Градирня (варианты)

Предлагаемое техническое решение относится к теплотехнике, в частности к испарительным охладителям - градирням, и может найти применение на тепловых и атомных электростанциях при строительстве и модернизации действующих градирен, а также на других промышленных объектах, где требуется охлаждение воды или других жидкостей.
Известна вентиляторная градирня, содержащая корпус, охваченный кожухом с образованием воздухоотводящего канала, воздухоотводящую трубу, установленную в днище корпуса, снабженную водосборным лотком и жалюзийной решеткой, вытяжной патрубок с вентилятором, воздухораспределитель с форсунками и воздухо-входные патрубки, размещенные в крышке корпуса, в котором система охлаждения дополнительно снабжена воздуховодами с запорными клапанами и оболочкой, размещенной вокруг боковой стенки корпуса с кольцевым зазором (А.С. СССР № 1702144 МПК F28 С 1/00 опубл. 1991).
Недостатком предлагаемой градирни является неэффективная система охлаждения жидкости, обусловленная наличием большого количества жидкости в небольшом пространстве, что в свою очередь заставляет пропускать большие потоки воздуха, использовать мощные вентиляторные системы.
Известна также градирня, содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами, выполненными по кольцу в нижней ее части, размещенный в башне выше окон ороситель с водораспределительной системой, и водоструйные эжекторы, подключенные к водораздающему коллектору, причем, эжекторы установлены в центральной зоне градирни, ограниченной диаметром, равным 0,2 - 0,25 диаметра оросителя , выходные торцы, обращены к оросителю, а водораздающий коллектор размещен внутри башни. (Патент РФ № 2099662, МПК F28 С 1/00 опубл. 1997)
Недостатком этой градирни является неэффективность охлаждения, вызванная большим аэродинамическим сопротивлением, обусловленным размещением в шахте элементов оросителя, отказаться же от данной системы невозможно, поскольку, именно ороситель является тем устройством, на котором происходит теплоотдача.
Ближайшим техническим решением (прототип) является градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами на периферии в нижней его части, и размещенные группами на водораспределительном коллекторе, расположенными в проемах окон водоструйные форсунки, смонтированные под углом навстречу друг другу симметрично относительно вертикальной оси градирни со смещением
Градирня (варианты)
МПКР28С1/00
от плоскости окна к центру градирни. Форсунки смонтированы на платформах с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на угол, обеспечивающий высоту пересечения струй факелов жидкости. Каждая платформа представляет собой поворотный корпус с подвижными фланцами, соединенными с водораспределительной системой. На верхнем фланце каждой подвижной платформы группами размещены водоструйные форсунки. (Патент Республики Беларусь № 3450 МПК F28 С 1/00 опубл.2000)
Недостатком прототипа является выполнение трубопроводов водораспределительной системы в виде ступенчатой пирамиды, у которой периметры для каждого нижнего ряда уменьшаются по отношению к верхнему. Это ведет к уменьшению количества форсунок в каждом нижерасположенном уровне по отношению к вышерасположенному особенно в многогранных градирнях, что уменьшает производительность градирни, а присоединение каждой поворотной платформы к коллектору через отдельные поворотные фланцы значительно усложняет конструкцию за счет увеличения количества фланцевых соединений.
Задачей полезной модели является повышение производительности градирни за счет интенсификации охлаждения жидкости, упрощения водораспределительной системы и ее конструкции, а также уменьшение энергозатрат на обслуживание и ремонт градирни.
Поставленная задача решается за счет того, что известная градирня, содержит корпус с воздуховходными окнами на периферии в нижней его части, и размещенные группами на водораспределительном коллекторе форсунки, расположенные в проемах окон и смонтированные под углом навстречу друг другу симметрично относительно вертикальной оси градирни с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на угол, обеспечивающий высоту пересечения струй факелов жидкости из форсунок. Согласно предлагаемому техническому решению в корпусе градирни выполнена вертикальная антиветровая перегородка, над окнами вдоль вертикальной стенки внутри корпуса градирни установлен щит, смонтированный наклонно к упомянутой стенке и, образующий вместе с нижним уровнем окон эжекционный канал трапецеидального сечения, (вариант 1), причем факелы жидкости из форсунок направлены к антиветровой перегородке и установлены с шагом, обеспечивающим частичное перекрытие факелов друг с другом, а плоскости эллипсов пересекающихся симметричных факелов жидкости расположены как над антиветровой перегородкой, так и по обе стороны последней. Согласно предлагаемому техническому решению по варианту 2, щит может быть смонтирован над окнами перпендикулярно к
вертикальной стенке снаружи корпуса градирни, образуя вместе с нижним уровнем окон эжекционный канал прямоугольного сечения.
Кроме того, форсунки смонтированы на коллекторах в виде блоков форсунок с одной центральной и, например, шестью вокруг нее.
Таким образом, согласно предлагаемому техническому решению обеспечиваются лучшие условия охлаждения и тем самым повышается эффективность градирни, а также улучшаются условия ее обслуживания и ремонта.
На фиг. 1 показан общий вид градирни с размещением щита внутри градирни, с образованием трапецеидального эжекционного канала и расположением форсунок в проемах окон или их блоков в два ряда.
На фиг. 2 показан общий вид с размещением щита снаружи градирни с образованием прямоугольного эжекционного канала и расположением форсунок или их блоков в два ряда.
На фиг. 3 показаны верхние части эллипсов, пересекающихся симметричных конусов факелов жидкости над антиветровой перегородкой и нижние части этих эллипсов по обе стороны антиветровой перегородки, а также зоны пересечения эллипсов
На фиг. 4 показан блок форсунок с центральной форсункой и несколькими равноудаленными от центра, например, шестью.
На фиг. 5 показана градирня, например, прямоугольного сечения с внутренним расположением щита, и группы форсунок в проемах окон при выключенной подаче жидкости (сечение А-А на фиг. 1).
На фиг. 6 показана градирня например прямоугольного сечения с наружным расположением щита, и группы форсунок в проемах окон при выключенной подаче жидкости (сечение Б-Б на фиг. 2).
Градирня содержит корпус 1 в виде вертикального короба с воздуховходными окнами 2, выполненными по периферии в нижней его части. В проемах окон 2 установлены коллекторы 3, которые подключены к водораспределительной системе 4. Коллекторы 3 могут быть расположены или внутри, или снаружи корпуса градирни. На коллекторах 3 закреплены блоки 5 с форсунками 6 или группы форсунок 6, роасположенные непосредственно на коллекторах 3 и, установленные симметрично относительно вертикальной оси градирни навстречу друг другу с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на угол, обеспечивающий пересечение струй симметричных факелов 7 на разных высотах. В нижней части градирни имеется водосборный бассейн 8. Над окнами 2 вдоль всей стенки корпуса 1
внутри или снаружи градрини установлен щит 9, а внутри градирни смонтирована вертикальная антиветровая перегородка 10. Струи симметричных факелов 7 в виде конусов вытекают из форсунок 6 над антиветровой перегородкой 10, а также по обе стороны последней, образуя площади эллипсов. На фиг. 1 и 2 показан нижний уровень 11 окон 2, ниже которого расположен бассейн 8. При расположении щита 9 над окнами 2 наклонно к вертикальной стенке внутри корпуса 1 градирни (вариант 1), между поверхностью щита 9 и уровнем 11 образуется эжекционный канал 12 трапецеидального сечения, расстояние Н которого показывает высоту канала 12 между верхним ребром щита 9 и уровнем 11 окна 2, а расстояние HI показывает высоту канала 12 между нижним ребром щита 9 и уровнем 11 равную высоте окна 2. Высота Н больше высоты HI. Ширина В| эжекционного канала 12 (фиг. 5) равна ширине окна 2. При расположении щита 9 над окнами 2 перпендикулярно к вертикальной стенке снаружи корпуса 1 градирни (вариант 2), между поверхностью щита 9 и нижним уровнем 11, образуется канал 13 прямоугольного сечения (фиг.2), высота которого Нг равна высоте окна 2. Ширина 82 эжекционного канала 13 (фиг. 6) равна ширине окна 2. Количество эжекционных каналов 12 или 13 соответствует количеству окон 2 градирни. На фиг. 1,2,3 показаны зоны 14 (заштрихованы) пересечения струй факелов 7.
Градирня работает следующим образом.
Охлаждаемая вода через водораспределительную систему 4 с коллекторами 3, на которых установлены водоструйные форсунки 6 или их блоки 5, подается внутрь градирни. Выходящие из форсунок 6 струи воды образуют факелы 7 в виде конусов, которые пересекаясь по площади эллипсов над антиветровой перегородкой 10, образуют по обе стороны упомянутой перегородки 10 плоскости эллипсов. Если отдельные водоструйные форсунки 6 или их блоки 5 закреплены на коллекторах 3 неподвижно, то поворот форсунок 6, или их блоков 5 осуществляют на требуемый угол поворотом всего коллектора 3. Наружный воздух под действием струй жидкости факелов 7 через проемы окон 2 устремляется в эжекционные каналы 12 трапецеидального сечения и эжектируется внутрь градирни (вариант 1). Наружный воздух под действием струй жидкости факелов 7 через проемы окон 2 устремляется в эжекционные каналы 13 прямоугольного сечения и эжектируется внутрь градирни (вариант 2). Этот наружный воздух, эжектируемый внутрь градирни, активно перемешивается с каплями охлаждаемой воды. При этом происходит теплопередача, воздух нагревается и конвекционными потоками выходит наружу в открытую сверху часть градирни. Водоструйные форсунки 6 установлены в продольном канале 12 с
шагом Т (фиг.З) таким образом, чтобы факелы 7 соседних форсунок 6 перекрывали друг друга на 60-70 %, образуя зоны 14.
Факелы 7, в виде мелкодисперсных капель, при встрече на высоте, образуют при взаимном столкновении водяную пыль с развитой поверхностью капель, которые падают в водосборный бассейн 8. При подаче воды через водоструйные форсунки 6 или блоки 5 с форсуноками 6 последние увлекают за собой воздух из воздуховодных окон 2 вверх. Одновременно горячая вода нагревает этот воздух и на него дополнительно начинает действовать конвекционные силы. Воздух устремляется вверх и встречается с водяной пылью, падающей в водосборный бассейн 8. При встрече потоков воздуха и падающей водяной пыли происходит активный тепломассообмен. Водоструйные форсунки 6 или их блоки образуют область с пониженным давлением в проеме воздуховодных окон 2. В эти окна 2 устремляется поток эжектируемого воздуха, в результате чего организуется принудительная циркуляция воздушных масс без дополнительного энергопотребления. Кроме того, установка форсунок 6 группами или их блоков 5 на коллекторе 3 в количестве от 2 до 10 единиц обеспечивает значительное увеличение производительности градирни и подогрев подаваемого через окна 2 воздуха на начальной стадии, дополнительно обеспечивая конвекционную тягу в корпусе 1. Возможность поворота форсунок 6 или их блоков 5 вместе с коллектором 3 под определенным углом позволяет отрегулировать направление факелов 7 охлаждаемой жидкости для каждой конкретной градирни с учетом температуры наружного воздуха, начальной температуры охлаждаемой жидкости, силы и направления ветра и иных параметров.
Такое выполнение градирни позволяет сделать более свободным внутренний ее объем за счет равных по периметру второго и последующего рядов форсунок или их блоков и, следовательно, позволяет значительно повысить эффективность охлаждения жидкости и производительность градирни, при этом снижаются эксплуатационные расходы, упрощается конструкция, повышается ее надежность и ремонтопригодность. Кроме того, предлагаемая градирня позволяет обеспечить высокопроизводительную работу градирен любых требуемых размеров, с любым поперечным сечением прямоугольным, многоугольным, круглым.
Источники информации, принятые во внимание.
1.А.С. СССР № 1702144 МПК F28 С 1/00 опубл. 1991
2.Патент РФ № 2099662, МПК F28 С 1/00 опубл. 1997
3.Патент Республики Беларусь № 3450 МПК F28 С 1/00 опубл.2000
4.Патент РФ № 2166163 МПК F28 С 1/00, опубл. 2001.
5.Галустов B.C. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. Москва, Атомиздат, 1989г.