DE202007007744U1

DE202007007744U1 - Kühlturm mit Reingasabführung

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Publication number: DE202007007744U1
Application number: DE202007007744U
Authority: DE
Original assignee: RWE Power AG
Current assignee: RWE Power AG
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2017-06-01

Abstract

Kühlturm mit Reingasabführung durch seinen Abluftstrom, wobei der Kühlturm (1) in seiner Schale wenigstens eine Durchführung (5) aufweist und die Durchführung (5) von wenigstens einer Reingasleitung (6) durchsetzt ist, die in den Abluftstrom des Kühlturms (1) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass der sich innerhalb des Kühlturms (1) erstreckende Abschnitt der Reingasleitung (6) von der Durchführung (5) durch die Kühlturmschale (2) bis zur Mündung eine Länge aufweist, die signifikant kleiner ist als der Radius des Kühlturms (1) in Höhe der Durchführung (5) und dass die Reingasleitung (6) Mittel zur freien Ausrichtung des ungeführten Reingasstrahls in Richtung auf die Längsmittelachse (11) des Kühlturms (1) und in Zugrichtung des Kühlturms (1) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlturm mit Reingasabführung durch seinen Abluftstrom, wobei der Kühlturm in seiner Schale wenigstens eine Durchführung aufweist und die Durchführung von wenigstens einer Reingasleitung durchsetzt ist, die in den Abluftstrom des Kühlturms mündet.
Die im Rahmen der Stromerzeugung in mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken anfallenden Rauchgase werden üblicherweise in Rauchgasentschwefelungsanlagen behandelt. Die so gereinigten Rauchgase werden als Reingas bezeichnet. Seit geraumer Zeit ist man dazu übergegangen, das Reingas in die vorhandenen Kühlturmbauwerke einzuleiten, aus welchen es unter Ausnutzung des im Kühlturm herrschenden Auftriebs an die Atmosphäre abgegeben wird.
Hierzu verwendete Kühltürme sind in der Regel Naturzugkühltürme.
Ein Stahlbetonschalenkühlturm mit Reingasabführung durch seinen Abluftstrom ist beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster G 94 04 370 beschrieben. Dort wird das Reingas über zwei Reingasleitungen in den Kühlturm eingeleitet, die Durchbrüche in der Stahlbetonschale des Kühlturms durchsetzten. Als Durchbrüche sind in einer Höhe von 40–50 Metern kreisrunde Öffnungen in der Kühlturmschale vorgesehen. In der G 94 04 370 wird vorgeschlagen, die Kühlturmschale zur Aufständerung der Reingasrohre zu nutzen.
Ein anderer Kühlturm mit Reingasabführung ist beispielsweise aus der DE 35 18 787 C1 bekannt. Zielsetzung der DE 35 18 787 C1 ist es, eine bessere Vermischung des eingeleiteten Reingasstroms mit dem aufsteigenden Kühlluftschwaden zu erzielen, um eine direkte Berührung des gegebenenfalls sauren Reingases mit der Kühlturmschale zu vermeiden. Hierzu wird in der DE 35 18 787 C1 vorgeschlagen, die Reingasleitung an einen in der Längsmittelachse des Kühlturms aufgestellten, diffusorartig ausgebildeten Zylinder anzuschließen.
Nach gegenüber der DE 35 18 787 C1 neuerem Kenntnisstand soll diese Lösung mit dem Nachteil behaftet sein, dass die hierdurch erzielte intensive Vermischung des Kühlturmschwadens mit dem Reingas zu einer Erhöhung der Aggressivität des Gemisches führt, was bei einem Kontakt mit der Innenwandung der Kühlturmschale problematisch sein kann.
Ein Kühlturm mit Reingasabführung nach Oberbegriff von Anspruch 1 ist beispielsweise auch aus der EP 07 64 258 B1 bekannt. In der EP 07 64 258 B1 wird eine Lösung vorgeschlagen, bei welcher der Kontakt der in den Kühlturm eingeleiteten Gase mit der Wandung weitestgehend vermieden wird und keine Vermischung von Gas und Kühlturmschwaden eintritt. Die Rohrstrecken der Reingasleitungen werden dabei so geführt, das der Reingasstrahl zentral, umgeben von Kühlschwaden abgeleitet wird. Hierzu wird in der EP 07 64 258 B1 vorgeschlagen, die Reingasleitungen in einer Höhe von ca. 40 Meter oberhalb der Wasserverteilungsebene geradlinig bis etwa in die Längsmittelachse des Kühlturms in diesen hineinzuführen und dort mittels Umlenkeinrichtungen um 90° in Richtung des Zuges des Kühlturms umzulenken. Die vertikalen Austrittsstutzen der Reingasleitungen sind dabei so angeordnet, dass die Verlängerung des senkrecht und mittig aus einem der Austrittsstutzen austretenden Gasstrahls die Rotationssymetrieachse (Längsmttelachse) des Kühlturms in Höhe des oberen Ringbalkens der Kühlturmschale trifft.
Die in der EP 07 64 258 beschriebene Lösung ist zwar im Hinblick auf eine Vermeidung des Kontaktes zwischen Reingas und Kühlturmschale günstig, allerdings ist eine verhältnismäßig aufwändige Aufständerung der Reingasleitungen erforderlich. Darüber hinaus ist eine zentrale Abstützung der Umlenkeinrichtungen etwa 40 Meter oberhalb der Wasserverteilungsebene erforderlich.
Schließlich wird durch eine solche konstruktive Führung der Reingasleitungen eine nicht unbeachtliche Abschattung der Wärmetauscherfläche des Kühlturmes erreicht, so dass der natürliche Zug des Kühlturms beeinträchtigt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Kühlturm der eingangs genannten Art hinsichtlich der Lagerung der Reingasrohre zu vereinfachen. Weiterhin soll dabei eine übermäßige Abschattung der Wärmetauschfläche des Kühlturms vermieden werden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der sich innerhalb des Kühlturms erstreckende Abschnitt der Reingasleitung von der Durchführung durch die Kühlturmschale bis zur Mündung eine Länge aufweist, die signifikant kleiner als der Radius des Kühlturms in der Höhe der Durchführung ist und, dass die Reingasleitung Mittel zur freien Ausrichtung des ungeführten Reingasstrahls in Richtung auf die Längsmittelachse des Kühlturms und in Zugrichtung des Kühlturms aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass eine so weitgehende Führung des Reingases, wie dies in der EP 07 64 258 vorgeschlagen wird, nicht erforderlich ist. Die Reingasleitungen können nahezu unmittelbar oberhalb der Wasserverteilungsebene des Kühlturms geradlinig in diesen eingeleitet werden. Die Reingasleitungen müssen daher keineswegs bis zur Längsmittelachse des Kühlturms geführt sein, vielmehr können diese bereits nach einer Länge von dem etwa 2–4 Fachen ihres Durchmessers in den Kühlturm münden. Hierdurch können aufwändige Bauwerke zur längsbeweglichen Aufständerung der Reingasleitungen entfallen. Nur ein Minimum der Wärmetauschfläche wird abgeschattet.
Eine freie Ausrichtung des ungeführten Reingasstrahls in Richtung auf die Längsmittelachse des Kühlturms und in Zugrichtung des Kühlturms erzeugt eine Art Ejektor-Effekt, der den Naturzug des Kühlturms verstärkt. Dabei tritt nur im Bereich des Reingasstroms eine intensive Mischung mit den Kühlturmschwaden ein. Dadurch gelangt der Reingasstrom nicht in Kontakt mit der Innenwandung der Kühlturmschale, obwohl dies auf Grund der parabolischen Einschnürung der Kühlturmschale zu erwarten wäre, wenn das Reingas in verhältnismäßig geringer Höhe oberhalb der Wasserverteilungsebene in den Kühlturm eingeleitet wird.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Kühlturms gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Länge des Abschnitts der Reingasleitung, der sich innerhalb des Kühlturms erstreckt, etwa zwischen 1/4 und 1/2 des Radius des Kühlturms in der Höhe der Durchführung beträgt.
Bei einer Variante des Kühlturms gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mündung des im Kühlturm befindlichen Abschnitts der Reingasleitung mit Leitelementen zur Ablenkung des Gasstrahls versehen ist.
Als Leitelemente können beispielsweise eine Vielzahl von zueinander beabstandete Leitschaufeln vorgesehen sein, deren Anstellwinkel in Bezug auf die Längsachse der Reingasleitung den Abströmwinkel des Gasstrahls vorgibt.
Vorzugsweise sind die Leitschaufeln in Strömungsrichtung des Reingases gekrümmt.
Die Mündung der Reingasleitung kann einen schiefen Zylinderschnitt bilden, wobei die Schnittebene der Mündung der Reingasleitung mit der Längsachse der Reingasleitung einen Winkel von etwa 40–60° umschließt.
Zweckmäßigerweise sind wenigstens 2 Reingasleitungen vorgesehen. Selbstverständlich ist die Anzahl der Reingasleitung für die Erfindung nicht kritisch. Es können eine oder mehrere Reingasleitungen vorgesehen sein.
Wenn zwei Reingasleitungen vorgesehen sind, ist es vorteilhaft, wenn die Schnittebene der Mündung der Reingasleitung in Bezug auf die Längsmittelachse des Kühlturms so ausgerichtet ist, dass ein Lot auf die Schnittebene, etwa die Längsmittelachse des Kühlturms, schneidet.
Bei einer zweckmäßigen Variante des Kühlturms gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass als Leitelement ein Rohrbogenabschnitt vorgesehen ist, der mit der Längsachse eines sich geradlinig erstreckenden Abschnitts der Reingasleitung einen Winkel von größer 90° einschließt. Dieser Winkel wird im Allgemeinen auch davon abhängig sein, wie weit sich der geradlinige Abschnitt der Reingasleitung in den Kühlturm hinein erstreckt.
Bei einer Variante des Kühlturms gemäß der Erfindung mündet der Rohrbogenabschnitt in einen Diffusor, der in Richtung auf die Längsmittelachse des Kühlturms ausgerichtet ist.
Unter Diffusor im Sinne der Erfindung ist ein sich zunächst verjüngender beziehungsweise einschnürender und im Anschluss hieran trichterförmig aufweitender Rohrabschnitt zu verstehen, der eine besonders günstige Einleitung des Reingasstrahls in den Kühlschwaden ermöglicht.
Alternativ kann der Gasaustritt des Rohrbogenabschnitts als Düse ausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert:
Es zeigen:
1 eine Ansicht eines Kühlturms gemäß der Erfindung,
2 einen Schnitt in Richtung der Linien II-II in 1, wobei die Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt,
2a eine Schnittansicht entsprechend der in 2 dargestellten Schnittansicht, wobei diese Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung darstellt,
3 einen Teilschnitt entlang der Linien III-III in 2,
3a einen der 3 etwa entsprechenden Teilschnitt durch den Kühlturm nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine vergrößerte Schnittansicht IV in 3 und
5 eine Ansicht in Richtung des Pfeils V in 4
Ein Kühlturm 1 gemäß der Erfindung ist in 1 dargestellt. Dieser Kühlturm ist als herkömmlicher Kühlturm ausgebildet, wie er zum kondensieren von Dampf Anwendung findet. Der Kühlturm 1 umfasst eine sogenannte parabolische Kühlturmschale 2 aus Stahlbeton, die beispielsweise auf ihrer Innenseite mit einer Polymerbeschichtung versehen sein kann.
Mit 3 ist die Kühlfläche des Kühlturms 1 bezeichnet, unterhalb derer in an sich bekannter Art und Weise Rieseleinbauten zum Abführen des kondensierten Dampfs vorgesehen sind. Dieser Bereich des Kühlturms wird hier als Wasserverteilungsebene 4 bezeichnet. Oberhalb der Wasserverteilungsebene 4 sind in der Kühlturmschale 2 zwei kreisrunde Durchführungen 5 vorgesehen, durch die jeweils Reingasleitungen 6 hindurch geführt sind. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Kühlfläche 3 etwa einen Durchmesser von 100 Metern. Jede Reingasleitung 6, die vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht, besitzt einen Durchmesser von etwa 7 Metern. Die Höhe der Durchführungen 5 bezogen auf die Kühlfläche 3 beträgt etwa zwischen dem halben und dem vollen Rohrdurchmesser und ist von der stromaufwärts liegenden Wäschergeometrie abhängig.
Durch die Reingasleitungen 6 wird Reingas aus einer Rauchgasentschwefelungsanlage in das Innere des Kühlturm 1 so eingeleitet, dass dieses mit dem Kühlturmschwaden an die Atmosphäre abgegeben wird. Der Schwaden des Kühlturms erfährt auf Grund seines Wärmeinhalts innerhalb des Kühlturms einen verhältnismäßig starken Auftrieb, der ohne zusätzliche Gebläse in Gang gehalten wird.
Wie den 2 und 2a zu entnehmen ist, sind zwei Reingasleitungen 6 über ein bezogen auf den Durchmesser beziehungsweise auf den Radius der Kühlfläche 3 nur verhältnismäßig kurzes Stück in den Innenraum des Kühlturms 1 geführt, wo das aus den Reingasleitungen 6 austretende Reingas in den Kühlturm strömt, und zwar mit einer Mündungsaustrittsgeschwindigkeit von etwa zwischen 12 und 36 Meter pro Sekunde. Der Durchmesser der Kühlfläche 3 im Bereich der Durchführungen 5 der Reingasleitungen entspricht nicht exakt dem Durchmesser der Kühlfläche 3. Da die Reingasleitungen 6 jedoch beinahe unmittelbar oberhalb der Kühlfläche 3 in den Kühlturm 1 hineingeführt sind, kann dieser Unterschied für die Zwecke der Beschreibung vernachlässigt werden.
Der sich innerhalb des Kühlturms 1 erstreckende Abschnitt der Reingasleitung, der signifikant kürzer als der Radius des Kühlturms 1 in der Höhe der Durchführungen 5 ist, ist wie dies aus den 4 und 5 insbesondere ersichtlich ist, über eine Stützkonstruktion 7 auf der Kühlfläche 3 aufgeständert. Die Stützkonstruktion 7 besteht vorteilhafterweise ebenfalls aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Alternativ dazu kann der sich innerhalb des Kühlturms 1 erstreckende Abschnitt der Reingasleitung durch eine Abhängung zur Kühlturmschale 2 gelagert sein.
Die Mündungsebene 8 einer jeden Reingasleitung 6 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet jeweils einen schiefen Zylinderschnitt, wobei die Mündungsebene 8 der Reingasleitungen 6 jeweils in Bezug auf deren Längsachse in etwa 60° geneigt ist, dass heißt um etwa 30° gegenüber einer Vertikalen.
Um eine optimale Ausrichtung der aus den zwei Reingasleitungen 6 austretenden Gasstrahlen zu erzielen, sind die Mündungsebenen 8 von beiden Reingasleitungen 6 aufeinander zu geneigt, derart, dass eine Verbindungslinie zwischen der längsten und kürzesten Mantellinie 9 einer jeden Reingasleitung 6 ebenfalls gegenüber einer Vertikalen um einen Winkel von etwa 30° geneigt ist.
Weiterhin ist jede Reingasleitung 6 mit einer Vielzahl von beabstandeten, zueinander starren Leitschaufeln 10 versehen, deren Anstellwinkel in Bezug auf die Längsachse der Reingasleitungen 6 den Abströmwinkel des Gasstrahls vorgibt.
Insbesondere aus 4 ist ersichtlich, dass die Leitschaufeln 10 in Strömungsrichtung des Gases gekrümmt ausgebildet sind, wobei der Krümmungsradius so gewählt ist, dass der Abströmwinkel des Reingases in Bezug auf eine Vertikale etwa 30° beträgt. Hierdurch wird insgesamt eine Lenkung der Reingasstrahlen in Richtung der Längsmittelachse 11 des Kühlturms und in Richtung der Strömung des Schwadens erzielt.
Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Reingasleitungen 6 auf den Stützungskonstruktionen 7 längsverschieblich gelagert sind. Darüber hinaus sind Längenänderungen der Reingasleitungen auf Grund von Temperaturschwankungen durch entsprechende Anordnung von Kompensatoren möglich, die hier nicht gezeigt sind.
Als Alternative zu den in den 4 und 5 dargestellten Leitschaufeln 10 können die Mündungen der Reingasleitungen 6 als Rohrbogenabschnitte 12 ausgebildet sein, die eine Umlenkung der Gasstrahlen in einem Winkel von deutlich weniger als 90° in Bezug auf die Längsmittelachse des geraden Abschnitts der Reingasleitungen 6 bewirken. Diese nur verhältnismäßig leichte Krümmung der Rohrbogenabschnitte 12 trägt dem verhältnismäßig großen Abstand der Reingasleitungen 6 von der Längsmittelachse 11 des Kühlturms 1 Rechnung. Darüber hinaus gilt es, Druckverluste der Reingasströmung auf Grund von Leiteinrichtungen möglichst zu minimieren.
In Bezug auf die Druckverluste ist die Anordnung von Leitschaufeln 10 günstiger als die Umlenkung der Strömung mittels Rohrbogenabschnitten 12.
Der Druckverlust, der durch die Leitschaufeln 10 erzeugt wird, ist wesentlich geringer als bei anderen möglichen Umlenkungen. Geringe Druckverluste sind insbesondere im Hinblick auf den erfindungsgemäß erzielten Ejektor-Effekt wünschenswert.

1: Kühlturm
2: Kühlturmschale
3: Kühlturmfläche
4: Wasserverteilungsebene
5: Durchführungen
6: Reingasleitungen
7: Stützkonstruktion
8: Mündungsebene
9: Mantellinien
10: Leitschaufeln
11: Längsmittelachse
12: Rohrbogenabschnitte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- G 9404370 [0004, 0004]
- DE 3518787 C1 [0005, 0005, 0005, 0006]
- EP 0764258 B1 [0007, 0007, 0007]
- EP 0764258 [0008, 0012]

Claims

Kühlturm mit Reingasabführung durch seinen Abluftstrom, wobei der Kühlturm (1) in seiner Schale wenigstens eine Durchführung (5) aufweist und die Durchführung (5) von wenigstens einer Reingasleitung (6) durchsetzt ist, die in den Abluftstrom des Kühlturms (1) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass der sich innerhalb des Kühlturms (1) erstreckende Abschnitt der Reingasleitung (6) von der Durchführung (5) durch die Kühlturmschale (2) bis zur Mündung eine Länge aufweist, die signifikant kleiner ist als der Radius des Kühlturms (1) in Höhe der Durchführung (5) und dass die Reingasleitung (6) Mittel zur freien Ausrichtung des ungeführten Reingasstrahls in Richtung auf die Längsmittelachse (11) des Kühlturms (1) und in Zugrichtung des Kühlturms (1) aufweist.
Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Abschnitts der Reingasleitung (6), die sich innerhalb des Kühlturms (1) erstreckt, etwa zwischen 1/4 und 1/2 des Radius des Kühlturms (1) in Höhe der Durchführung (5) beträgt.
Kühlturm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung des im Kühlturm befindlichen Abschnitts der Reingasleitung mit Leitelementen zur Ablenkung des Gasstrahls versehen ist.
Kühlturm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Leitelemente eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Leitschaufeln (10) vorgesehen sind, deren Anstellwinkel in Bezug auf die Längsachse der Reingasleitung den Abströmwinkel des Gasstrahls vorgibt.
Kühlturm nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (10) in Strömungsrichtung des Reingases gekrümmt sind.
Kühlturm nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der Reingasleitung (6) einen schiefen Zylinderschnitt bildet.
Kühlturm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittebene (8) der Mündung der Reingasleitung mit der Längsachse der Reingasleitung 6 einen Winkel von etwa 40–60° einschließt.
Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Reingasleitungen (6) vorgesehen sind.
Kühlturm nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittebene (8) der Mündung in Bezug auf die Längsmittelachse (11) des Kühlturms (1) so ausgerichtet ist, dass ein Lot auf die Schnittebene (8) etwa die Längsmittelachse (11) des Kühlturms (1) schneidet.
Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Leitelement ein Rohrbogenabschnitt (12) vorgesehen ist, der mit der Längsachse eines sich geradlinig erstreckenden Abschnitts der Reingasleitungen einen Winkel von größer 90° einschließt.
Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrbogenabschnitt (12) in einem Diffusor mündet, der in Richtung auf die Längsmittelachse (11) des Kühlturms (1) ausgerichtet ist.
Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrbogenabschnitt (12) eine Düse mit vorzugsweise gegenüber dem Durchmesser der Reingasleitung (6) abweichenden Querschnitt bildet, die in Richtung auf die Längsmittelachse (11) des Kühlturms (1) ausgerichtet ist.