Секционная эжекционная градирня открытого типа
SECTIONAL EJECTION COOLING TOWER OF OPEN TYPE

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве охладителя оборотной воды на средних и крупных промышленных объектах, включая электростанции типа ТЭС, ГРЭС и АЭС, в том числе и в северных широтах.
Наиболее близкой по техническим решениям, является эжекционная градирня (см. патент RU, №2506512, F28C 1/00, 27.02.2012) - прототип. Градирня имеет единый корпус, разделенный на секции криволинейными перегородками и сквозными воздуховодными тоннелями. В нижней части корпуса расположены рама опорная и водосборный бассейн. В верхней части градирни над каждой секцией устроен выхлопной канал с установленным внутри, каплеуловителем. Ограждающими поверхностями каждого тоннеля являются сверху - водосливы, по бокам - ветровые перегородки, снизу - палуба нижняя. Над входами тоннеля смонтированы завесы. Его внутренний объем поделен на два яруса технологической площадкой. Каждая секция имеет по два водослива с уклоном навстречу друг другу. Под водосливами расположены коллекторы водораспределительной системы. Над ними установлены эжекторы, форсунки которых сориентированы вверх по их осям. В каждом эжекторе обеспечен гидрозатвор между факелом форсунки и стенкой эжекционного канала.
Практика эксплуатации таких градирен выявила следующие их недостатки. Форма и сравнительно малая площадь выхлопных каналов, а также наличие в них каплеуловителя создают существенное аэродинамическое сопротивление, препятствуя выходу паровоздушной смеси. Вследствие этого при работе эжекторов в объеме активной зоны появляется некоторое избыточное давление воздуха. Под действием этого давления наблюдается частичный отток эжектированного воздуха через эжекционные каналы, который увлекает за собой водяную пыль. В зимний период это явление приводит к обледенению эжекционных узлов. Кроме того, указанное повышение давления снижает величину коэффициента эжекции, а следовательно, и охлаждающую способность агрегата.
При лобовом столкновении в верхней части водяных потоков, поступающих с противоположных водосливов, значительная часть воздуха уходит в атмосферу. После чего со струями образовавшегося дождя, свободно падающего в водосборный бассейн, взаимодействует намного меньшее количество воздуха, что также снижает эффективность процесса охлаждения воды.
Конструкция градирни имеет достаточно высокую металлоемкость.
Задачами данного изобретения являются: повышение охлаждающей способности градирни в летний период, обеспечение надежной работы градирни в зимний период даже при очень низких температурах и снижение капитальных затрат.
Для решения этих задач предложена секционная эжекционная градирня открытого типа, имеющая единый корпус, разделенный на секции объемными перегородками обтекаемой формы и расположенными под ними сквозными воздуховодными коридорами. Ниже, в стенках корпуса по контуру градирни выполнены воздухозаборные окна. В каждой секции между нижними кромками противоположных водосливов уложен слой оросителя. В верхней части градирня открыта по всей площади и по периметру ее корпуса смонтирован общий выхлопной канал, имеющий конфузорную форму.
Для удобства технического обслуживания градирня оснащена системой лестниц, дверей и трапов. Градирня может базироваться как над заглубленным железобетонным водосборным бассейном, так и в приподнятом положении.
Принципиальная схема градирни представлена на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 - общий вид градирни. На фиг. 2 - поперечный разрез по фиг. 1.
По схеме корпус градирни, базирующийся над заглубленным железобетонным водосборным бассейном, имеет металлический каркас 1. Корпус разделен на несколько секций объемными перегородками 2 и сквозными воздуховодными коридорами. Перегородки в поперечном сечении имеют обтекаемую грушевидную форму и обшиты снаружи листовыми полимерными материалами. Образующими поверхностями воздуховодных коридоров являются: сверху - наклонные водосливы 3, снизу - технологические площади 4. Продольные стенки воздуховодных коридоров открыты. Водосливы предназначены для базирования эжекционных узлов, на которых сверху устанавливают эжекционные каналы 5, а непосредственно под ними расположена водораспределительная система 6 с форсунками 7 и с запорной арматурой 8 на стояках. Ниже в стояки врезаны боковые отводы с запорной арматурой 9. В объеме каждой секции на уровне нижней кромки водосливов смонтирована опорная решетка 10, на которой уложен слой оросителя 11. Ниже технологических площадок в стенках корпуса по контуру градирни выполнены воздухозаборные окна, в проемах которых вертикально установлены блоки каплеуловителя 12. Входы воздуховодных коридоров с обеих сторон снабжены утепленными раздвижными затворами 13. Проемы воздухозаборных окон снаружи также имеют утепленные затворы 14 поворотного типа. Все раздвижные и поворотные затворы изготовлены из легких полимерных материалов В верхней части градирня открыта по всей площади и по периметру ее корпуса смонтирован общий выхлопной канал 15, имеющий конфузорную форму. Для технического обслуживания конструкций выхлопного канала в градирне предусмотрены два трапа - внутренний 16 и наружный - 17, а также двери 18. Обслуживающий персонал имеет свободный доступ к элементам водораспределительной системы, попадая в воздуховодные коридоры через открытые раздвижные затворы с поверхности нижнего трапа 19. В непосредственной близости от одной из торцевых стенок градирни смонтирована лестничная клеть 20. Для надежной локализации активной зоны и снижения теплопотерь при низких температурах все ограждения градирни 21 выполнены двухслойными из листовых полимерных материалов.
Градирня работает следующим образом. Нагретая вода выталкивается форсунками в эжекционные каналы 5, в которых из объемов воздуховодных коридоров эжектируется необходимое количество воздуха. Охлаждение воды начинается уже в объеме эжекционных каналов, где происходит интенсивный подсос воздуха и потоки движутся с большими скоростями - первая зона активного охлаждения. После эжекционных узлов потоки диспергированной воды, взаимодействуя с воздухом, в режиме интенсивной турбулизации движутся вверх по криволинейным траекториям на высоту до 4-5 м - вторая зона активного охлаждения. В верхней части градирни происходит лобовое столкновение потоков, поступающих с противоположных водосливов. При этом капли многократно дробятся и витают в процессе хаотического движения, как бы зависая в объеме на некоторое время.
Отработавший воздух уходит через выхлопной канал 15 в атмосферу - третья зона активного охлаждения. Затем охлаждаемая вода, увлекая за собой некоторую часть эжектированного воздуха, падает на поверхность оросителя 11 в виде свободного дождя. Здесь водяные потоки опять дробятся, интенсивно перемешиваясь с воздухом в его объеме - четвертая дополнительная зона активного охлаждения. Снижение скорости водяных потоков, а также наличие аэродинамического сопротивления препятствуют сквозному проходу воздуха вниз через слой оросителя. После оросителя охлажденная вода ниспадает в водосборный бассейн. В то же время за счет работы эжекционных узлов через воздуховходные окна градирни и блоки каплеуловителя 12 постоянно идет подсос новых объемов воздуха из атмосферы. Потоки воздуха, поступая в активную зону градирни, прежде чем попасть на всас эжекционных узлов, «просеиваются» сквозь капли и струи падающего дождя, доохлаждая оборотную воду - пятая дополнительная зона активного охлаждения.
Такая схема организации процесса обеспечивает режим интенсивного тепломассообмена теплоносителей практически на всем пути их перемещения в активной зоне градирни. Наличие оросителя не только способствует увеличению времени контакта теплоносителей и повышает эффективность процесса охлаждения, но и решает еще одну важную задачу. При его расположении между водосливами он создает некоторое аэродинамическое сопротивление, препятствуя рециркуляции отработавшего воздуха снова на всас эжекционных узлов.
Многократно увеличенная площадь общего выхлопного канала 15 соответственно уменьшает скорость выхода паровоздушной смеси до уровня много ниже скорости витания капель. Это предотвращает каплеунос даже без монтажа каплеуловителя в площади выхлопного канала и устраняет аэродинамическое сопротивление, препятствующее выходу отработавшего воздуха. Кроме того, отсутствие в активной зоне избыточного давления повышает коэффициент эжекции, а также исключает вынос капельной влаги из эжекционных каналов 5 в объем воздуховодных коридоров.
Предложенная конструкция градирни обеспечивает широкий диапазон регулирования агрегата при изменении климатических условий и тепловой нагрузки.
В летний период для того, чтобы обеспечить полное взаимодействие вновь поступающего атмосферного воздуха, раздвижные затворы 13 закрывают, а поворотные затворы 14 полностью открывают. Другие режимы работы градирни возможны, если обеспечить сообщение воздуховодных коридоров непосредственно с атмосферой, при частично открытых раздвижных затворах. В этом случае воздушный поток из объема активной зоны под оросителем уменьшится, но на всас эжекторов будет поступать больше воздуха с меньшей относительной влажностью.
В зимний период раздвижные затворы 13 всегда плотно закрыты. А поворотные затворы 14 в диапазоне умеренных температур частично или полностью открыты. При этом поступающий атмосферный воздух, «просеиваясь» через теплый дождь, ощутимо нагревается. В результате в объемах воздуховодных коридоров под водосливами создается «парниковая» зона за счет теплоты охлаждаемой воды.
При очень низких температурах в зависимости от тепловой нагрузки градирни поворотные затворы 14 частично открывают либо полностью закрывают, прекращая подачу холодного воздуха. При этом охлаждение воды осуществляется за счет ее конвективного теплообмена с холодным воздухом через выхлопной канал 15 градирни.
При экстремально низких температурах все затворы полностью закрыты. Запорную арматуру 8 на стояках закрывают, а 9 на боковых отводах открывают, и нагретая вода подается непосредственно в водосборный бассейн, минуя эжекционные узлы. При этом теплообмен с окружающей средой осуществляется только через выхлопной канал 15 со свободной поверхности воды в бассейне.
Технологическая схема процесса охлаждения и предлагаемая конструкция градирни позволяют получить следующие технические результаты.
Многократное увеличение площади выхлопного канала устраняет аэродинамическое сопротивление на выходе образовавшейся паровоздушной смеси и повышает коэффициент эжекции. Наличие оросителя улучшает тепломассообмен и предотвращает рециркуляцию отработавшего воздуха снова на всас эжекционных узлов. Атмосферный воздух поступает к эжекторам, «просеиваясь» через струи ниспадающего дождя, увеличивая время контакта теплоносителей. Все это повышает охлаждающую способность градирни.
Предложенная схема процесса тепломассообмена, наличие системы затворов, а также обогрев воздуховодных коридоров теплотой из активной зоны градирни гарантированно предотвращают обмерзание эжекционных узлов в зимний период.
Отсутствие у градирни кровли, а также второго яруса в конструкции воздуховодных коридоров существенно сокращает металлоемкость агрегата, а следовательно, и величину капитальных затрат на его строительство.