Kühltürme
Die Kühltürme sind Vorrichtungen, die Abwärme durch Abkühlen eines Wasserstroms auf eine niedrigere Temperatur an die Atmosphäre abgeben. Kühltürme werden an Stellen errichtet, an denen Wasserknappheit herrscht . Durch den Einsatz von Kühltürmen wird der Kühlwasserbedarf gesenkt und nur noch Frischwasser zugeführt. Die Kühltürme reduzieren den Kühlwasserbedarf erheblich, dies geht jedoch zu Lasten hoher Kapitalkosten.
In Bezug auf den verwendeten Wärmeübertragungsmechanismus sind die Haupttypen:
Trockenkühltürme arbeiten durch Wärmeübertragung durch eine Oberfläche, die das Arbeitsfluid von der Umgebungsluft trennt, beispielsweise in einem Rohr-Luft-Wärmetauscher, wobei die konvektive Wärmeübertragung genutzt wird. Sie verwenden keine Verdunstung, daher ist der Verbrauch von Zusatzwasser minimal.
Nasskühltürme (oder offene Kühltürme) arbeiten nach dem Prinzip der Verdunstungskühlung . Verdunstungskühlung ist die Zugabe von Wasserdampf in die Luft, wodurch die Temperatur der Luft und des Wassers ebenfalls gesenkt wird. Die zum Verdampfen des Wassers benötigte Energie wird aus der verbleibenden Wassermasse entnommen, wodurch die Temperatur gesenkt wird . Das Kühlwasser aus der Anlage wird auf eine Höhe von etwa 10 m gepumpt und über die Kühlturmfüllung verteilt , wobei die Füllung bis zum Bohrloch am Boden hinunterläuft. Im Nasskühlturm werden Füllungen hinzugefügt, um die Kontaktfläche sowie die Kontaktzeit zwischen Luft und Wasser zu verlängern und eine bessere Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Nahezu alle Kernkraftwerke, die Kühltürme einsetzen, nutzen die Nasskühltürme nach dem Prinzip der Verdunstungskühlung. Etwa 1% Wasser geht in Form von Wasserdampf in die Luft, indem es seine latente Verdampfungswärme aus dem verbleibenden Wasser aufnimmt und so die Wassertemperatur senkt, wenn Umgebungsluft an einem Wasserstrom vorbeiströmt. Das verbleibende Wasser (gekühlt) wird in einem Sumpf am Boden des Turms gesammelt und in den Kondensator zurückgeführt.
Die Arten von Kühltürmen auf der Grundlage des Entwurfs (Luftzirkulationsmethode) sind:
- Kühltürme mit natürlichem Luftzug . Natürliche Zugkühltürme nutzen den Auftrieb über einen hohen hyperboloiden Schornstein . Hyperboloid-Kühltürme sind aufgrund ihrer strukturellen Festigkeit und der Tatsache, dass die Hyperboloidform auch zur Beschleunigung des konvektiven Luftstroms nach oben beiträgt und die Kühleffizienz verbessert, typisch für Kühltürme mit natürlichem Luftzug . In diesem Kühlturm wird das heiße Kühlwasser (zB 25 ° C) aus dem Kondensator auf eine Höhe von ca. 10 m gepumpt, in den Turm gelangt und dann über die Schalen gesprüht. Wassertropfenfallen herunter und treffen auf die kältere Luft, die vom Boden des Turms eintritt, der zur Atmosphäre hin offen ist. Heißes Wasser (zB 25 ° C) gibt seine Wärme an die Luft ab und wird abgekühlt (zB 22 ° C). Warme, feuchte Luft steigt natürlich aufgrund des Dichteunterschieds zur trockenen, kühleren Außenluft auf. Warme feuchte Luft ist bei gleichem Druck weniger dicht als trockenere Luft. Dieser Auftrieb feuchter Luft erzeugt einen Luftstrom nach oben durch den Hyperboloidturm. Das gekühlte Wasser fällt in Form von Regen ab und wird im Teich am Boden des Turms gesammelt.
- Mechanische Zugkühltürme. Im Allgemeinen wird in den mechanischen Zugkühltürmen die Luft unter Verwendung einer mechanischen Vorrichtung wie eines Lüfters oder eines Gebläses umgewälzt.
- Kühltürme mit Zwangszug . Bei Kühltürmen mit Zwangszug wird der Ventilator verwendet, der am Boden des Turms installiert ist. Dies erzeugt hohe Eintritts- und niedrige Austrittsluftgeschwindigkeiten, daher sind diese Türme viel anfälliger für Rezirkulation.
- Kühltürme mit Saugzug. Kühltürme mit Saugzug verwenden den Lüfter, der oben am Turm installiert ist. Dies erzeugt niedrige Eintritts- und hohe Austrittsluftgeschwindigkeiten, wodurch die Möglichkeit einer Umwälzung verringert wird, bei der abgelassene Luft zurück in den Lufteinlass strömt.
Spezieller Link: 3D-Modell des KKW – Skizzenfab.com
Kühlsystem – Umlaufwassersystem
Das Kühlsystem oder das Umwälzwassersystem versorgt den Hauptkondensator kontinuierlich mit Kühlwasser , um die von der Turbine und den Hilfssystemen (z. B. dem Turbinenbypass-System ) abgegebene Wärme abzuleiten . Dabei wird das Kühlwasser heiß. Diese Energie wird über Kühltürme oder direkt an das Meerwasser oder an einen Fluss an die Atmosphäre abgegeben . Beachten Sie, dass nicht alle Kernkraftwerke Kühltürme haben und umgekehrt die gleiche Art von Kühltürmen häufig auch in großen Kohlekraftwerken verwendet wird.
Kühlsystem in Nassdampfturbinen
In einer typischen Kondensationsdampfturbine kondensiert der Abgasdampf im Kondensator und hat einen Druck, der weit unter dem atmosphärischen Wert liegt (absoluter Druck von 0,008 MPa, was 41,5 ° C entspricht). Dieser Dampf befindet sich in einem teilweise kondensierten Zustand (Punkt F), typischerweise von einer Qualität nahe 90%.
Der Druck im Kondensator (somit die Enthalpie des Dampfaustritts) durch die gegebene Umgebungslufttemperatur (dh Temperatur des Wassers im Kühlsystem ). und andere Parameter:
- Lufttemperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit bei Abkühlung in die Atmosphäre
- Wassertemperatur und Durchfluss bei Abkühlung in einen Fluss oder ein Meer
Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur kann zu einem proportionalen Druckanstieg des Abgases führen ( ΔT = 14 ° C ist normalerweise eine Konstante), daher kann der thermische Wirkungsgrad des Leistungsumwandlungssystems abnehmen. Mit anderen Worten kann die elektrische Leistung eines Kraftwerks mit den Umgebungsbedingungen variieren , während die Wärmeleistung konstant bleibt.
Es ist zu beachten, dass es auch eine Untergrenze für die Dampfaustrittstemperatur gibt, also für das Kühlsystem. Unterhalb von 0,008 MPa und 41,5 ° C nimmt das spezifische Abgasvolumen erheblich zu, was große Schaufeln in den letzten Reihen der Niederdruckstufe der Dampfturbine erfordert . Darüber hinaus nimmt mit einer Abnahme des Turbinenabgasdrucks die Dampfqualität (oder der Trockenheitsanteil) ab. Irgendwann muss die Expansion beendet werden, um Schäden zu vermeiden, die durch Dampf von geringer Qualität an den Schaufeln der Dampfturbine verursacht werden könnten .
In modernen Kernkraftwerken beträgt der thermische Gesamtwirkungsgrad etwa ein Drittel (33%), sodass 3000 MWth Wärmeleistung aus der Spaltreaktion benötigt werden, um 1000 MWe elektrischen Strom zu erzeugen . Daher etwa 2000MWth von unbrauchbarer Energie muss, um abgelehnt werden , um das zu erfüllen zweiten Hauptsatz der Thermodynamik .
Um die Parameter im Kondensator (0,008 MPa und 41,5 ° C) aufrechtzuerhalten, muss das Kühlwasser ausreichend kalt sein und es darf keinen großen Temperaturunterschied zwischen dem Auslass- und dem Einlasswassertemperaturgeber geben, daher muss die Durchflussrate durch das Kühlsystem sehr hoch sein . Die Durchflussmenge durch das Kühlsystem (mit nassen Kühltürmen ) kann bis zu 100 000 m 3 / h (27,7 m 3 / s) betragen . Das Kondensatoreinlasswasser kann ungefähr 22 ° C haben (stark abhängig von den Umgebungsbedingungen), während der Kondensatorauslass ungefähr 25 ° C haben kann .
Die Meerwasserkühlsysteme arbeiten mit höheren Durchflussraten, beispielsweise 130 000 m 3 / h. Im Allgemeinen kann die Energie über Kühltürme oder direkt an das Meerwasser oder an einen Fluss an die Atmosphäre abgegeben werden.
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