МНОГОКОНТУРНАЯ ЭЖЕКЦИОННАЯ ГРАДИРНЯ
MULTI-CIRCUIT EJECTION COOLING TOWER

3
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве охладителя оборотной воды на крупных промышленных объектах, включая электростанции типа ТЭС, ГРЭС и АЭС, где расход воды не менее 4000 м/ч. Предлагаемая градирня является альтернативой типовым башенным и большим, отдельно стоящим, вентиляторным градирням типа СК-400 и СК-1200.
Известна башенная градирня, содержащая корпус с воздухоподающими соплами, проемы в кожухе и дополнительные проемы, водовоздушный эжектор. Каждое водоподающее сопло размещено внутри введенной в корпус трубной оболочки, водовоздушные эжекторы образованы указанными воздухоподающими соплами и трубными оболочками, при этом зазоры между воздухоподающими соплами и трубными оболочками заполнены воздухом, а дополнительные проемы образованы указанными зазорами, при этом водоподающие сопла и трубные оболочки размещены внутри кожуха градирни так, что их входные торцы расположены вблизи проемов в кожухе (см. патент RU, №2295099, C1, F28C 1/00, 10.03.2007).
Такая градирня имеет следующие основные недостатки.
Расположение эжекторов только по периметру не может оказать существенного влияния на эксплуатационные показатели градирни вцелом, т.к. они работают только в периферийной зоне, а габариты башенных градирен в плане, как правило, измеряются десятками метров.
Исходя из приведенного соотношения (1,05÷1,03):1 между диаметрами трубной оболочки эжектора и водоподающего сопла, величина зазора между ними составит несколько мм, т.к. диаметр реальных водоподающих сопел не превышает 200 мм. Через столь малые зазоры даже при очень больших скоростях невозможно прокачать большое количество воздуха, что практически нивелирует влияние эжекторов на работу градирни, поскольку башня протягивает млн. кубометров воздуха, а производительность таких градирен по охлажденной воде исчисляется тысячами кубометров в час.
Наиболее близкой по техническим решениям, является градирня, содержащая вертикальную башню с воздухозаборным окном, резервуар для сбора охлажденной воды и водораспределительную систему, которая включает кольцевой водоподводящий коллектор с радиальными патрубками, установленными с наклоном от центра к периферии, и поярусно размещенные форсунки, сопла которых ориентированы к центру башни под разными углами к горизонтальной плоскости - прототип (см. патент RU, №2099662, F28C 1/00, 20.12.1997).
Такая градирня также имеет ряд существенных недостатков.
При отсутствии эжекционных каналов и размещении форсунок внутри активной зоны градирни, эжектирующая способность свободных факелов порождает лишь рециркуляцию влажного воздуха в объеме и мало способствует подсосу дополнительного количества воздуха.
Практика эксплуатации башенных градирен показывает, что линии тока воздушных потоков сразу же после воздухозаборного окна изгибаются вверх под действием самотяги башни. В этой связи в воздушный поток попадают только форсунки верхних рядов, смонтированные под углами 30-45° к горизонту. Потоки воды, выталкиваемые форсунками нижних рядов в горизонтальном направлении, оказываются за пределами зоны течения воздуха, и поэтому охлаждения значительной части воды практически не происходит. Более того, водопады, создаваемые форсунками верхних рядов, обрушиваясь вниз, угнетают факелы нижних рядов.
Строительство дорогостоящих башен высотой 50 м и более, способных создать необходимую самотягу, экономически целесообразно, если расход воды через градирню исчисляется тысячами кубометров в час. Габариты таких градирен в плане составляют несколько десятков метров, тогда как форсунки нижних рядов, при среднестатистическом давлении 0,1-0,15 МПа, могут вытолкнуть воду на расстоянии не более 6-7 м, т.е. в центральной части градирни создается «мертвая зона», где нет движения теплоносителей.
Гидравлическая схема градирни неудобна, т.к. не позволяет осуществлять техническое обслуживание форсунок без полного останова агрегата.
Задачами данного изобретения являются: повышение охлаждающей способности градирни, снижение капитальных затрат на строительство и улучшение условий технического обслуживания агрегата.
Предлагаемое изобретение позволяет достичь более низких температур охлаждаемой воды, обеспечить практически любой расход воды через градирню при одновременном снижении капитальных затрат, а также улучшить условия технического обслуживания агрегата.
Принципиальная схема градирни представлена на фигурах 1-4. На фиг.1 - разрез по оси градирни. На фиг.2 - гидравлическая схема приемной камеры. На фиг.3 - вид градирни сверху. На фиг.4 - поперечный разрез эжекционных узлов.
По схеме корпус градирни 1 в виде правильной многогранной призмы, смонтированный на опорах 2, на высоте около двух метров над поверхностью земли. В нижней части градирни расположены две емкости для сбора охлажденной воды - снаружи бассейн 3 многогранной формы, опоясывающий по контуру градирни, расположенную в центре приемную камеру 4, из которой осуществляется подача охлажденной воды потребителю. Каждый сектор бассейна соединен с приемной камерой переливной трубой 5, причем каждая труба направлена тангенциально и сориентирована параллельно ближайшей стенке камеры. Градирня имеет два контура охлаждения - внутренний и внешний, разделенные перегородкой 6, расположенной концентрично стенкам корпуса. Высота панели перегородки равна высоте стенок корпуса. Удлиненные стойки 7 каркаса перегородки удерживают раму опорную 8 каплеуловителя 9. В верхней части корпус переходит в конфузор 10, сужение которого перекрывает каплеуловитель. Над конфузором смонтирован выхлопной канал 11 градирни. В основаниях конфузора и выхлопного канала градирня имеет трапы наружные 12 и 13. В плоскости каплеуловителя устроены трапы внутренние 14. В нижней части разделительной перегородки по ее периметру изнутри смонтированы наклонные водосливы 15 в виде усеченной перевернутой пирамиды. На том же уровне снаружи перегородки и по контуру стенок корпуса изнутри также смонтированы водосливы 16 и 17 с уклоном навстречу друг другу. Над водосливами расположены эжекционные узлы. Непосредственно под водосливами смонтированы коллекторы водораспределительной системы, в виде замкнутых восьмигранников параллельно стенкам корпуса. Ниже, на уровне верха водосборных емкостей, в проекционной связи под каждым водосливом, устроены технологические площадки - внутренняя 18 и наружная 19. Настил наружной технологической площадки сплошной и покрывает периферийную часть поверхности бассейна. Настил внутренней площадки решетчатый. Между нижними кромками всех водосливов и контурами технологических площадок установлены ветровые перегородки 20, 21, 22, предотвращающие вынос пара и капельной влаги из объема градирни. При этом в пространстве над внутренней технологической площадкой под смежными водосливами образован воздухозаборный коридор 23. Воздух в коридор поступает из-под днища градирни через щели решетчатого настила. Таким образом, полная локализация активных зон обеспечивает подачу в эжекционные узлы сухого атмосферного воздуха.
Конструкция эжекционного узла, представленная на фиг.4, включает в себя форсунки 25, расположенные рядами по осям проемов воздушных окон, выполненных в плоскостях водосливов, над которыми установлены щелевидные эжекционные каналы 26. Ширина каждого эжекционного канала по верхней кромки меньше диаметра факелов диспергированной жидкости в этой же плоскости. Одновременно, шаг расположения форсунок выбран таким, чтобы деформированные стенками канала факелы смыкались друг с другом, образуя гарантированный гидрозатвор в поясе шириной не более 150 мм от верхней кромки канала.
Исследования показывают, что наиболее эффективным является эжекционный канал в формы сопла «Лаваля». В этой связи, стенки канала изогнуты и имеют в поперечном сечении профиль этого сопла. По кромкам каждого воздушного окна выполнены отбортовки 27, образующие систему желобов для сбора и отвода воды, стекающей в виде пленок по стенкам эжекционных каналов из зоны гидрозатворов.
В зависимости от расхода охлаждаемой воды, градирня может иметь несколько внешних контуров охлаждения, устроенных по аналогичной схеме и разделенных перегородками. При такой конструкции градирни высота агрегата не превышает 25 м.
Градирня работает следующим образом. Вода под давлением подается в коллекторы 24 водораспределительной системы, из которых через форсунки 25 выталкивается в эжекционные каналы 26, в объеме которых происходит подсос необходимого количества сухого, не увлажненного парами атмосферного воздуха.
Водяные пленки, образовавшиеся в зонах гидрозатворов, сползают по стенкам каналов 26 в желоба, по которым вода стекает в емкости водосборные 3 и 4. Таким образом, исключаются потери воды из эжекторов при их ориентации снизу вверх.
Во внутреннем контуре охлаждения после эжекционных узлов потоки диспергированной жидкости вместе с воздухом движутся вверх по криволинейным траекториям с уклоном к оси градирни. В верхней части градирни происходит многостороннее лобовое столкновение потоков, сопровождающееся многократным дроблением и витанием капель в процессе хаотического движения, т.е. потоки как бы зависают в объеме на некоторое время. После столкновения охлаждаемая вода падает вниз в виде дождя. При этом некоторая часть эжектированного воздуха, насыщенного паром, из зоны столкновения уходит через выхлопной канал в атмосферу. Другая часть воздуха, увлекаемая дождем, движется вниз. У поверхности жидкости в приемной камере 4, воздух поворачивает и, распределяясь по объему, устремляется в выхлопной канал 11 градирни, «просеиваясь» между каплями свободно падающего дождя. Во внешнем контуре схема движения и характер взаимодействия потоков теплоносителей аналогичны процессу во внутреннем контуре. Различие заключается лишь в том, что в верхней части объема между противоположными водосливами происходит двухстороннее столкновение потоков. Разделительная перегородка 6 предотвращает движение блуждающих потоков, самопроизвольно возникающих в объемах больших тепломассообменных агрегатах.
Помимо рациональной схемы движения и взаимодействия потоков, существенно продлевающих время контакта теплоносителей, процессу эффективного тепломассообмена способствуют и другие факторы. Ввиду того, что поступающие по переливным трубам 5 потоки направлены тангенциально, весь объем воды в приемной камере 4 постоянно вращается. Сила трения приводит во вращение и воздух над поверхностью водоворота, вследствие чего в объеме внутреннего контура охлаждения создается смерчеобразный восходящий поток, увеличивающий самотягу всей градирни. Кроме того, наличие вихревых потоков еще более интенсифицирует процесс тепломассообмена между водой и воздухом.
Градирня очень удобна для технического обслуживания. С поверхностей нижних технологических площадок 18 и 19 обеспечен свободный доступ к эжекторам и элементам водораспределительной системы даже во время работы агрегата, т.к. водосливы защищают персонал от падающего дождя. Проникновение в активные зоны градирни осуществляется с этих же площадок через двери в стенках ветровых перегородок (на схеме не показаны). Для подъема на технологические площадки в конструкции предусмотрены маршевые лестницы (на схеме не показаны). С трапа наружного 13 на трап внутренний 14 персонал попадает через дверь (на схеме не показана) в стенке выхлопного канала 11. Для оценки состояния и выполнения ремонтно-восстановительных работ основных несущих конструкций, персонал может свободно перемещаться под днищем градирни.
Таким образом, предлагаемые конструкция градирни и технологическая схема процесса охлаждения позволяют достичь более глубокого охлаждения воды. Материалоемкость и капитальные затраты на строительство агрегата, по сравнению с типовыми башенными градирнями, уменьшаются на 30-40%. Работа каждого ряда форсунок в отдельный эжекционный канал, имеющий профиль сопла Лаваля, а также наличие в нем надежного гидрозатвора обеспечивают высокие коэффициенты эжекции при одновременном снижении рабочего давления в системе до 0,2-0,25 МПа, что сокращает энергопотребление эжекционной градирни.