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Dokumentenidentifikation DE3421200C2 19.05.1993
Titel Zwangsbelüftete Kondensationsanlage
Anmelder Balcke-Dürr AG, 4030 Ratingen, DE
Erfinder Ruscheweyh, Hans, Dr.-Ing., 5100 Aachen, DE
Vertreter Stenger, A., Dipl.-Ing.; Watzke, W., Dipl.-Ing.; Ring, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 4000 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 07.06.1984
DE-Aktenzeichen 3421200
Offenlegungstag 24.01.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.05.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.1993
IPC-Hauptklasse F28B 1/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine zwangsbelüftete Kondensationsanlage mit einer Mehrzahl von Wärmeaustauschelementen, vorzugsweise dachförmigen Wärmeaustauschelementen mit einer den First der Elemente bildenden Dampfverteilleitung, denen die Kühlluft durch Lüfter zugeführt wird, wobei die unmittelbar neben einem Turbinenhaus befindlichen Wärmeaustauschelemente parallel zueinander ausgerichtet sind.

Derartige zwangsbelüftete Kondensationsanlagen sind beispielsweise der DE-OS 25 45 061 zu entnehmen, die in den Fig. 1 und 2 eine Mehrzahl von Wärmeaustauschelementen offenbart, die jeweils an ihrer Oberseite mit einem saugenden Lüfter ausgestattet sind. Auch die DE-OS 21 07 013 zeigt in Fig. 1 eine derartige zwangsbelüftete Kondensationsanlage aus einer Mehrzahl von Wärmeaustauschelementen, die parallel zueinander ausgerichtet sind und gruppenweise mit Kühlluft beaufschlagt werden, welche durch saugende Lüfter zugeführt wird.

Wenn derartige parallel zueinander ausgerichtete Wärmeaustauschelemente unmittelbar neben einem Turbinenhaus angeordnet werden, ergeben sich für die innenliegenden Wärmeaustauschelemente luftseitig ungünstige Zuströmverhältnisse. Da die Wärmeaustauschelemente unmittelbar neben jeweils einem Turbinenhaus angeordnet sind, sind praktisch drei von vier Seiten der Wärmeaustauschelemente als Zuströmquerschnitt für die Kühlluft versperrt. Demzufolge ist auf der freibleibenden Seite die Luftgeschwindigkeit sehr hoch, weil über diesen einzigen Querschnitt sämtliche Lüfter mit Frischluft versorgt werden müssen.

Mit zunehmender Geschwindigkeit der den Lüftern der Wärmeaustauschelemente zugeführten Kühlluft nimmt die Rezirkulation von Warmluft zu, so daß die Lüfter ein Luftgemisch ansaugen, das eine höhere Temperatur als die Umgebungsluft hat. Als unmittelbare Folge tritt ein Absinken der Kühlleistung und damit eine Verringerung des Kondensationswirkungsgrades der zwangsbelüfteten Kondensationsanlage ein. Die Rezirkulation von warmer Luft, d. h. von Kühlluft, die durch Wärmeaufnahme beim Zuströmen der Wärmeaustauschelemente erwärmt worden ist, nimmt schließlich beim Auftreten von Seitenwind zu, wenn dieser Seitenwind entgegengesetzt zur Zuströmrichtung der Kühlluft bläst, d. h. aus der Richtung der Turbinenhäuser kommt. In diesem Fall lenkt der Seitenwind die aus den Wärmeaustauschelementen austretende Warmluft in Richtung auf die zuströmende Frischluft um: Eine Zunahme der Warmluftrezirkulation und damit eine Abnahme des Kondensationswirkungsgrades sind die zwangsläufige Folge.

In der jüngeren Vergangenheit ist ein Trend zu immer größeren Kraftwerksleistungen mit Direktkondensationsanlagen erkennbar. Hierbei wird Turbinendampf über großvolumige Leitungen direkt in zwangsbelüftete Wärmeaustauschelemente geführt und dort kondensiert. Die Förderung der Kühlluft erfolgt durch Lüfter, die üblicherweise auf der Frischluftseite unterhalb der Wärmeaustauschelemente angeordnet sind. Zur Vermeidung langer Wege, die ein Absinken der Kondensationstemperatur und damit eine Verschlechterung des Kondensationswirkungsgrades zur Folge haben, werden die Wärmeaustauschelemente unmittelbar neben dem Turbinenhaus angeordnet.

Es sind Kondensationsanlagen bekannt, bei denen zur Verringerung des Platzbedarfs die Wärmeaustauschelemente dachförmig angeordnet sind, wobei der First dieser dachförmigen Wärmeaustauschelemente durch die Dampfverteilleitung gebildet wird. Da aus thermo-hydraulischen Gründen die Länge eines Wärmeaustauschelements begrenzt ist, werden die dachförmigen Austauschelemente vorzugsweise parallel zur Front des Turbinenhauses ausgerichtet, so daß trotz der begrenzten Länge der Wärmeaustauschelemente die gesamte Kondensationsanlage beliebig tief gebaut werden kann.

Insbesondere wenn aus Platzgründen mehrere Kraftwerksblöcke nebeneinander angeordnet sind, ergeben sich für die innen liegenden Wärmeaustauschelemente der Kondensationsanlage - wie eingangs dargelegt - luftseitig ungünstige Zuströmverhältnisse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zwangsbelüftete Kondensationsanlage der voranstehend beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Rezirkulation von warmer Abluft auch bei ungünstigen Windverhältnissen erheblich verringert wird, ohne daß hierfür aufwendige Windleitvorrichtungen oder Luftleiteinrichtungen installiert werden müssen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an dem parallel zum Turbinenhaus verlaufenden Rand der Kondensationsanlage ein konzentrierter Luftstrahl in der Art einer aerodynamischen Wand ausgeblasen wird, dessen Strömungsgeschwindigkeit höher als die Austrittsgeschwindigkeit der Kühlluft aus den in der Mitte angeordneten Wärmeaustauschelementen ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß die aus den Wärmeaustauschelementen nach oben austretende, durch die Kondensation des Dampfes erwärmte Abluft auch am Rand der Kondensationsanlage im wesentlichen nach oben abströmt und in höhere Luftschichten gelangt. Der eine Art aerodynamische Wand bildende konzentrierte Luftstrahl am Rand der Kondensationsanlage führt auch in diesem Bereich der Anlage die warme Abluft nach oben und verhindert dadurch, daß Teilmengen der erwärmten Luft vom Sog der Frischluft erfaßt und rezirkulierend den Wärmeaustauschelementen zugeführt werden. Die im konzentrierten Luftstrahl enthaltene kinetische Energie bewirkt auch eine Umlenkung der warmen Abluft nach oben, wenn Wind aus ungünstigen Richtungen, insbesondere vom Turbinenhaus kommend, die warme Abluft in Richtung auf die Ansaugöffnung der Kondensationsanlage treibt. Trifft in einem solchen Fall die Windströmung auf den konzentrierten Luftstrahl auf, wird dieser zwar infolge des Windstaudruckes abgelenkt; gleichzeitig erfolgt jedoch eine Umlenkung der Windströmung nach oben, so daß auch bei ungünstigen Witterungsverhältnissen die erwärmte Abluft in höhere Luftschichten gelangt und sich ausreichend weit vom Sog der Einlauföffnung entfernt, so daß eine wirkungsvolle Verminderung der Rezirkulation erreicht wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der konzentrierte Luftstrahl durch stärkere und/oder zusätzliche Lüfter in den am Rand der Kondensationsanlage angeordneten Wärmeaustauschelementen erzeugt werden. Obwohl es in vielen Fällen ausreicht, nur an dem parallel zum Turbinenhaus verlaufenden Rand der Kondensationsanlage einen konzentrierten Luftstrahl auszublasen, kann eine verbesserte Wirkung dadurch erreicht werden, daß auch an den Seitenrändern eine aerodynamische Wand aus konzentrierten Luftstrahlen errichtet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der konzentrierte Luftstrahl durch die Verwendung von saugend wirkenden, auf der Oberseite der Wärmeaustauschelemente angeordneten Lüftern erzeugt, wogegen die in der Mitte der Kondensationsanlage angeordneten Wärmeaustauschelemente mit drückend wirkenden, an der Unterseite angeordneten Lüftern versehen sind. Diese erfindungsgemäße Ausbildung reicht in vielen Fällen aus, die zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führende Rezirkulation auf ein unschädliches Maß herabzusetzen.

Erfindungsgemäß kann der konzentrierte Luftstrahl am Rand der Kondensationsanlage auch durch Zusatzluft erzeugt werden. Hierzu können zusätzlich zu den Lüftern der am Rand liegenden Wärmeaustauschelemente angeordnete Gebläse oder separate Luftleitungen verwendet werden, welche Zusatzluft an den Rand der Kondensationsanlage führen. Im letztgenannten Fall ist es möglich, ein zentrales großes Gebläse vorzusehen, welches Zusatzluft zur Erzeugung der aerodynamischen Wand liefert.

Ein konzentrierter Luftstrahl am Rand der Kondensationsanlage kann auch durch die Verwendung von Düsen erzeugt werden, welche die Geschwindigkeit der Kühlluft am Rand der Kondensationsanlage erhöhen und auf diese Weise zu einer Art aerodynamischer Wand führen. Obwohl ein solcher Effekt auch bei der Verwendung jeweils einer Düse pro Lüfter erzielt wird, ergibt sich eine verbesserte Wirkung, wenn eine Schlitzdüse eingesetzt wird, die sich mindestens über eine Teillänge des jeweiligen Randes der Kondensationsanlage erstreckt und aus der eine Art ebener Luftstrahl mit hoher Geschwindigkeit austritt.

Während es in den meisten Fällen ausreicht, die Luftaustrittsöffnung der Düsen senkrecht auszurichten, wird mit der Erfindung schließlich vorgeschlagen, die Luftaustrittsrichtung der Düsen unter einem entgegengesetzt zur Hauptwindrichtung geneigten Winkel auszurichten. Hierdurch ist es möglich, den örtlichen Gegebenheiten auf besonders wirkungsvolle Weise Rechnung zu tragen.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kondensationsanlage dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine zwangsbelüftete Kondensationsanlage für mehrere nebeneinander stehende Kraftwerkblöcke,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Kondensationsanlage,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsmöglichkeit für die Ausbildung von Düsengehäusen,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung für eine zweite Ausführungsmöglichkeit der Düsen in Form einer Schlitzdüse,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer kompletten Kondensationsanlage mit an allen freien Rändern angeordneten Schlitzdüsen und

Fig. 8 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich um eine zwangsbelüftete Kondensationsanlage für insgesamt sechs Kraftwerksblöcke, deren Turbinenhäuser T&sub1; bis T&sub6; unmittelbar nebeneinander stehen. Jedem Turbinenhaus T&sub1; bis T&sub6; sind jeweils sechs Wärmeaustauschelemente E&sub1; bis E&sub6; zugeordnet, die sich unmittelbar an die Rückseite des jeweiligen Turbinenhauses T&sub1; bis T&sub6; anschließen.

Wie insbesondere die Seitenansicht in Fig. 2 erkennen läßt, ist jedes Wärmeaustauschelement E dachförmig aus Rippenrohren gebildet, wobei eine Dampfverteilleitung V den First des jeweiligen Wärmeaustauschelements E bildet. Sämtliche Firste der zu einem Turbinenhaus T gehörenden Wärmeaustauschelemente E liegen parallel zueinander sowie parallel zur Frontseite des Turbinenhauses T. Über eine Hauptleitung H stehen die zu einem Turbinenhaus T gehörenden Wärmeaustauschelemente E mit der auf der Zeichnung nicht dargestellten Turbine in Verbindung.

Bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 sind die am weitesten vom jeweiligen Turbinenhaus T entfernten Wärmeaustauschelemente E&sub6; mit saugenden Lüftern Ls auf der Oberseite ausgestattet, wogegen die dazwischen liegenden Wärmeaustauschelemente E&sub1; bis E&sub5; an ihrer Unterseite mit drückenden Lüftern Ld versehen sind. Hierdurch wird am parallel zum Turbinenhaus T verlaufenden Rand der Kondensationsanlage ein konzentrierter Luftstrahl S ausgeblasen, dessen Strömungsgeschwindigkeit höher als die Austrittsgeschwindigkeit der Kühlluft aus den in der Mitte angeordneten Wärmeaustauschelementen E&sub2; bis E&sub5; ist. Der konzentrierte Luftstrahl S bildet eine Art aerodynamische Wand. Durch diese aerodynamische Wand wird selbst ein aus der Richtung des Turbinenhauses T kommender Seitenwind W, der in Fig. 2 eingezeichnet ist, nach oben abgelenkt, so daß auch in diesem ungünstigsten Fall eines starken Seitenwindes die in den Wärmeaustauschelementen E&sub1; bis E&sub6; erwärmte Abluft in höhere Luftschichten gelangt. Zwar wird der konzentrierte Luftstrahl S gemäß Fig. 2 durch den Seitenwind W abgelenkt, dennoch verhindert dieser Luftstrahl S, daß erwärmte Abluft in den Sog der Einlauföffnung gelangt, durch welche Frischluft F der Unterseite der Wärmeaustauschelemente E&sub1; bis E&sub6; zugeführt wird.

Obwohl es in vielen Fällen ausreicht, den konzentrierten Luftstrahl S durch die Verwendung von saugend wirkenden, auf der Oberseite der Wärmeaustauschelemente E&sub6; angeordnete Lüfter Ls zu erzeugen, kann es notwendig sein, im Bereich der am Rand angeordneten Wärmeaustauschelemente E&sub6; stärkere und/oder zusätzliche Lüfter Ls anzuordnen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist es weiterhin möglich, den die aerodynamische Wand erzeugenden konzentrierten Luftstrahl S durch zusätzliche Gebläse G zu erzeugen, die am Rand der Kondensationsanlage angeordnet werden.

Bei der weiteren Ausführungsmöglichkeit nach Fig. 6 ist dargestellt, daß an diesem freien Rand der Kondensationsanlage ein konzentrierter Luftstrahl S auch durch separate Luftleitungen R erzeugt werden kann, die längs des freien Randes der Kondensationsanlage verlegt und mit entsprechenden Luftaustrittsöffnungen versehen sind. Diese Luftleitungen r werden beispielsweise von einem zentralen Gebläse mit Luft versorgt.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 6 tritt der konzentrierte Luftstrahl S aus Düsen aus, welche neben einer zusätzlichen Beschleunigung des Luftstrahles S dessen Bündelung bewirken. Diese Düsen D können gemäß Fig. 4 als einzelne, jeweils einem Lüfter L bzw. Gebläse G zugeordnete Düsen D ausgebildet sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 5 sind mehrere derartige Düsen zu einer Schlitzdüse Ds zusammengefaßt, so daß sich eine geschlossene, aerodynamische Wand ergibt.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der eine derartige aerodynamische Wand nicht nur parallel zum Turbinenhaus T am Rand der Kondensationsanlage erzeugt wird, sondern auch an den rechtwinklig zum Turbinenhaus T verlaufenden Rändern. Hierdurch wird die aus den Wärmeaustauschelementen E austretende Luft allseitig gegen Rezirkulation abgeschirmt. Sofern der Seitenwind W bevorzugt aus einer Richtung weht, kann gemäß Fig. 8 die Austrittsrichtung der Düse Ds entgegengesetzt zur Windrichtung geneigt werden, so daß trotz der durch den Seitenwind W erfolgten Ablenkung des konzentrierten Luftstrahles S eine im wesentlichen senkrecht nach oben verlaufende Abschirmung der warmen Abluft der Wärmeaustauschelemente E erfolgt und auch bei diesen ungünstigen Windverhältnissen eine Rezirkulation der warmen Abluft verhindert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Zwangsbelüftete Kondensationsanlage mit einer Mehrzahl von Wärmeaustauschelementen, vorzugsweise dachförmigen Wärmeaustauschelementen, mit einer den First der Elemente bildenden Dampfverteilleitung, denen die Kühlluft durch Lüfter zugeführt wird, wobei die unmittelbar neben einem Turbinenhaus befindlichen Wärmeaustauschelemente parallel zueinander ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an dem parallel zum Turbinenhaus (T) verlaufenden Rand der Kondensationsanlage ein konzentrierter Luftstrahl (S) in der Art einer aerodynamischen Wand ausgeblasen wird, dessen Strömungsgeschwindigkeit höher als die Austrittsgeschwindigkeit der Kühlluft aus den in der Mitte angeordneten Wärmeaustauschelementen E ist.
  2. 2. Kondensationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Luftstrahl (S) durch stärkere und/oder zusätzliche Lüfter (L) in den am Rand der Kondensationsanlage angeordneten Wärmeaustauschelementen (E&sub6;) erzeugt wird.
  3. 3. Kondensationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Luftstrahl (S) durch die Verwendung von saugend wirkenden, auf der Oberseite der Wärmeaustauschelemente (E&sub6;) angeordneten Lüftern (Ls) erzeugt wird, wogegen die in der Mitte der Kondensationsanlage angeordneten Wärmeaustauschelemente (E&sub1; bis E&sub5;) mit drückend wirkenden, an der Unterseite angeordneten Lüftern (Ld) versehen sind.
  4. 4. Kondensationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Luftstrahl (S) durch Zusatzluft erzeugt wird.
  5. 5. Kondensationsanlage nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Luftstrahl (S) durch zusätzlich zu den Lüftern (L) der am Rand liegenden Wärmeaustauschelemente (E&sub6;) angeordnete Gebläse (G) erzeugt wird.
  6. 6. Kondensationsanlage nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft durch separate Luftleitungen (R) an den Rand der Kondensationsanlage geführt wird.
  7. 7. Kondensationsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Luftstrahl (S) durch Düsen (D) austritt, durch die die Abluft der Lüfter (L) bzw. Gebläse (G) gebündelt und beschleunigt wird.
  8. 8. Kondensationsanlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine mindestens über eine Teillänge des jeweiligen Randes verlaufende Schlitzdüse (Ds).
  9. 9. Kondensationsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsrichtung der Düsen (D) senkrecht verläuft.
  10. 10. Kondensationsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung der Düsen (D) unter einem entgegengesetzt zur Hauptwindrichtung geneigten Winkel verläuft.






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