БАШЕННАЯ ГРАДИРНЯ С НИСХОДЯЩИМ ПОТОКОМ ОХЛАЖДАЕМОЙ ЖИДКОСТИ
CHIMNEY-TYPE COOLING TOWER WITH DESCENDING FLOW OF COOLED LIQUID

Изобретение относится к теплообменным устройствам охлаждения воды в системах промышленного оборотного водоснабжения для отвода избыточного тепла при различных технологических процессах, связанных с его выделением, например в теплоэнергетике на источниках выработки тепловой энергии, в химическом и металлургическом производстве, при производстве строительных материалов и прочее.
Основным принципом работы башенной градирни является прохождение в ее внутреннем объеме гидроаэротермического процесса, то есть передачи тепла от охлаждаемой жидкости атмосферному воздуху.
Известна градирня башенной конструкции (RU №2256136, F28C 1/00, 03.02.2004), состоящая из корпуса, водосливного бассейна, подводящего и отводящего трубопроводов, многосекционного закручивающего устройства выполненного в виде криволинейных направляющих элементов. При этом криволинейные направляющие элементы выполнены дискретными и переменными по направлению движения жидкости, а в конце каждого элемента, в его нижней части размещены пороги для разделения потоков. С внешней стороны устройство снабжено лотками с разбрызгивающими и переливающимися приспособлениями. Движение охлаждаемой воды осуществляется сверху вниз.
Эта конструкция позволяет увеличить длину пробега охлаждаемой жидкости и при этом задействовать внешнюю и внутреннюю поверхности корпуса градирни. Элементы для движения воды располагаются по внешней и внутренней стороне конструкции корпуса башни градирни.
Недостатком данного технического решения является относительная низкая эффективность теплообменного процесса, высокие энергозатраты, сложность в строительстве и как следствие большие последующие эксплуатационные расходы.
Известна градирня башенной конструкции (RU №2326321, F28C 1/00, 27.12.2006) с открытыми боковыми проемами в основании корпуса башни, водосливным бассейном, подводящим и отводящим трубопроводами, водораспределителем, разбрызгивателем и оросителем. Также она оборудована водоулавливающим устройством, в боковых проемах которого в нижней части башни между опорами установлена заземленная металлическая сетка. На изоляторах установлены коронирующие электроды, которые связаны проводами с источником высокого напряжения. Движение охлаждающего воздуха осуществляется снизу вверх, которое обеспечивается естественным путем, как за счет скорости ветра, так и за счет разницы удельных весов воздуха и дополнительно создаваемого «электрического ветра», формируемого высоковольтными разрядами между заземленной сеткой и коронирующими электродами. Таким образом, к естественным факторам, обеспечивающим движение воздуха, добавляется еще и побуждение, создаваемое «электрическим ветром».
Недостатком данной конструкции градирни является ее относительная низкая эффективность проходящего в ней теплообменного процесса. Устройство металлических сеток с использованием высоковольтных коронарных разрядов имеет смысл как дополнение к известным различным конструкциям водоуловителей, так как оно сложно в изготовлении, имеет повышенные затраты на последующую эксплуатацию.
Известно устройство для диспергирования жидкости (RU №2530117, В05В 1/14, 09.04.2013), содержащее фланец с расположенными на нем конфузором, переходящим в сопло, насадком, кольцевую зону разрежения, на наружной поверхности насадка расположен узел крепления кавитационного стержня, который выполнен в виде цельной шпильки с торцевой площадкой на конце, обращенной навстречу потоку жидкости и расположенной по оси устройства с возможностью ее регулирования в продольном направлении в зоне обреза сопла, кольцевым коллектором с патрубком, при этом кольцевой коллектор размещен на наружной поверхности насадка, кольцевая зона разрежения образована наружной поверхностью конфузора и сопла, а также внутренней поверхностью цилиндрического насадка, по насадку выполнена перфорация, соединяющая кольцевую зону разрежения с пространством кольцевого коллектора. Разрежение создается внешним устройством, соединенным посредством патрубка с кольцевым коллектором, а верхний срез насадка имеет превышение над верхним срезом сопла, что обеспечивает границу контакта жидкости и зоны разрежения.
Данная конструкция устройства позволяет резко увеличить поверхность охлаждаемой жидкости, при этом можно «дробить» любые ее объемы, а установка одного или несколько устройств для диспергирования жидкости в башенной градирне позволяет равномерно и плотно распределять диспергированную охлаждаемую жидкость внутри ее корпуса.
Известна градирня, выбранная авторами в качестве прототипа (RU №2355968, F28C 1/00, 14.11.2007), которая содержит башню с установленными в ней последовательно сверху вниз водоуловителем, водораспределителем с разбрызгивателями и оросителем, при этом в башне, в нижней ее части, выполнены воздуховпускные окна и бассейн. В окнах эксцентрично установлены на вертикальных осях с возможностью поворота под действием ветра или ручного привода заслонки, причем часть заслонок с большей площадью расположены в открытом положении внутри башни. В окнах выполнены упоры для фиксирования заслонок в закрытом положении, при этом каждая заслонка установлена с возможностью открытия от входящего потока воздуха в градирню и герметичного закрытия от выходящего из градирни потока воздуха. В каждом воздуховпусном окне установлены рядом две группы заслонок, соединенных кинематически друг с другом посредством тяг с возможностью одновременного поворота заслонок каждой группы и возможностью их фиксации в промежуточном открытом и закрытом положениях. Каждая заслонка выполнена в виде многослойной прямоугольной панели.
Градирня выполнена по классической схеме с незначительным по технической сущности с одним улучшающим признаком, который касается подачи охлаждающего воздуха в градирню и его внутреннего распределения. Недостатком данной конструкции градирни является ее относительная низкая эффективность проходящего в ней теплообменного процесса.
Техническая задача изобретения - повышение КПД гидроаэротермического процесса охлаждения жидкости, минимизация энергетических затрат, упрощение конструкции башенной градирни, снижение стоимости строительства, уменьшение геометрических размеров при сравнимости характеристик, простота эксплуатации.
Башенная градирня с нисходящим потоком охлаждаемой жидкости, содержащая корпус, образующий внутреннее пространство башенной градирни, в котором последовательно сверху вниз установлены водоуловитель, водораспределитель с коллектором и напорный трубопровод нагретой воды, в нижней части корпуса башенной градирни расположена зона регулированного воздушного поступления, содержащая воздуховпускные окна с установленными в них поворотными заслонками, под корпусом башенной градирни расположен водосборный бассейн с отводящим трубопроводом охлажденной воды, причем она дополнительно снабжена одним или более устройством для диспергирования жидкости, заземленными ионизирующими сетками с коронирующими электродами, вакуумным насосом и вакуумопроводом, при этом водораспределитель выполнен в виде одного или нескольких участков коллекторов, расположенных горизонтально, на которых размещены одно или более устройств для диспергирования жидкости таким образом, что их сопла ориентированы вниз с возможностью создания нисходящего потока, вакуумный насос расположен на выносной площадке корпуса градирни и связан с одним или несколькими устройствами для диспергирования жидкости вакуумопроводом, заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами расположены горизонтально под водоуловителем и служат для создания «электрического ветра». При наличии двух и более устройств для диспергирования жидкости, коллекторы, на которых они расположены, установлены на разных горизонтах. При наличии двух и более устройства для диспергирования жидкости, они расположены со смещением по вертикальным осям друг относительно друга. Заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами выполнены с полимерным водостойким покрытием.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена конструкция башенной градирни с нисходящим потоком охлаждаемой жидкости.
Градирня состоит из корпуса 1, в котором размещены водоуловитель 2, заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами 3, коллектор 4, устройства для диспергирования жидкости 5, напорный подающий трубопровод нагретой воды 6. В нижней части корпуса 1 расположена зона регулируемого воздушного поступления 7 с воздуховпускными окнами и заслонками. На внешней поверхности корпуса расположена выносная площадка 9 с установленным на ней вакуумным насосом 10 соединенным вакуумопроводом 8 с устройством для диспергирования жидкости 5. Под корпусом расположен водосборный бассейн 11 с отводящим трубопроводом охлажденной воды 12.
Башенная градирня работает следующим образом.
Подлежащая охлаждению вода по напорному подающему трубопроводу нагретой воды 6 через коллектор 4, расположенному в верхней части корпуса 1, поступает в устройства для диспергирования жидкости 5, расположенные на коллекторе 4. На выносной площадке 9, размещен вакуумный насос 10, который соединен вакуумопроводом 8 с устройствами для диспергирования жидкости 5, которые работают совместно при действии напорного трубопровода нагретой воды 6. Подлежащая охлаждению вода проходит через устройства для диспергирования жидкости и превращается в мелкодисперсные факелы, направленные вниз. Количество устанавливаемых устройств для диспергирования жидкости зависит от геометрических размеров корпуса и производительности градирни. Установка нескольких устройств для диспергирования жидкости позволяет максимально равномерно и плотно заполнить внутреннее пространство корпуса 1 диспергируемой жидкостью, подлежащей охлаждению.
В нижней части корпуса 1 размещена зона регулированного воздушного поступления 7 представленная воздуховпускными окнами с установленными в них поворотными заслонками. Зона воздушного регулирования 7 позволяет равномерно подавать воздух во внутрь корпуса 1. Далее динамический ветровой напор, гравитационная составляющая разницы удельных весов воздуха и «электрический ветер», образуемый заземленными ионизирующими сетками с коронирующими электродами 3, расположенными под водоуловителем 2, создают оптимальное истечение воздуха снизу вверх в корпусе градирни 1 и обеспечивают максимально возможный гидроаэротермический процесс.
Заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами 3, расположенные под водоуловителем 2, выполнены с полимерным водостойким покрытием.
Увлажненный нагретый воздух проходит через заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами 3 и водоуловитель 2. Водоуловитель 2 может быть выполнен, например, из полимерного материала сотовой структуры с ячейками, ориентируемыми проходными отверстиями по оси воздушного потока, что создает их малое аэродинамическое сопротивление. Заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами 3 также служат для укрупнения дисперсной водяной пыли ионизирующим полем в капли. Что уменьшает потери охлаждаемой оборотной воды.
В процессе работы градирни происходит постоянное пополнение водосборного бассейна 11 охлажденной водой. Откачка из водосборного бассейна 11 осуществляется через отводящий трубопровод 12.
Процесс создания оптимальных режимов работы градирни может осуществляться, например, изменением некоторых технических факторов: напором в подающем напорном трубопроводе 6, подключенном к устройствам для диспергирования жидкости 5; величиной отрицательного давления, создаваемого вакуумным насосом 10, обеспечивающим величину разряжения в устройстве для диспергирования жидкости; количеством наружного охлаждающего воздуха, поступающего через зону 7.
Для достижения равномерного и плотного заполнения внутреннего пространства корпуса 1 градирни диспергируемыми факелами охлаждаемой воды, коллекторы 4 с расположенными на них устройствами для диспергирования жидкости 5 могут быть установлены на нескольких горизонтах, при этом устройства для диспергирования жидкости разнесены по вертикальным осям.
Таким образом, принятые в конструкции градирни технические решения, обеспечивают максимально возможный результат - повышают КПД гидроаэротермического процесса. Достигается значительная минимизация энергетических затрат по отношению к известным аналогам - башенным градирням - при сравнимости их характеристик охлаждаемой жидкости, значительное упрощение конструкции и как следствие снижение стоимости строительства и упрощение эксплуатации.