Ein Luftkühler der eingangs genannten Art ist z. B. aus der Druckschrift EP-A1-0 773 349 (siehe die dortige Fig. 5 und zugehörige Beschreibung) bekannt.

STAND DER TECHNIK Bei Gasturbinenanlagen ist es üblich, die vom Verdichter entnommene Luft mittels Wassereinspritzung oder externer Kühlung zu kühlen, bevor diese als Kühlluft

dem Kühlsystem der Turbine zugeführt wird. Dabei geht diese Wärme dem Ge- samtsystem weitgehend verloren.

Bei Kombianlagen wird dagegen bekanntermassen meist eine Wasserkühlung der Luft in einem Luft/Wasser-Wärmetauscher durchgeführt und die anfallende Wärme aus der Kühlluft-Kühlung wieder nutzbar gemacht. Mittels Förderpumpen wird der Druck auf der Wasserseite zur Vermeidung einer Ausdampfung über den Satt- dampfdruck angehoben und das im Kühler aufgewärmte Wasser nachträglich in einem Niederdrucksystem entspannt, in welchem es ausdampfen kann. In einer abgewandelten Lösung wird der Wärmetauscher parallel zu einem Economizer eines der Gasturbinengruppe nachgeschalteten Abhitzedampferzeugers betrie- ben.

Als Zwangsdurchlauferhitzer ist der Luftkühler in eine Kombi-Kraftwerksanlage integriert. Dadurch werden eine einfachere Regelung und ein höherer Wirkungs- grad gegenüber der oben genannten Kühlung der Gasturbinenanlagen erreicht.

Fig. 1-die der Fig. 1 der eingangs genannten Druckschrift entspricht-zeigt eine Kombi-Kraftwerksanlage 40 mit einer Gas-und einer Dampfturbogruppe. Die Gasturbogruppe besteht aus einem Verdichter 1, einer nachgeschalteten Brenn- kammer 2 und einer stromab der Brennkammer 2 angeordneten Gasturbine 3. An die Gasturbine 3 ist ein Generator 4 angekuppelt, der für die Stromerzeugung sorgt. Die vom Verdichter 1 angesaugte Ansaugluft 5 wird nach der Kompression als verdichtete Luft 6 in die Brennkammer 2 geleitet und dort mit eingedüstem flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff 7 gemischt. Das entstehende Brenn- stoff/Luft-Gemisch wird verbrannt. Die aus der Brennkammer 2 strömende Heiss- gas 8 wird anschliessend in der Gasturbine 3 unter Arbeitsleistung entspannt. Das Abgas 9 der Gasturbine 3 wird danach in einem Abhitzedampferzeuger 15 des nachgeschalteten Dampfkreislauf genutzt.

Da die Wärmebelastung der Brennkammer 2 und der Gasturbine 3 sehr hoch ist, muss eine möglichst effektive Kühlung der thermisch beanspruchten Aggregate erfolgen. Dies geschieht mit Hilfe eines Luftkühlers 10, welcher ein Helix-Dampf-

erzeuger ist. Der Luftkühler 10 wird von einer dem Verdichter 1 entnommenen Teilmenge verdichteter Luft 11, welche bereits stark aufgewärmt ist, durchströmt.

Der Wärmetausch innerhalb des Luftkühlers 10 geschieht mit dem die Rohre des Helix-Dampferzeugers durchströmenden Wasser-Teilstrom 12. Die verdichtete Luft 11 wird daher auf der einen Seite soweit gekühlt, dass sie anschliessend als Kühlluft 13 in die zu kühlenden Aggregate geleitet wird. In Fig. 1 ist als Beispiel der Hochdruck-Kühler dargestellt. Er entnimmt vollständig verdichtete Luft 11 am Ausgang des Kompressors 1 und seine Kühlluft 13 wird zur Kühlung von Aggre- gaten in der Brennkammer 2 und in der höchsten Druckstufe der Gasturbine 3 eingesetzt. Als Alternative dazu kann auch Luft niedrigeren Drucks aus einer Zwi- schenstufe des Verdichters 1 entnommen werden, die für Kühlzwecke in der ent- sprechenden Druckstufe der Gasturbine 3 eingesetzt wird.

Auf der anderen Seite wird der Wasser-Teilstrom 12 im Kühlluftkühler 10 so stark erwärmt, dass das Wasser verdampft. Dieser Dampf 14 wird dann gemäss Fig. 1 in den Überhitzerteil eines Abhitzedampferzeugers 15 geleitet. Er vermehrt den Frischdampf 16, mit dem die Dampfturbine 17 beaufschlagt wird und dient somit der Wirkungsgradverbesserung der gesamten Anlage. Bei diesem normalen Be- trieb der Kraftwerksaniage wird der im Kühlluftkühler 10 erzeugte Dampf 14 somit energietechnisch optimal genutzt. Es ist ebenso möglich, den Dampf 14 direkt dem Frischdampf 16 beizumischen oder ihn zur Brennkammer 2 bzw. zur Gastur- bine 3 zu leiten.

Der Abhitzedampferzeuger 15 wird mit von dem noch mit einem hohen kaiori- schen Potential versehenen Abgas 9 der Gasturbine 3 durchströmt. Diese wan- deln mittels eines Wärmetauschverfahrens das in den Abhitzedampferzeuger 15 eintretende Speisewasser 18 in Frischdampf 16 um, der dann das Arbeitsmedium des übrigen Dampfkreislaufes bildet. Die kalorisch ausgenutzten Abgase strömen danach als Rauchgas 19 ins Freie. Die anfallende Energie aus der Dampfturbine 17 wird über einen weiteren, angekuppelten Generator 20 in Strom umgewandelt.

In Fig. 1 ist als Beispiel eine mehrwellige Anordnung dargestellt. Selbstverständ- lich können auch einwellige Anordnungen gewählt werden, bei denen die Gastur-

bine 3 und die Dampfturbine 17 auf einer Welle laufen und denselben Generator antreiben. Der Abdampf 21 aus der Dampfturbine 17 wird in einem wasser-oder luftgekühlten Kondensator 22 kondensiert. Das Kondensat wird dann mittels einer hier nicht dargestellten Pumpe in einen stromab des Kondensators 22 angeord- neten, in Fig. 1 nicht gezeigten Speisewasserbehälter/Entgaser gepumpt. An- schliessend wird das Speisewasser 18 über eine weitere Pumpe in den Abhitze- dampferzeuger 15 zu einem neuen Durchlauf gepumpt bzw. wird ein Teilstrom 12 des Wassers über ein hier nicht gezeigtes Regelventil dem Luftkühler 10 zuge- führt.

In der eingangs genannten Druckschrift EP-A1-0 773 349 werden in den Fig. 2 bis 5 und den zugehörigen Beschreibungsteilen nun verschiedene Arten von Luftküh- lern vorgeschlagen, die für den Einsatz in einer Kombi-Kraftwerksanlage gemäss Fig. 1 besonders geeignet sind. Bei den Ausführungsformen der Fig. 2 bis 4 wird die zu kühlende Kühlluft in dem senkrecht stehenden Luftkühler in einem zentralen Rohr von unten nach oben an dem in einem Druckgefäss angeordnete helixförmi- gen Rohrbündel des Wärmetauschers innen vorbeigeführt, wird oberhalb des Rohrbündels nach unten umgelenkt und durchläuft das Rohrbündel von oben nach unten unter Abgabe von Wärme an den im Rohrbündel im Gegenstrom (von unten nach oben) fliessenden Wasserdampf. Die unten aus dem Rohrbündel austre- tende, gekühlte Kühlluft wird erneut umgelenkt und strömt im Druckgefäss aussen am Rohrbündel vorbei nach oben, wo sie aus dem Druckgefäss entnommen wird.

Da bei diesen Konfigurationen des Luftkühlers die Innenseite der Aussenwand des Druckgefässes ausschliesslich der bereits abgekühlten Kühlluft ausgesetzt ist, kann die Aussenwand auf eine vergleichsweise niedrige Betriebstemperatur aus- gelegt werden, was erhebliche Vorteile beispielweise hinsichtlich der benötigten Wandstärke bringt. Nachteilig ist dagegen, dass der Gesamtiuftstrom nach oben umgelenkt werden muss, dass ein grosser Ringkanal für den umgelenkten Ge- samtiuftstrom benötigt wird, und dass der obenliegende Austrittsstutzen nicht zur Turbine passt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 der EP-A1-0 773 349 dagegen wird auf die zweite Umlenkung der Kühlluft am Ausgang des Rohrbündels verzichtet und die gekühlte Luft direkt unterhalb des Rohrbündels aus dem Druckgefäss, das zugleich auch den Behälter für das Rohrbündel bildet entnommen. Diese Variante hat verschiedene anlagentechnische Vorteile, hat jedoch dem Nachteil, das die Wände des Druckgefässes zu heiss werden, weil sie speziell im oberen Bereich des Luftkühlers direkt der aus dem Verdichter kommenden ungekühlten Luft aus- gesetzt sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Luftkühler für Kraftwerksanlagen zu schaffen, der die Nachteile des zuletzt genannten Luftkühlers vermeidet, ohne dessen anlagentechnische Vorteile aufzugeben, sowie eine Anwendung dieses Luftkühlers anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 7 ge- löst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Mischkonfiguration beider be- kannten Ausführungsformen zu verwenden, bei welcher der Hauptteil der durch den Luftkühler strömenden Luft unverändert an demselben Ende des Luftkühlers entnommen wird, wo sie auch zugeführt wird (wie in Fig. 5 der EP-A1-0 773 349), jedoch in einer Bypassschaltung einen geringen Anteil der gekühlten Luft nach Austritt aus dem Rohrbündel aussen zwischen Rohrbündel und Aussenwand des Druckgefässes nach oben strömen zu lassen und dort abzunehmen (wie in den Fig. 2 bis 4 der EP-A1-0 773 349). Auf diese Weise wird die Aussenwand des Druckgefässes ausreichend gekühlt, die Hauptentnahme der Kühlluft erfolgt je- doch gleichwohl unten am (senkrecht stehenden) Luftkühler.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Luftkühlers zeichnet sich dadurch aus, dass die separaten Verbindungsmittel wenigstens einen von aussen in den dritten Raum mündenden Austrittsstutzen sowie ein Verbindungsrohr um-

fassen, welches den wenigstens einen Austrittsstutzen mit dem Luftaustrittsstut- zen verbindet, und dass das Verbindungsrohr innerhalb des Luftaustrittsstutzens in einem Diffusor endet. Der zum Bypass gehörende Austrittsstutzen kann in drit- ten Raum hineinragen. Es können auch mehrere Austrittsstutzen vorgesehen sein, welche an einem Verbindungsrohr gesammelt werden.

Eine optimale Wirkung ergibt sich für einen Luftkühler der Erfindung, wenn ge- mäss einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Ringspalt und die separaten Verbindungsmittel so dimensioniert sind, dass der durch den Ringspalt strömende Bypass-Luftstrom etwa 10% des durch den Luftkühler insgesamt strömenden Luft- stromes ausmacht.

Bevorzugt sind weiterhin im Bereich des zweiten Raumes am Druckgefäss eine mit der dem zweiten Raum zugewandten Seite des Rohrbündels in Verbindung stehende Wassereintrittskammer und im Bereich des dritten Raumes eine mit der dem dritten Raum zugewandten Seite des Rohrbündels in Verbindung stehende Dampfaustrittskammer angeordnet.

Weiterhin ist es zweckmässig, wenn der Luftkühler senkrecht steht, und wenn der zweite Raum unten und der erste und dritte Raum oben angeordnet sind.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam- menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 das vereinfachte Anlagenschema einer Kombi-Kraftwerksanlage mit Kühlluftkühler, wie sie für die Anwendung des erfindungsge- mässen Luftkühlers geeignet ist ; und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Luftkühler gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG In Fig. 2 ist im Längsschnitt ein Luftkühler gemäss einem bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Luftkühler 10 hat ein längliches, senk- recht stehendes, im wesentlichen zylindrisches Druckgefäss 39, welches am unte- ren und oberen Ende jeweils durch einen gewölbten Boden abgeschlossen ist.

Innerhalb des Druckgefässes ist eine zur Längsachse des Luftkühlers 10 koaxiale Anordnung aus einem zylindrischen Zentralrohr 24, einem das Zentralrohr 24 um- schliessenden, helixförmigen Rohrbündel 25 und einem das Rohrbündel 25 um- schliessenden zylindrischen Innenmantel 26 untergebracht. Das Zentralrohr 24 mündet am oberen Ende der koaxialen Anordnung 24,25, 26 in einen an das Rohrbündel 25 anschliessenden, nach aussen durch den Innenmantel 26 abge- schlossenen ersten Raum 33. Das Zentralrohr 24 ist am unteren Ende der koaxi- alen Anordnung 24,25, 26 durch einen an das Rohrbündel 25 anschliessenden zweiten Raum 34 hindurch über einen Lufteintrittsstutzen 23 von ausserhalb des Druckgefässes 39 mit Luft beaufschlagbar. Der das Rohrbündel 25 und den ersten Raum 33 umschliessende Mantel ist als vom Druckgefäss 39 separater Innen- mantel 26 ausgebildet. Der Innenmantel 26 ist von dem zylindrischen Aussen- mantel 28 des Druckgefässes 39 unter Bildung eines Ringspaltes 27 zwischen Innenmantel 26 und Aussenmantel 28 konzentrisch umgeben. Ausserhalb des ersten Raumes 33 und innerhalb des Druckgefässes 39 ist am oberen Ende des Druckgefässes 39 ein dritter Raum 35 ausgebildet, welcher über den Ringspalt 27 mit dem zweiten Raum 34 in Verbindung steht.

Für die Zufuhr von Wasser ist im Bereich des unteren zweiten Raumes 34 eine Wassereintrittskammer 31 am Druckgefäss 39 angeordnet, die mit dem unteren Ende des Rohrbündels 25 über (in Fig. 2 nur ansatzweise dargestellte) Zuleitun- gen verbunden ist und über ein Regelventil 37 von aussen Wasser erhält. Für die

Entnahme von im Rohrbündel 25 erzeugtem Dampf ist im Bereich des oberen dritten Raumes 35 eine Dampfaustrittskammer 32 angeordnet, die mit dem oberen Ende des Rohrbündels 25 über Zuleitungen verbunden ist und über die Dampf aus dem Rohrbündel 25 entnommen werden kann. Der zweite Raum 34 ist über einen Luftaustrittstutzen 29 von aussen zugänglich. Der dritte Raum 35 ist mit diesem Luftaustrittsstutzen 29 nach Art eines Bypass über ein separates Verbindungsrohr 30 verbunden, das eingangsseitig an einen aus dem dritten Raum 35 herausge- führten Austrittsstutzen 36 angeschlossen ist und ausgangsseitig in einem im rohrförmigen Luftaustrittsstutzen 29 koaxial angeordneten Diffusor 38 endet.

Im Betrieb des Luftkühlers 10 wird von unten durch den Lufteinstrittsstutzen 23 Luft in das Zentralrohr 24 geleitet (durchgezogener Doppelpfeil in Fig. 2), die oberhalb des Rohrbündels 25 aus dem Zentralrohr 24 in den ersten Raum 33 bei einem Druck p1 austritt, gemäss den in Fig. 2 eingezeichneten gebogenen Pfeilen umgelenkt wird und das Rohrbündel 25 nach unten hin durchströmt. Die Luft gibt auf dem Weg durch das Rohrbündel 25 Wärme an das im Rohrbündel 25 im Ge- genstrom fliessende Wasser ab und tritt abgekühlt aus dem unteren Ende des Rohrbündels 25 bei einem Druck p2 in den zweiten Raum 34 aus. Aufgrund der Druckverluste im Rohrbündel ist der Druck p2 kleiner als der Druck p1. Der Hauptteil der im zweiten Raum vorhandenen abgekühlten Luft tritt durch den Luft- austrittsstutzen 29 aus dem Druckgefäss 39 heraus und wird beispielsweise ge- mäss Fig. 1 zur Kühlung bestimmter Anlagenteile weiterverwendet.

Ein Bypass-Strom von etwa 10% der im zweiten Raum 34 anwesenden gekühlten Luft strömt durch den Ringspalt bzw. Ringkanal 27 zwischen dem Innenmantel 26 und dem Aussenmantel 28 aufwärts in den dritten Raum 35 und kühlt dabei den Innenmantel 26 und den Aussenmantel 28. Der Ringspalt 27 hat beispielsweise eine Breite von 20 mm. Im dritten Raum 35 herrscht ein Druck p3, der aufgrund der Druckverluste im Ringspalt 27 kleiner ist als der Druck p2. Aus dem dritten Raum 35 strömt die Bypass-Luft über den Austrittsstutzen 36, das Verbindungs- rohr 30 und den Diffusor 38 in den unten angeordneten Luftaustrittsstutzen 29 und vermischt sich dort mit dem Haupt-Luftstrom. Der Beschleunigungsdruckabfall im

Luftaustrittsstutzen 29 senkt den statischen Druck im Luftaustrittsstutzen 29 auf einen Wert kleiner p2. Diese treibende Druckdifferenz (Saugwirkung) wird zur Überwindung des Reibungs-und Krümmungsdruckabfalls und zur Erzielung des Bypass-Luftstroms durch den Ringspalt 27 ausgenutzt. Der gewünschte Bypass- Luftstrom (z. B. 10% des Luftstroms insgesamt) kann durch die Dimensionierung von Ringspalt 27, Verbindungsrohr 30 und Rohrendgeometrie (Diffusor 38) des Verbindungsrohres 30 eingestellt werden. Da die durch den Ringspalt 27 strö- mende Luft den Aussenmantel 28 des Druckgefässes 39 kühlt, kann die Wand- stärke des Aussenmantels 28 bzw. der Druckschale auf die tiefere Lufttemperatur ausgelegt werden.

Insgesamt zeichnet sich der erfindungsgemässe Luftkühler durch folgende Vor- teile und charakteristische Eigenschaften aus : Die Auslegungstemperatur des Aussenmantels 28 und der gewölbten Bö- den lässt sich reduzieren. Dies ergibt Einsparungen am Material.

- Es wird der Einbau einer einfacheren Dampfsammler-Konstruktion möglich ; dadurch wird die Durchführung von Einzelrohren durch die Aussenschale vermieden.

- Der Durchmesser des Aussenmantels 28 verringert sich gegenüber dem Luftkühler mit Luftaustritt am oberen Ende (Fig. 2 bis 4 der EP-A1-0 773 349) beispielsweise um 150 mm. Damit einher geht eine kleiner Wanddicke des Aussenmantels 28.

Die Wiederaufwärmung des gekühlten Luftstromes ist gegenüber der be- kannten Mantelkühlung mit Gesamtluftstrom kleiner (z. B. 5K statt 7K).

- Der Gesamtdruckverlust bei gleichem Rohrbündel 25 und Luftaustrittsstut- zen 29 ist gegenüber der bekannten Mantelkühlung mit Gesamtluftstrom kleiner.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Verdichter

2 Brennkammer 3 Gasturbine 4,20 Generator 5 Ansaugluft 6,11 verdichtete Luft 7 Brennstoff 8 Heissgas 9 Abgas 10 Luftkühler 12 Teilstrom (Wasser) 13 Kühlluft 14 Dampf (vom Luftkühler) 15 Abhitzedampferzeuger (HRSG) 16 Frischdampf 17 Dampfturbine 18 Speisewasser 19 Rauchgas 21 Abdampf 22 Kondensator 23 Lufteintrittsstutzen 24 Zentralrohr 25 Rohrbündel (Helix) 26 Innenmantel 27 Ringspalt (Ringkanal) 28 Aussenmantel (Druckgefäss) 29 Luftaustrittsstutzen 30 Verbindungsrohr (Bypass) 31 Wassereintrittskammer 32 Dampfaustrittskammer 33,34, 35 Raum 36 Austrittsstutzen (Bypass) 37 Regelventil 38 Diffusor 39 Druckgefäss 40 Kraftwerksanlage (Kombianlage)