Naturzugkühlturm & mechanischer Zugkühlturm

In vielen Industrieanlagen müssen verschiedene Geräte sowie viele in Prozesssystemen verwendete Flüssigkeiten gekühlt werden. Diese Kühlung erfolgt meist mit Wasser. Da Kühlwasser jedoch Wärme absorbiert, verliert es seine Kühlwirkung. Das Wasser muss kühl gehalten werden.

Das Ablassen von heißem Wasser in Teiche oder Becken kann schädlich für die Umwelt sein. Außerdem ist es kostspielig, das abgelassene Wasser zu ersetzen. Die effizientere Methode besteht darin, das heiße Wasser abzukühlen und wiederzuverwenden.

Das hierfür am häufigsten verwendete Gerät ist der Kühlturm. Kühltürme sind Teil eines Kühlwassersystems in einer gewerblichen oder industriellen Anlage.

Im Wärmetauscher wird die Wärme einer Prozessflüssigkeit auf das Kühlwasser übertragen. Nachdem das Wasser die Wärme aus der Prozessflüssigkeit aufgenommen hat, fließt es vom Wärmetauscher zur Spitze des Kühlturms. Das Wasser fällt dann durch den Turm und wird der Luft ausgesetzt, die es wiederum abkühlt. Das abgekühlte Wasser sammelt sich am Boden des Turms und wird zur Wiederverwendung durch das System zurückgepumpt. Kühltürme kühlen Wasser, indem sie es der Luft aussetzen, wodurch ein Teil des Wassers verdunstet. Verdunstung ist ein Prozess, bei dem die im Wasser enthaltene Wärme dazu führt, dass ein Teil des Wassers zu Dampf wird. Wenn das Wasser zu Dampf wird, wird die Wärme entfernt, was zu gekühltem Wasser führt. In einem Kühlturm wird die im Wasser enthaltene Wärme im Dampf aus dem Turm entfernt, wenn das Wasser verdunstet.

Wärmeleitung und Konvektion spielen in einem Kühlturm eine wichtige Rolle. Im Turm kommt das Wasser in direkten Kontakt mit der Luft. Dabei wird ein Teil der Wärme im Wasser durch Wärmeleitung und Konvektion direkt an die Luft abgegeben.

Welche Arten von Kühlturmventilen gibt es?

Alle Kühltürme funktionieren grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip. Allerdings kann man sie konstruktionsmäßig in zwei Typen unterteilen: Naturzugtürme und Saugzugtürme.

Was ist ein Naturzugkühlturm?

Ein Naturzugkühlturm ist ein offener Wärmetauscher mit direktem Kontakt, bei dem heißes Wasser aus dem System oder Kondensator durch direkten Kontakt mit Frischluft gekühlt wird. Kühltürme nutzen das Prinzip der Wasserverdunstung gegen den Luftstrom. Heißes Wasser wird aus den Düsen gesprüht, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern. Temperatur und Luftfeuchtigkeit steigen nach der Wärmeübertragung durch direkten Kontakt zwischen heißem Wasser und Frischluft. Die warme und feuchte Luft, die weniger dicht ist, gelangt nach oben in den Turm, und kaltes Wasser sammelt sich unten im Turm. Aufgrund des Dichteunterschieds zwischen der heißen Luft im Schornstein und der atmosphärischen Luft außerhalb des Kühlturms wird Frischluft vom Boden des Kühlturms zugeführt.

Prinzip des Naturzugkühlturms

Bei Naturzugkühlturmsystemen wird der Luftstrom durch den Kamineffekt der eigentlichen Kühlturmstruktur erreicht, der den natürlichen Druckunterschied ausnutzt. Warme und feuchte Luft hat eine geringere Dichte, wodurch sie aus dem Kühlturm in die Atmosphäre aufsteigt und dichtere Frischluft ansaugt. Der Unterschied zwischen der warmen Luft im Turm und der kühleren Luft draußen erzeugt den perfekten Luftstrom. Damit ein ausreichender Luftstrom entsteht, wird die Höhe des Kühlturms mithilfe einer bestimmten mathematischen Formel berechnet, um sicherzustellen, dass sie fast so groß ist wie der Dichteunterschied. Das bedeutet, dass Kühltürme mit diesem System in der Regel groß sind: etwa 200 Meter hoch und 150 Meter breit. In den Türmen fließt auch eine beträchtliche Menge Wasser. Die Hülle selbst besteht normalerweise aus Beton und hat eine hyperbolische Form. Der Naturzugkühlturm ist die bevorzugte Wahl für kühles und feuchtes Klima und für schwere Winterlasten.

Heißes Wasser, das im Naturzugkühlturm gekühlt werden muss, wird über den Heißwassereinlass eingepumpt. Der Einlass ist mit Düsen verbunden, die das Wasser über das Füllmaterial sprühen, wodurch eine große Oberfläche für die Wärmeübertragung entsteht. Am Boden des Turms ist die Struktur offen, um Frischluft anzusaugen, die dann nach oben strömt und eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem warmen Wasser und der Luft ermöglicht. Das heiße Wasser gibt Wärme ab, nachdem es in direkten Kontakt mit der Frischluft gekommen ist, und ein Teil des heißen Wassers verdunstet. Kaltes Wasser wird am Boden des Turms gesammelt.

Die warme und feuchte Luft wird von der Spitze des Turms in die Atmosphäre abgeleitet.

Vorteile von Naturzugkühltürmen

Da kein elektrischer Lüfter eingebaut ist, wird Energie gespart.
Keine Korrosionsprobleme
Der Wartungsaufwand ist gering
Keine Luftrückführung durch hohen Kaminauslass

Nachteile Naturzugkühltürme

Riesiger Wasserdurchfluss erforderlich.
Diese benötigen eine große Fläche.
Seine Leistung hängt von Windgeschwindigkeit und -richtung ab.

Was ist ein Kühlturm mit mechanischem Zug?

Saugzugkühltürme sind eine Art mechanischer Zugturm mit einem oder mehreren Ventilatoren. Diese Ventilatoren befinden sich oben auf dem Turm und ziehen Luft nach oben gegen den nach unten fließenden Wasserstrom. Das Wasser wird um die Holzfüllung oder -verkleidung herumgeleitet. Bei diesen Modellen befindet sich das kühlste Wasser unten und kommt dort mit der trockensten Luft in Kontakt, da der Luftstrom dem Wasserstrom entgegengerichtet ist.

Da das wärmste Wasser in der Nähe der Turmspitze mit feuchter Luft in Kontakt kommt, ergibt sich eine unglaublich effiziente Wärmeübertragung. Induzierte Türme sind entweder rund oder quadratisch und verteilen das Wasser über ein Sprinkler- oder statisches Abzweigsystem. Einströmendes Wasser wird mit einem Sprühverteilerkopf in den gesamten Turm eingespritzt. Der Sprühstrahl wird nach unten gerichtet, um den Kontakt von Wasser und Luft zu maximieren. Dieser Prozess wird durch die Kühlwasserfüllung maximiert, die aus Holz, Metall, PVC oder anderen Materialien besteht. Im Allgemeinen bieten Modelle mit induziertem Luftzug die effektivste Lösung für die Kühlanforderungen jeder Branche.

Prinzip des Kühlturms mit mechanischem Zug

Das fließende Konditionierungswasser wird mit einem Sprühdispersionskopf in einem Saugzugkühlturm durch die gesamte Kühlstation gesprüht. Das Wasser fließt vertikal durch Leitbleche, um die Zeit, in der das Wasser in Kontakt mit der Luft ist, zu maximieren.

Die Kühlwasserfüllung, bestehend aus PVC, Holz, Metall oder einem anderen Element, maximiert die Wärmeübertragungskontaktfläche.

Durch richtig konstruierte „Körperplatten“ gelangt Luft in das Innere des Kühlturms. Große Ventilatoren ziehen Luft durch den abgeschirmten Bereich und kühlen das Wasser ab. Um zu verhindern, dass Wassertropfen im abströmenden Luftstrom hängen bleiben, werden spezielle Vorrichtungen, sogenannte Tropfenabscheider, eingesetzt.

Vorteile eines Kühlturms mit mechanischem Zug

Geringe Aufnahmekapazität.
Höherer Geräuschpegel als bei Druckbelüftung.
Antrieb durch feuchten Luftstrom.
Benötigt wenig Platz für die Installation.

In einem mechanischen Zugturm wird der Luftstrom durch einen oder mehrere Ventilatoren erzeugt. Ein Saugzugkühlturm verwendet die Ventilatoren oben auf dem Turm, um einen Bereich mit niedrigem Druck zu erzeugen. Dadurch strömt die Luft von den Seiten des Turms nach oben. In diesem Fall tritt Wasser durch Einlassrohre ein und wird in Rinnen verteilt. Düsen leiten das Wasser aus den Rinnen auf die Füllkörper im Inneren des Turms. Die Füllkörper bremsen das Wasser, während es durch den Turm fällt, und zerlegen es außerdem in kleine Tröpfchen. Beide dieser Aktionen ermöglichen eine bessere Wärmeübertragung. Während das Wasser durch den Turm über die Füllkörperschichten nach unten fließt, saugt ein Ventilator die Luft durch eine Reihe von Lamellen um die Füllkörper herum und dann durch einen Tropfenabscheider ein. Der Tropfenabscheider fängt Wassertröpfchen auf, die mit der Luft, die den Turm verlässt, mitgerissen werden könnten. Das Wasser ist abgekühlt, wenn es das Auffangbecken erreicht. Das kalte Wasser wird dann durch die Auslassleitung aus dem Turm gezogen und zur Wiederverwendung in die Anlagenausrüstung zurückgeführt.

Ein anderer Typ eines mechanischen Zugturms ist der Druckzugkühlturm. Der Hauptunterschied zwischen einem Saugzug- und einem Druckzugturm besteht darin, dass ein Druckzugturm keinen Bereich mit niedrigem Druck erzeugt, der Luft durch den Turm zieht. Stattdessen drücken oder pumpen Ventilatoren die Luft durch den Turm nach oben. Druckzugtürme haben keine Lamellen an den Seiten, sondern Ventilatoren mit Sieben, die den Luftstrom in den Turm leiten. Während das Kühlwasser von der Turmspitze herabfällt, drücken die Ventilatoren die Luft durch den Turm nach oben und der Wärmeübertragungsprozess findet statt.

Einige Komponenten sind bei den meisten Türmen gleich. Viele Türme sind beispielsweise in Zellen unterteilt. Jede Zelle enthält alle Komponenten eines einzelnen Turms, außer dass sie sich ein gemeinsames Auffangbecken teilen. Um die Kühlung besser kontrollieren zu können, kann jede Zelle eines Turms unabhängig in Betrieb genommen oder außer Betrieb genommen werden. Andere gemeinsame Komponenten sind Abschlämm- und Ergänzungsleitungen. Wenn das Wasser im Turm verdunstet, steigt die Konzentration der Verunreinigungen an und kann Probleme verursachen. Um die Konzentration der Verunreinigungen zu kontrollieren, wird regelmäßig Wasser aus dem Auffangbecken durch die Abschlämmleitung abgelassen. Dieses Wasser wird dann durch die Ergänzungsleitung durch sauberes Wasser ersetzt. Der Durchfluss durch die Ergänzungsleitung wird durch ein Steuerventil kontrolliert, das normalerweise einen Schwimmer hat, der den Pegel im Auffangbecken misst. Wenn sich der Pegel ändert, ändert der Schwimmer seine Position und sendet ein Signal an das Steuerventil, das den Wasserdurchfluss im System reguliert.

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