ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ КОЧЕТОВА
KOCHETOV'S MECHANICAL-DRAFT TOWER

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 градирня по патенту РФ №2418250, C02B 1/10, в которой воду разбрызгивают посредством форсунок, которую собирают в бак для сбора воды, а поток воздуха направляют навстречу факелу воды посредством вентилятора (прототип).
Недостатком известного объекта 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 вентиляторной градирне, содержащей корпус, разбрызгивающее устройство, бак для сбора жидкости и вентилятор, корпус состоит из двух частей - верхней части, включающей ороситель и каплеотделитель, между которыми расположен коллектор разбрызгивающего устройства с форсунками и нижней части, в которой расположен бак-водосборник для сбора охлаждаемой воды с установленным на нем вентилятором, причем корпус изготовлен из тонколистовой нержавеющей стали, а в баке-водосборнике имеется диффузор, который представляет собой часть корпуса и соединен с вентилятором, выполненным с пластиковым рабочим колесом и многоскоростным электродвигателем, позволяющим в процессе работы, в зависимости от погодных условий, изменять производительность градирни за счет изменения расхода воздуха, а каплеотделитель выполнен с тройным рифлением, где поток воздуха три раза изменяет направление движения и за счет этого достигается значительное уменьшение каплеуноса, а каждая из форсунок разбрызгивающего устройства выполнена с распылительным диском и содержит цилиндрический корпус со штуцером, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и имеющим цилиндрическое отверстие для подвода жидкости, соединенное с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, а к корпусу, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц подсоединен распылитель, расположенный перпендикулярно оси корпусами, выполненный в виде сплошного диска.
На фиг.1 изображена схема вентиляторной градирни, на фиг.2 - схема форсунки для распыливания жидкости, на фиг.3 - график производительности форсунки.
Вентиляторная градирня является испарительной градирней открытого типа, которая состоит из двух частей (фиг.1): верхней части, состоящей из корпуса 1, в нижней части которого находится ороситель 3, в верхней - каплеотделитель 4, а между ними расположены коллекторы 5 разбрызгивающего устройства с форсунками (фиг.2). В нижней части градирни расположен бак-водосборник 2 для сбора охлаждаемой воды с установленным на нем посредством диффузора вентилятором 6.
3
2
При этом коллектор 5 разбрызгивающего устройства располагают в верхней части корпуса 1 и на его параллельно расположенных трубах в шахматном порядке закрепляют форсунки. При этом ороситель 3 изготавливают методом вакуумной штамповки из пластика с добавкой, обеспечивающей высокопрочный, химически стойкий материал, не поддерживающий горения и сохраняющий свои эксплуатационные свойства при температуре наружного воздуха от -60°C до +55°C. Ороситель 3 выполняют в виде пакета гофрированных и последовательно соединенных пластин с высокой степенью смачиваемости и при плотности орошения 15÷25 м/(час×м) и скорости воздуха 3÷4 м/сек позволяет охладить воду до 25°C и ниже. Каплеотделитель 4 выполняют с тройным рифлением (на чертеже не показано), где поток воздуха три раза изменяет направление движения и за счет этого достигается значительное уменьшение каплеуноса. При скорости воздуха в живом сечении каплеотделителя 4 до 4,5 м/сек, степень отделения капельной влаги - (эффективность) не ниже 99,9%. Вентилятор 6 выполняют с пластиковым рабочим колесом, а также многоскоростным электродвигателем, позволяющим в процессе работы в зависимости от погодных условий изменять производительность градирни за счет изменения расхода воздуха. Возможна конструкция со специальным частотным приводом регулирования оборотов вращения вентилятора 6, что обеспечит более чем двукратную экономию потребления электроэнергии.
Градирня имеет аэродинамически выверенную конфигурацию проточной части корпуса, что повышает равномерность распределения потока воздуха через ороситель 3 градирни и увеличивает равномерность и степень охлаждения воды в градирни.
Коллектор 5 разбрызгивающего устройства выполняют в виде труб с проточными отверстиями и с форсунками (фиг.2).
3
2
Корпус градирни изготовлен из тонколистовой нержавеющей стали, что обеспечивает надежную многолетнюю эксплуатацию градирни, небольшой вес и, как следствие, возможность установки градирни на крышах производственных зданий. В конструкции бака 2 предусмотрен диффузор, который представляет собой часть корпуса и соединен с вентилятором, при этом увеличено расстояние между вентилятором 6 и потоком воды, стекающей с оросителя 3, что полностью исключает попадание брызг воды на обечайку вентилятора 6 и образование наледи на ней, а каплеотделитель 4 и ороситель 3, обладающие низким сопротивлением, обеспечивают выход пара вверх, а не через обечайку вентилятора, что также исключает образование наледи за счет конденсации пара на обечайке. Ороситель 3 и каплеотделитель 4 изготавливаются методом вакуумной штамповки из пластика, срок эксплуатации которого составляет не менее 15 лет. Материал оросителя ПВХ (поливинилхлорид) с добавкой, обеспечивающей высокопрочный, химически стойкий пластик, не поддерживающий горения и сохраняющий свои эксплуатационные свойства при температуре наружного воздуха от -60°C до +55°C. Ороситель 3, используемый в градирне, представляет собой пакет гофрированных и последовательно соединенных пластин с высокой степенью смачиваемости и при плотности орошения 15÷25 м/(час×м) и скорости воздуха 3÷4 м/сек позволяет охладить воду до 25°C и ниже. Каплеотделитель 4 выполнен с тройным рифлением (на чертеже не показано), где поток воздуха три раза изменяет направление движения и за счет этого достигается значительное уменьшение каплеуноса. При скорости воздуха в живом сечении каплеотделителя 4 до 4,5 м/сек степень отделения капельной влаги - (эффективность) не ниже 99,9%. Градирня выполнена по одновентиляторной схеме с нижним расположением вентилятора, т.к. градирни с несколькими вентиляторами суммарно потребляют больше электроэнергии и при выходе из строя одного вентилятора происходит неконтролируемый унос воды через обечайку неисправного вентилятора. Вентилятор 6 выполнен с пластиковым рабочим колесом, а также с односкоростным или, многоскоростным электродвигателем, позволяющим в процессе работы в зависимости от погодных условий менять производительность градирни за счет изменения расхода воздуха. Возможна конструкция со специальным частотным приводом регулирования оборотов вращения вентилятора 6, что обеспечит более чем двукратную экономию потребления электроэнергии. Градирня имеет аэродинамически выверенную конфигурацию проточной части корпуса, что повышает равномерность распределения потока воздуха через ороситель 3 градирни и увеличивает равномерность и степень охлаждения воды в градирне.
Коллектор 5 разбрызгивающего устройства расположен в верхней части корпуса 1 форсунками (фиг.2). Каждая из форсунок выполнена с распылительным диском и содержит цилиндрический корпус 7 со штуцером 8, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и имеющим цилиндрическое отверстие 9 для подвода жидкости, соединенное с диффузором 10, осесимметричным корпусу и штуцеру. К корпусу 7, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц 12 подсоединен распылитель 11, расположенный перпендикулярно оси корпуса и выполненный в виде сплошного диска. Диск распылителя 11 образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора 10, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность, является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость.
Спицы 12, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса, и по форме могут быть выполнены прямыми (на чертеже не показано) и изогнутыми, причем к корпусу они крепятся посредством винтов, а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например, контактной сваркой.
Диск распылителя может быть образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка (на чертеже не показано), при этом распылитель форсунки может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама.
Градирня вентиляторная работает следующим образом.
3
2
Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения - 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками 8 и в виде пленки стекает в бак 2 через сложную систему каналов оросителя 3 навстречу потоку охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентилятором 6. Эффективный каплеотделитель 4 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.
Форсунка с распылительным диском работает следующим образом.
Жидкость подается по цилиндрическому отверстию 9 в диффузор 10, а из него под давлением поступает в распылитель 11, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный поток выходит из форсунки с широким факелом распыляющейся жидкости (раствора).
3
Расходная характеристика форсунки представлена на фиг.3. Расход воды через форсунку (м/ч) определяется по следующей формуле:
Gw=2,245·√H,
где Н - напор воды перед форсункой (м вод.ст.).
Рекомендуемый диапазон давлений для форсунки от 1,2 до 7,0 метров водяного столба (фиг.3). 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.
W
W
Г
3
3
Основными параметрами, определяющими рабочие процессы в градирне, являются: G - расход охлаждаемой воды, м/ч; Δg - количество воды для подпитки системы водоснабжения (восполнение испарения), м/ч; Q - тепловой поток, кВт.
A
A
W
W
P
BX
ВЫХ
W
P
BX
ВЫХ
2
3
<mrow><mi>W</mi><mo>=</mo><msubsup><mi>G</mi><mi>W</mi><mn>1</mn></msubsup><mo>×</mo><mi>n</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>G</mi><mi>W</mi><mn>1</mn></msubsup></mrow>
Расход воды через градирню может быть определен по давлению воды во входном коллекторе. Абсолютное давление воды необходимо определять по манометру (на чертеже не показано), устанавливаемому перед входным коллектором: H=10P, где H - напор перед форсункой (м вод. ст.), P - показания манометра (кг/см). Зная полный напор и количество форсунок, используя график, можно определить расход воды через градирню:
, где
- расход воды через форсунку (м/ч), n - количество форсунок (шт.). Количество воды, которое необходимо добавлять в систему для компенсации испарения, определяется исходя из расхода воды и разности температур воды на входе и на выходе из градирни: ΔG=1,67GC(t-t), где ΔG - величина подпитки (кг/час), C - теплоемкость воды (ккал/кг град), t - температура воды на входе в градирню (°C); t - температура воды на выходе из градирни (°C).
Величина капельного уноса составляет 0,1% от количества воды, проходящей через градирню при номинальном режиме. Снижение расхода воды через градирню уменьшает величину капельного уноса до 0,05%. Увеличение расхода воды выше номинального не рекомендуется. Количество тепла, отводимое через градирню:
Г
W
P
BX
ВЫХ
Q=GC(t-t)(ккал/час), или
Г
W
P
BX
ВЫХ
Q=GC(t-t)/860 (кВт).