Ein natürlicher Entlüftungsturm ist ein Wärmetauscher, der Wasser durch direkten Kontakt mit Luft kühlt. Er wird in Kraftwerken, Raffinerien, Petrochemischen Anlagen und Erdgasanlagen verwendet, um überschüssige Wärme aus dem zirkulierenden Wassersystem abzuführen. Ein natürlicher Entlüftungsturm beruht auf dem Prinzip der konvektiven Strömung, um eine Luftzirkulation zu ermöglichen, ohne dass Ventilatoren oder andere mechanische Geräte erforderlich sind. Die Luftströmung wird durch den Dichteunterschied zwischen der warmen und feuchten Luft im Turm und der kühleren und trockeneren Umgebungsluft außerhalb des Turms angetrieben.
Das grundlegende Arbeitsprinzip eines natürlichen Entlüftungsturms wird im folgenden Diagramm veranschaulicht:
Die Hauptkomponenten eines natürlichen Entlüftungsturms sind:
Heißwasserzulauf: Hier fließt das heiße Wasser aus dem System oder Kondensator in den oberen Teil des Turms. Der Heißwasserzulauf ist mit einer Reihe von Düsen verbunden, die das Wasser über das Füllmaterial sprühen.
Füllmaterial: Dies ist ein poröses Material, das eine große Oberfläche für den Wärmeaustausch zwischen Wasser und Luft bietet. Das Füllmaterial kann aus Holz, Kunststoff, Metall oder Keramik bestehen. Das Füllmaterial kann auf verschiedene Weise angeordnet sein, wie Spritzstäbe, Gitter oder Filmblöcke.
Kaltwasserbecken: Hier sammelt sich das gekühlte Wasser am unteren Ende des Turms. Das Kaltwasserbecken hat einen Abflussventil und eine Pumpe, die das Wasser zurück zum System oder Kondensator zirkulieren lässt.
Luftzulauf: Hier tritt frische Luft an der Basis des Turms ein. Der Luftzulauf kann geöffnet oder geschlossen werden, je nach Design des Turms.
Luftablass: Hier verlässt die warme und feuchte Luft den Turm an der Spitze. Der Luftablass kann einen Diffusor oder einen Schornstein haben, um die Luftströmung zu verbessern.
Der Prozess des Wasserkühlens in einem natürlichen Entlüftungsturm umfasst zwei Hauptmechanismen: sensible Wärmeübertragung und latente Wärmeübertragung.
Sensible Wärmeübertragung: Dies ist, wenn Wärme vom heißen Wasser zur kalten Luft durch direkten Kontakt übertragen wird. Als Ergebnis ändert sich die Temperatur beider Fluide, aber nicht ihre Phase. Die sensible Wärmeübertragung hängt von Faktoren wie dem Temperaturunterschied, der Durchflussrate und der Kontaktfläche ab.
Latente Wärmeübertragung: Dies ist, wenn Wärme vom heißen Wasser zur kalten Luft durch Verdunstung übertragen wird. Als Ergebnis ändert sich ein Teil des Wassers von Flüssigkeit zu Dampf, während es Wärme aus seiner Umgebung absorbiert. Die latente Wärmeübertragung hängt von Faktoren wie dem Feuchtigkeitsverhältnis, dem Dampfdruck und dem Massentransferkoeffizienten ab.
Die Kombination aus sinnvoller und latenter Wärmeübertragung kühlt das Wasser ab und erhitzt die Luft. Das gekühlte Wasser fällt in das Kaltwasserbecken, während die erwärmte Luft aufgrund der Auftriebskraft zum Luftablass steigt. Die Auftriebskraft erzeugt eine natürliche Zugluft, die mehr frische Luft am Luftzulauf anzieht und so einen kontinuierlichen Kühlszyklus schafft.
Natürliche Entlüftungstürme können basierend auf ihrer Konfiguration in zwei Typen unterteilt werden:
Gegenstromnatürliche Entlüftungstürme: In diesen Türmen fließt das Wasser nach unten und die Luft nach oben in entgegengesetzter Richtung. Dies ermöglicht einen höheren Temperaturunterschied und eine höhere Kühlleistung. Allerdings erfordern diese Türme mehr Höhe und mehr Spritzdüsen als Querstromtürme.
Querstromnatürliche Entlüftungstürme: In diesen Türmen fließt das Wasser nach unten und die Luft horizontal in senkrechter Richtung. Dies ermöglicht eine geringere Höhe und weniger Spritzdüsen als Gegenstromtürme. Allerdings haben diese Türme einen geringeren Temperaturunterschied und eine geringere Kühlleistung als Gegenstromtürme.
Die folgende Tabelle fasst einige der Vorteile und Nachteile jedes Typs zusammen:
Typ |
Vorteile |
Nachteile |
Gegenstrom |
Höherer Temperaturunterschied Höhere Kühlleistung Bessere Wasser verte
|
