СИСТЕМА КОЧЕТОВА ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
KOCHETOV'S SYSTEM OF REVERSE WATER SUPPLY

Изобретение относится к контактным охладителям, в частности к градирням, и может быть использовано на тепловых электрических станциях для охлаждения оборотной воды.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является решение по патенту РФ №2484399, С02В 1/10, включающее систему оборотного водоснабжения с применением градирен, соединенных между собой гидравлическими контурами приготовления и потребления воды (прототип).
Недостатком известного способа является сравнительно невысокая эффективность из-за невысокой степени распыла жидкости форсунками и неэкономичность из-за перерасхода воды за счет отсутствия пластинчатого оросителя и каплеуловителя.
Технический результат - повышение производительности работы градирни.
Это достигается тем, что в системе оборотного водоснабжения с применением градирен, соединенных между собой гидравлическими контурами приготовления и потребления воды, каждая из соединенных между собой градирен содержит корпус, коллектор с форсунками, ороситель, а в нижней части которой расположен бак для сбора воды с системой подпитки воды, затрачиваемой на испарение, который соединен с насосом, подающим охлажденную в градирне воду потребителю через фильтр, причем на участке между фильтром и потребителем установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящая из манометра и вентиля, или градирни имеют раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, содержащий корпус, в нижней части которого расположены, по крайней мере, два бака для сбора воды, которые соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления, при этом один бак соединен с насосом, который подает охлажденную в градирне воду потребителю, которая снова поступает через вентиль по трубопроводу во второй бак, из которого нагретая вода насосом через фильтр и вентиль подается по трубопроводу в коллектор с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни, а на участке между фильтром и вентилем установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящая из манометра и вентиля, при этом форсунка для систем испарительного охлаждения воды состоит из корпуса, который выполнен из двух, соосных между собой, частей: основания и крышки, жестко скрепленных между собой посредством четырех защелок, а к основанию тангенциально прикреплен входной патрубок, создающий вихревое давление напора в корпусе форсунки, при этом крышка выполнена объемной по эвольвентному профилю с центральным коническим отверстием, с углом конуса при вершине, равным 130°, а основание выполнено фигурным, с центральным обтекателем вихревого потока, образованным конической поверхностью, переходящей в сферу при вершине, направленной в сторону центрального конического отверстия в крышке, а основание конической поверхности плавно сопряжено с тороидальной поверхностью основания, а полости каждой из труб оросителя и межтрубное пространство заполнено полыми полимерными шарами, причем диаметр шаров на 5÷10% больше максимального размера ячейки труб, а каждая из труб по внешней поверхности обмотана взаимопересекающимися нитями.
На фиг.1 изображена схема системы оборотного водоснабжения с применением градирен для одного потребителя; на фиг.2 изображена схема системы оборотного водоснабжения с градирнями, имеющими раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, на фиг.3 - схема форсунки, на фиг.4 - разрез А-А фиг.3, на фиг.5 - расходная характеристика форсунки при давлении на входе р=0,1 МПа, на фиг.6 представлен ороситель градирни в аксонометрии, на фиг.7, 8 и 9 - варианты выполнения полимерных ячеистых труб.
Система оборотного водоснабжения содержит градирни, соединенные между собой гидравлическими контурами приготовления и потребления воды. Для одного потребителя (фиг.1) система включает в себя корпус 1 градирни, в верхней части которой расположен коллектор 5 с форсунками, а в нижней части расположен бак 2 для сбора воды с системой подпитки 3 воды, затрачиваемой на испарение.
Между верхней частью корпуса 1 градирни с коллектором 5, с закрепленными на нем форсунками (фиг.3), и нижней частью градирни с баком 2 расположен ороситель градирни (фиг.6, 7, 8, 9).
Бак 2 соединен с насосом 6, который подает охлажденную в градирне воду потребителю 8 через фильтр 7. На участке между фильтром 7 и потребителем 8 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящая из манометра 9 и вентиля 10. После нагрева воды в потребителе 8 она снова поступает через вентиль 11 по трубопроводу 4 в коллектор 5 с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни. Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу и цикл тепломассообменного процесса повторяется.
Система оборотного водоснабжения с градирнями, имеющими раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды (фиг.2), включает в себя корпус 1 градирни, в верхней части которой расположен коллектор 5 с форсунками (возможен вариант с несколькими параллельно соединенными градирнями - на чертеже не показано), затем расположен ороситель градирни (фиг.6, 7, 8, 9), а в нижней части которой расположены, по крайней мере, два бака для сбора воды: бак 2 и бак 12 с системой подпитки 3 воды, затрачиваемой на испарение. Баки 2 и 12 (емкости) соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления.
Бак 2 соединен с насосом 6, который подает охлажденную в градирне воду потребителю 8. На участке между насосом 6 и потребителем 8 установлена система контроля гидравлического сопротивления системы, состоящая из манометра 9 и вентиля 10. После нагрева воды в потребителе 8 она снова поступает через вентиль 11 по трубопроводу 4 во второй бак 12, из которого нагретая вода насосом 13 через фильтр 7 и вентиль 17 подается по трубопроводу 14 в коллектор 5 с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни.
Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу и цикл тепломассообменного процесса повторяется. На участке между фильтром 7 и вентилем 17 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра 7, состоящая из манометра 16 и вентиля 15.
Форсунка для систем испарительного охлаждения воды (фиг.3 и 4) состоит из полого корпуса, выполненного из двух соосных между собой частей: основания 18 и крышки 19, жестко скрепленных между собой посредством четырех защелок 20. К основанию 18 тангенциально прикреплен входной патрубок 22, создающий вихревое давление напора в корпусе форсунки. Крышка 19 выполнена объемной по эвольвентному профилю с центральным коническим отверстием 21, с углом конуса при вершине, равным 130°. Основание 18 выполнено фигурным, с центральным обтекателем вихревого потока, образованным конической поверхностью 23, переходящей в сферу 24 при вершине, направленной в сторону центрального конического отверстия 21 в крышке 19, а основание конической поверхности 23 плавно сопряжено с тороидальной поверхностью 25 основания 18.
Ороситель градирни (фиг.6, 7, 8, 9) выполнен в виде модуля из слоев 26 полимерных ячеистых труб 27. Трубы ориентированы во всех слоях 26 параллельно друг другу и спаяны по торцам 28 модуля между собой в местах 29 соприкосновения. Полости каждой из труб и межтрубное пространство заполнено полыми полимерными шарами 30, причем диаметр шаров на 5÷10% больше максимального размера ячейки труб 27.
Выполнение градирни таким образом позволяет придать торцам модуля свойства диафрагм жесткости. Это дает возможность избежать просадки слоев оросителя, т.е. обеспечить при монтаже и сохранить в процессе эксплуатации оптимальную геометрию изогнутых ячеистых поверхностей труб для создания по всему объему оросителя тонкой водяной пленки без каплеобразования. Так достигается равномерность тепломассообмена и, следовательно, повышается охлаждающая способность оросителя и снижается его материалоемкость. Дополнительную жесткость конструкции придает заполнение труб и межтрубного пространства полыми полимерными шарами 5.
При этом для увеличения жесткости конструкции трубы в смежных слоях могут быть размещены в шахматном порядке относительно друг друга.
Ячеистые полимерные трубы 27 получают методом экструзии, нарезают на секции, длина которых соответствует длине боковой стороны модуля, и укладывают в кондуктор, соблюдая необходимое направление укладки, т.е располагая трубы 27 параллельно друг другу. После накопления в кондукторе необходимого количества труб 27 к их торцам подводят нагревательные элементы и сваривают их между собой в местах 29 соприкосновения. За счет этого по торцам 28 модуля оросителя образуются диафрагмы жесткости, позволяющие ему в процессе эксплуатации сохранить исходную оптимальную геометрию своих элементов. Дополнительную жесткость конструкции придает более плотная укладка труб в шахматном порядке в смежных слоях.
Каждая из труб модуля, по внешней поверхности, обмотана взаимопересекающимися нитями (на чертеже не показано).
Трубы в модуле могут быть расположены наклонно. Трубы могут быть выполнены извилистыми. Трубы могут быть собраны из гофрированных листов, которые сварены по краям гофр, причем структура каналов может быть как прямой, извилистой, наклонной, так и состоящей из комбинаций этих форм
Ороситель градирни работает следующим образом.
Вода, разбрызгиваемая форсунками, поступает на ороситель и стекает тонкой пленкой без каплеобразования по его элементам. При этом происходит равномерный тепломассообмен по всему объему оросителя, а следовательно, повышается охлаждающая способность оросителя и снижается материалоемкость.
Используется ороситель с водой, до 50 мг/л, в слабощелочных и слабокислотных растворах, с водой, содержащей нефтепродукты. Трубы не подвержены биологическому обрастанию, так как выполнены из полипропилена. Используются в среде как кислой, так и щелочной, т.е. с водой: 7<РН<7.
Структура каналов может быть как прямой, извилистой, наклонной, так и состоящей из комбинаций этих форм. Легко промываются и очищаются водой под напором. Допускается многократная перекладка при ремонтах и реконструкциях. Высокая механическая прочность. Высокая охлаждающая эффективность, элементы не разрушаются и не деформируются при температуре -55°С÷+70°С.
Модули изготавливаются любых размеров, под любые виды и размеры опорных конструкций. Требуемое охлаждение воды в реальных условиях достигается выбором оптимального соотношения тепломассообмена и аэродинамического сопротивления всех элементов градирни.
2
3
За счет развитой структуры формирования капельной воды поверхность теплообмена достигает 400 м/м. Количество нитей, форма и шаг их расположения в конструкции выбирается под конкретную производительность градирни.
Например, в модуле размером 800×400×400 увеличена насыщенность объема взаимопересекающимися нитями в насадке при сохранении наклонных и перекрестных аэродинамических каналов сечением 50×50 мм. Насыщенность оросителей нитями: протяженность нитей - 1875 погонных метров на квадратный метр оросителя. Это позволяет увеличить тепломассообменные свойства оросителя в 1,3 раза, при сохранении малых значений аэродинамического сопротивления в пределах.
Оросители обладают высокими показателями химической и механической прочности, пригодны для использования в оборотных системах с содержанием взвешенных частиц до 2500 мг/л.
Капельные и капельно-пленочные конструкции эффективно работают в любых типах градирен. В отличие от пленочных, капельные и капельно-пленочные оросители позволяют снизить энергозатраты при их применении в поперечноточных градирнях, в которых воздух движется перпендикулярно падающему капельному потоку.
Система оборотного водоснабжения с применением градирен работает следующим образом.
3
2
Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками 5 и в виде пленки стекает в бак через сложную систему каналов оросителя навстречу потоку охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентиляторами (на чертеже не показано). Эффективный каплеотделитель позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении 25 м/(час·м) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирню.
Одним из важных моментов для наиболее эффективного использования градирен в водооборотной системе является оптимальный выбор схемы гидравлических контуров подключения. Схемы гидравлических контуров могут различаться в зависимости от количества градирен, используемых в одном контуре, а также от характера потребителя. Диапазон регулирования производительности градирни определяется характером потребителя. Самый простой гидравлический контур отдельной градирни, используемый для одного участка обслуживания, приведен на фиг.1. Вода из градирни 1 поступает в бак 2, откуда циркуляционным насосом 6 подается потребителю 8 и далее в градирню 1. В области промышленного строительства, особенно когда расход воды, циркулирующей через охладитель потребителя, заметно меньше расхода воды, циркулирующей через градирни, применяется схема, приведенная на фиг.2. Здесь обратная вода, поступающая от потребителей 8, отстаивается в накопительных (емкостях) баках 2 и 12, объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки. Из нее насос 13 (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивает воду на испарительные градирни 1. Из градирни охлажденная вода поступает в аналогичную ванну (бак). Основная отличительная черта такой схемы - гидравлическая независимость контуров приготовления рабочей воды и потребления, обеспечиваемая наличием компенсационной трубы между емкостями (баками). Может использоваться также и одна емкость с перегородкой, обеспечивающей перелив между ее частями. Вследствие этого совершенно не обязательно постоянно регулировать мощность градирен в соответствии с требованиями пользователя. Вентиляторы градирен могут работать в режиме просто ″Вкл/Выкл″. Кроме этого каждая такая градирня работает всегда с полной нагрузкой и обеспечивает максимально возможное охлаждение воды для данных погодных условий. Обе схемы не чувствительны к заморозкам, поскольку градирни полностью дренируются в накопительные емкости, устанавливаемые в помещении, либо расположенные под землей.
Форсунка для систем испарительного охлаждения воды работает следующим образом.
Жидкость под давлением поступает со стороны тангенциально расположенного к основанию 18 входного патрубка 22 в форсунку, и создается вихревое давление напора в корпусе форсунки. Затем поток раскручивается вокруг центрального обтекателя вихревого потока, образованного конической поверхностью 23, переходящей в сферу 24 при вершине, направленной в сторону центрального конического отверстия 21 в крышке 19, и выходит из отверстия 21 в крышке 19 вращающимся по объемному эвольвентному профилю, что способствует увеличению дальности полета капель как по горизонтали, так и по вертикали, что изображено на опытных характеристиках, представленных на фиг.5.
Рекомендуемый диапазон давлений для предлагаемой форсунки от 0,1 МПа до 0,01 МПа. При данном диапазоне давлений обеспечивается полное раскрытие и заполнение факела форсунки капельной влагой. При давлении ниже указанного раскрытие факела не происходит, а при давлениях выше рекомендуемого может наблюдаться повышение капельного уноса воды. Превышение давления перед форсунками обычно свидетельствует о их засорении и необходимости их очистки.