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Nasskühlung (Rückkühlung)

Unterschiedliche Nasskühler. Quelle: Enixio.

Bei der Nasskühlung unterscheidet man grundsätzlich zwischen Anlagen mit offenen oder geschlossenen Kreisläufen. Des Weiteren gibt es noch Naturzugkühltürme oder Anlagen mit Ventilatoren (Zwangsdurchströmung). Naturzugkühltürme werden bei großen konventionellen Kraftwerken eingesetzt.

Bei einem Kühlturm mit geschlossenem Wasserkreislauf finden keine Verluste im Primärkreislauf statt und es befindet sich immer sauberes Wasser im Umlauf zwischen Kühlturm und Kondensator. Die Wasserrückkühlung des Primärkreislaufs erfolgt durch die Kühlung der Außenflächen des Rohrschlangensystems mit dem Wasser des Sekundärkreislaufs.

Die Abkühlung des Sekundärwassers wird durch die Verdunstungskühlung bedingt. Im Gegenstrom zur Versprühung des Sekundärwassers wird von unten Frischluft mittels Ventilatoren eingeblasen, die sich dadurch im Kontakt mit dem Sekundärwasser erwärmt und sättigt und dann nach oben ausströmt. Das versprühte, nicht verdampfte Wasser des Sekundärkreislaufs sammelt sich in der Wanne und wird erneut zur Versprühung gebracht. Da Teile des Sekundärwassers verdampfen und sich somit das rücklaufende Wasser aufmineralisiert, ist es nötig dieses Wasser in bestimmten Abständen auszutauschen.

Im Gegensatz zum geschlossenen Kreislauf wird das beim offenen Kühlkreislauf verwendete Wasser, welches durch den Kondensator zur Kühlung des Mediums verwendet wird über Einbauten mit einer großen Oberfläche (Füllkörper, Waben etc.) versprüht und verdunstet. Das nicht verdunstete kühlere Wasser läuft in die Auffangwanne am Boden der Anlage und wird über Pumpen wieder dem Kondensator zugeführt.

Bei dieser Ausführung des Kühlturms findet wegen der Verdunstung des Wassers ebenfalls eine Aufmineralisation des Kreislaufwassers statt und muss somit auch regelmäßig ausgetauscht werden. Prinzipiell kann gesagt werden, dass offene Systeme einen geringfügig besseren Ausnutzungsgrad besitzen, da diese nur einen und nicht wie bei geschlossenen Systemen zwei Wärmetauscher – die jeweils entsprechende Übertragerverluste aufweisen – besitzen. Offene Nasskühlanlagen werden bei den bestehenden Kalina-Anlagen in Unterhaching und Bruchsal eingesetzt. Bei ORC-Geothermiekraftwerken kommt diese Kühlform in Deutschland nicht zum Einsatz. 

Naturzug-Nasskühlung

In Naturzugkühltürmen wird das zu kühlende Wasser in die Luft versprüht und über Füllkörper verrieselt. Dadurch wird ihm Verdunstungswärme entzogen und die Luft befeuchtet. Verdunsten von einem Kilogramm Wasser zehn Gramm, so sinkt die Temperatur des Wassers um sechs Kelvin. Zusätzlich wird das Wasser durch den feinverteilten Kontakt mit der Luft durch Konvektion gekühlt und die Luft erwärmt. Die Erwärmung der Luft führt zu einer Abnahme der Dichte und damit einer Zunahme des Auftriebs der Luft. Oberhalb des Kühlturmes wird das Gemisch als Dampfschwaden sichtbar. Etwa 1,5 bis 2,5 % des umlaufenden Kühlwassers verdunsten dabei und müssen ergänzt werden. Ein weiterer Austausch des Kühlwassers durch die Abflut (Abschlämmwasser) ist notwendig, um zu verhindern, dass sich die im Wasser gelösten Salze zu sehr konzentrieren (akkumulieren). Kalk-Ablagerungen stellen hierbei das Hauptproblem dar; beim Betrieb eines Wärmekraftwerkes mit 3 GW thermischer Leistung können pro Tag etwa zehn Tonnen Kalk anfallen, die z. B. durch Lösen mit Ameisensäure aus dem Wasserkreislauf entfernt werden müssen. Diese Bauart wird in erster Linie im Dampfkraftwerk eingesetzt. Den tiefsten Bereich eines Nasskühlturmes, in dem sich das versprühte Kühlwasser sammelt, nennt man Kühlturmtasse.

Naturzug-Nasskühltürme (NNKT) haben wegen der Nutzung der Verdunstung eine sehr hohe Leistungsdichte. Sie verbrauchen Wasser. Der Wasserverbrauch wird durch eine über der Wasserverteilung liegende Lage Tropfenabscheider reduziert. NNKT sind daran zu erkennen, dass sie, vor allem bei kühlerem Wetter, weithin sichtbare „Nebelschwaden“ erzeugen. Ein Nebeneffekt ist das Einbringen von Wasserdampf in die Atmosphäre, was lokal (Mikroklima/Mesoklima) die Bildung von Nebel oder Niederschlag bewirken kann. Deswegen ist im Bereich von Kühltürmen im Winter oft Industrieschnee zu sehen. Ab gewissen Temperaturen im Wasserkreislauf können sich Bakterien (z. B. Legionellen) vermehren. Durch die Verdunstung kann das Kühlwasser theoretisch bis auf die Feuchtkugeltemperatur, die bei trockenem Wetter deutlich unter der Lufttemperatur liegt, abgekühlt werden.

Zwangsbelüftete Nasskühlung (Ventilatorkühltürme)

Bei zwangsbelüfteter Nasskühlung wird wie bei Naturzug-Nasskühlung das zu kühlende Wasser in die Luft versprüht und über Füllkörper verrieselt. Dadurch wird dem Wasser Verdunstungswärme entzogen und die Luft befeuchtet.

Im Gegensatz zur Naturzug-Nasskühlung wird der zur Kühlung benötigte Luftzug durch Ventilatoren erzeugt, dadurch können die Kühltürme oder Zellenkühler deutlich niedriger und kompakter gebaut werden. Es wird zwischen saugenden Ventilatoren (im oberen Bereich der Ventilatorkühltürme eingebaut) und drückenden Ventilatoren (an den unteren Seitenrändern eingebaut) unterschieden.

Literatur

Gec-co global engineering & consulting: Vorbereitung und Begleitung bei der Erstellung eines Erfahrungsberichts gemäß § 97 Erneuerbare-Energien-Gesetz, Teilvorhaben II b): Geothermie, Zwischenbericht, 2018

Zuletzt bearbeitet Januar 2020