwand erfolgt. Außerdem kann bei der Verwendung mindestens eines Ventilators die Größe des Naßkühlteils bei gleicher Leistung kleiner gehalten werden. Der Herstellungsaufwand wird somit gesenkt. Auch gestattet der Einsatz wenigstens eines Ventilators bei Bedarf eine Verbesserung der Regelungsmöglichkeiten bei der Verschiebung der Wärmelast zwischen dem Naßkühlteil und dem Trockenkühlteil.

Nach der Erfindung ist es weiter von Vorteil, daß die obere Abströmöffnung des zentralen Naßkühlschachtes oberhalb der Eintrittsöffnungen für die Kühlluft liegt und/oder in ihrem Bereich Drallvorrichtungen zum Vermischen der von den Wärmetauschelementen und aus dem Naßkühlscnacht aufsteigenden erwärmten Luft vorgesehen sind. Der zentrale Naßkühlschacht kann hierbei mit einem sich in Richtung zui oberen Abströmöffnung hin trompetenförmig erweiternden Querschnitt versehen sein.

Die Drallvorrichtungen bewirken allein oder auch in Verbindung mit den gegensinnigen Krümmungen der Wände des Kühlturms und des Naßkühlschachtes einerseits eine Führung der Luftströmung aus dem Trockenkühlteil und aus dem Naßkühlteil gewisse!maßen im Kreuzstrom und andererseits eine intensive Durchmischung der aus den einzelnen Teilen aufsteigenden erwärmten Luft.
Zusätzlich kann es gegebenenfalls sinnvoll sein, daß im Höhenbereich zwischen den Rieseleinbauten und dem Ventilator bzw. den Ventilatoren in den Wandungen des Naßkühlschachtes durch Jalousien verschließbare öffnungen vorgesehen sind. Schließlich kann es noch zweckmäßig sein, daß die in den unteren umfangsseitigen Wandabschnitten des Naßkühlschachtes vorgesehenen Zuströmöffnungen für die Kühlluft durch Jalousien verschließbar sind. Durch diese Maßnahmen kann eine Optimierung der Wärmeaustauschleistung erfolgen, derart, daß die Wärmeleistung zwischen dem Trockenküh'tei! und dem Naßkühiicil in Grenzen verlagerbar ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 teilweise in Ansicht, teilweise im vertikalen Längsschnitt einen Kühlturm mit einem Naßkühlteil und einem den Naßkühlteil kreisringförmig umgebenden Trockenkühlteil und

Fig.? einen horizontalen Querschnitt durch eine

br, Hälfte des Kühlturms der F i g. I gemäß der Linie 11-11.

Die der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich schematisch gehaltenen Daistellungen der Fig. ! und 2 zeigen einen Kühlturm 1 bekannter Quervichnittsgestal-

tung in Stahlbetonausführung. Über den wesentlichsten Teil seiner Höhe ist der Kühlturm 1 umfangsseitig geschlossen. Im unteren bodenseitigen Bereich werden durch umfangsseitige Stützkonstruktionen 2 Öffnungen 3 in den Wänden 4 geschaffen, durch die Kühlluft radial in der. Tnrmqucrschnit'. eintreten kann. Die erwärmte Luft tritt über eine obere zentrale Abströmöffnung 5 aus dem Kühlturm 1 aus.

Koaxial zur Längsmiltelachse 6 des Kühlturms 1 ist ein zentraler säulenartiger Naßkühlschacht 7 angeordnet. Die Höhe des Schachtes 7 ist so bemessen, daß dessen obere Abströmöffnung 8 oberhalb der umfangsseitig des Kühlturms 1 in dessen Wänden vorgesehenen Einströmöffnungen 3 für die Kühlluft liegt.

Der Naßkühlschacht 7 kann in Stahlbeton ausgeführt sein. Es sind aber auch andere Ausführungen denkbar. Im unteren Höhenbereich sind die Wände 9 des Naßkühlschachtes 7 durchbrochen und mit Öffnungen 10 versehen, die durch Jalousien 11 verschließbar sind. Oberhalb der Öffnungen 10 ist der Querschnitt des Naßkühlschachtes 7 von Rieseleinbauten 12 bekannter und deshalb hier nicht näher beschriebener Bauart durchsetzt, über welche das zu kühlende Medium im Gegenstrom zu der durch die Öffnungen 10 seitlich einströmenden und nach oben ziehenden Kühlluft herabrieselt. Die Zuführungsleitungen für das innerhalb des Naßkühlschachtes 7 zu kühlende Medium sind zur Aufrechterhaltung der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt.

Im Abstand oberhalb der Rieseleinbauten 12 ist ein um eine vertikale Achse umlaufender Ventilator 13 vorgesehen, dessen Außendurchmesser nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Naßkühlschachtes 7 in diesem Höhenbereich gehalten ist.

Im Höhenbereich zwischen dem Ventilator 13 und den Rieseleinbauten 12 sind in den Wänden 9 des Schachtes 7 ebenfalls Öffnungen 14 vorgesehen, die auch mit Jalousien 15 verschließbar sind. Sowohl die Jalousien 11 in den Wandabschnitten unterhalb der Rieseleinbauten 12 als auch die Jalousien 15 oberhalb der Rieseleinbauten 12 sind beim Ausführungsbeispiel geöffnet dargestellt. Die Betätigungseinrichtungen für die lalousien 11 und 15 sind zur Einhaltung der zeichnerischen Übersichtlichkeit ebenfalls nicht dargestellt

Die vertikale Querschnittsform des Naßkühlschachtes 7 ist so bemessen, daß in Richtung zu dessen oberer Abströmöffnung 8 hin diese eine sich trompetenartig erweiternde Ausgestaltung aufweist.

Der horizontale Querschnittsbereich des Kühlturmes 1 zwischen dem Naßkühlschacht 7 und der Kühlturmwände 4 ist von einem Trockenkühlteil bedeckt Dieser wird von einzelnen dachförmigen Wärmeaustauscher elementen 16 gebildet. Jedes Wärmeaustausche reit, ment 16 weist im vertikalen Querschnitt eine etw« dreieckige Form auf, wobei die beiden Dachseiten vor geneigten berippten Rohren gebildet werden, die jeweils kopf- und fußseitig durch Verteiler- bzw Sainnielkamrnern miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Wärmeaustauscherelemente 16 erfolgi beim Ausführungsbeispiel radial in drei zueinander konzentrischen Ringen A, Sund C, wobei die Zuführung des zu kühlenden Mediums zu den Wärmeaustauscherelementen 16 im einzelnen nicht näher dargestellt ist.

Die Gesamtausbildung der drei zueinander konzentrisch liegenden Ringe A, B, Cist, wie Fig. 1 erkenner läßt, im vertikalen Querschnitt etwa schalenförmig be zur Turmmittelachse 6 hin abfallender Anordnung. Die Wärmeaustauscherelemente 16 des äußeren Ringes A enden dabei oberhalb der Eintrittsöffnungen 3 für die Kühlluft. Die Wärmeaustauscherelemente der einzelner Ringe sind auf Stützen 17 gelagert, welche zugleich auch die nicht näher dargestellten Zu- und Abflußleitunger für das zu kühlende Medium aufnehmen.

Es ist den zeichnerischen Darstellungen zu entnehmen, daß bei geschlossenen Jalousien 15 im Naßkühl schacht 7 oberhalb der Rieseleinbauten 12 der äußere Trockenkühlteil nach dem Naturzugsystem und der innere Naßkühlteil durch die unterhalb der Rieseleinbauten 12 offenen Jalousien 11 und dem in dem Naßkühlschacht 7 angeordneten Ventilator 13 zwangs-

belüftet gefahren wird. Erfordert es jedoch die Betriebssituation aufgrund der Jahreszeit bzw. in Abhängigkeit von der Menge oder der Temperatur des zu kühlenden Mediums, daß nur mit dem Trockenteil gefahren werden soll, so werden die unterhalb der Rieseleinbauten 12 vorgesehenen Jalousien 11 geschlossen, während die oberhalb der Rieseleinbauten 12 angeordneten Jalousien 15 geöffnet werden. Bei dann immer noch laufendem Ventilator 13 wird die oberhalb des Trockenkühlteils vorhandene erwärmte Luft dann zumindest im Bereich des inneren Ringes C teilweise durch die Öffnungen 14 durch den Ventilator 13 gezogen, so daß ein beschleunigter Auftrieb und damii ein verbesserter Wärmeaustausch erzielt wird. Es isi also durch eine bestimmte Regelung der Jalousien 11 und 15 im Naßkühlschacht 7 möglich, die Wärmeleistung des Kühlturms 1 in Grenzen zwischen dem Trocken- und dem Naßkühlteil zu verlagern.

Auch die Wärmeaustauscherelemente 16 können mit regelbaren Jalousien versehen sein.

Im bodenseitigen Bereich des Naßkühlschachtes 7 ist ein Sammelbecken 18 zum Auffangen des über die Einbauten 12 herabrieselnden Mediums angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlturm mit unteren umfangsseiiigen Eintrittsöffnungen für die Kühlluft und einer oberen zentralen Abströmöffnung für die aufgewärmte Abluft, bei dem die Kühlluft einerseits im unmittelbaren Gegenstrom zu einem zu kühlenden Medium fließt, das im Turm über darin angeordnete Einbauten in ein Sammelbecken herabrieselt (Naßkühlteil) und dazu andererseits in Parallelführung mit einem zu kühlenden Medium innenseitig beaufschlagte dachförmige Wärmetauschelemente umströmt (Trockenkühlteil), die im Turm radial ausgerichtet strahlenförmig hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmctauschelemente (16) des Trockenkühlteils in mehreren benachbarten konzentrischen, zur Turmachse (6) hin schalenförmig abfallenden Ringstufen (A, B, C) zusammengefaßt sind, wobei die äußere Ringstufe (A) außen oberhalb der Eintrittsöffnungen (3) für die Kühlluft endet und die innere Ringstufe (C) einen mit Rieseleinbauten (12) ausgerüsteten, zentral im Turm angeordneten, oben offenen Naßkühlschacht (7) mit unteren umfangsseitigen Zuströmöffnungen (10) für die Kühlluft umgibt.

2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser des zentralen Naßkühlschachtes (7) einem Drittel bis einem Sechstel des Kühlturmdurchmessers im Bereich der Eintrittsöffnungen (3) für die Kühlluft entspricht.

3. Kühlturm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Naßkühlschacht (7) die Rieseleinbauten (12) etwa in Höhe der inneren Ringstufe (C) und/oder weiter oberhalb ein oder mehrere Ventilatoren (13) mit vertikaler Achse angeordnet sind.

4. Kühlturm nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Abströmöffnung (8) des zentralen Naßkühlschachtes (7) oberhalb der Eintrittsöffnungen (3) für die Kühlluft liegt und/oder in ihrem Bereich Drallvorrichtungen zum Vermischen der von den Wärmetauschelementen (16) und aus dem Naßkühlschacht (7) aufsteigenden erwärmten Luft vorgesehen sind.