КОМБИНИРОВАННАЯ ГРАДИРНЯ
COMBINED COOLING TOWER

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменным аппаратам, и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций и промышленных предприятий, где применяются башенные и/или вентиляторные градирни.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами в нижней части, водораспределительную систему с форсунками, направленными выходными отверстиями вверх, и расположенную симметрично продольной оси вытяжной башни, водосборный бассейн, размещенный под корпусом градирни, вытяжное устройство, выполненное в виде вентилятора и расположенное над корпусом, водоуловительное устройство и каплезадерживающее устройство в виде пространственной конструкции (патент РФ N 2455602, F28C 1/00. прототип).
Недостатком известного устройства, где охлаждение воды происходит с поверхности мелкофракционного капельного потока, является сравнительно малый диапазон гидравлических и тепловых нагрузок, при которых этот тип градирни эффективно охлаждает циркуляционный расход воды.
Технически достижимый результат - повышение эффективности использования вторичных энергоресурсов путем увеличении величины активной области градирни без увеличения аэродинамического сопротивления.
Это достигается тем, что в комбинированной градирне, содержащей корпус в виде вытяжной башни с воздуховходными окнами в нижней части, водоуловительное устройство, водосборный бассейн, размещенный под корпусом градирни, водораспределительную систему с разбрызгивающимися форсунками, выходные отверстия которых направлены вверх, оросительное устройство, разбрызгивающие форсунки, система оборотного водоснабжения имеет раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, при этом в нижней части корпуса градирен располагают, по крайней мере, два бака для сбора воды, которые соединяют между собой компенсационной трубой, обеспечивая гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления, при этом один бак соединяют с насосом, который подает охлажденную в градирне воду потребителю, которая снова поступает через вентиль по трубопроводу во второй бак, из которого нагретую воду насосом через фильтр и вентиль подают по трубопроводу в коллектор с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни, а на участке между фильтром и вентилем устанавливают систему контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящую из манометра и вентиля, при этом каждая из разбрызгивающих форсунок водораспределительной системы содержит корпус с камерой завихрения и сопло, корпус выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой и расширительной камерой, соосной корпусу, при этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла, где также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие, соединенное со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой, а в нижней части смесительной камеры сопла закреплен полый конический завихритель, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке, выполненной на внутренней поверхности смесительной камеры, а на внешней поверхности полого конического завихрителя выполнена винтовая нарезка.
На фиг. 1 изображена схема комбинированной градирни с системой оборотного водоснабжения, имеющей раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, на фиг. 2 - вариант выполнения разбрызгивающих форсунок 7 водораспределительной системы 3.
Комбинированная градирня содержит вытяжную башню (или корпус вентилятора) 1, водоуловительное устройство 2, водораспределительную систему 3, оросительное устройство 4, воздуховходные окна 5, водосборный бассейн 6. Разбрызгивающие форсунки эвольвентного типа 7 водораспределительной системы 3 размещены на расстоянии (0,1÷1,0)×h от верхней границы оросительного устройства 4, где h - высота оросительного устройства.
Система оборотного водоснабжения имеет раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды для градирни (возможен вариант с несколькими параллельно соединенными градирнями - на чертеже не показано); она содержит два бака для сбора воды: бак 8 и бак 9 с системой подпитки 10 воды, затрачиваемой на испарение. Баки 8 и 9 (емкости) соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления.
Бак 8 соединен с насосом 20, который подает охлажденную в градирне воду потребителю. На участке между насосом 20 и потребителем установлена система контроля гидравлического сопротивления системы, состоящая из манометра 13 и вентиля 14. После нагрева воды в потребителе она снова поступает через вентиль 12 по трубопроводу 11 во второй бак 9, из которого нагретая вода насосом 18 через фильтр 19 и вентиль 17 подается по трубопроводу в водораспределительную систему 3 с форсунками 7, размещенными в верхней части оросительного устройство 4 градирни.
Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу и цикл тепломассообменного процесса повторяется. На участке между фильтром 19 и вентилем 17 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра 19, состоящая из манометра 16 и вентиля 15.
Возможен вариант выполнения разбрызгивающих форсунок 7 водораспределительной системы 3 (фиг. 2).
Каждая из разбрызгивающих форсунок 7 (фиг. 2) водораспределительной системы 3 содержит корпус 21, который выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием 23, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой 22 с внутренней резьбой 25. В цилиндрической гильзе 22 расположена расширительная камера 24, соосная корпусу. При этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе 22 посредством резьбы 25 сопло 26, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище 27 которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 29 и 30, расположенных в торцевой поверхности сопла 26, образованной его днищем 27. В торцевой поверхности сопла 26 также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие 28, соединенное со смесительной камерой 31 сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой 32. Причем эффективные площади проходных сечений наклонных цилиндрических отверстий 29 и 30, взятые в совокупности, и центрального отверстия 28 равны между собой.
В нижней части смесительной камерой 31 сопла закреплен полый конический завихритель 35, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц 33, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке (на чертеже не показано), выполненной на внутренней поверхности смесительной камеры 31. На внешней поверхности полого конического завихрителя 35 выполнена винтовая нарезка 34.
Вихревая форсунка работает следующим образом.
Распыляемая жидкость поступает в корпус 21 через центральное отверстие 23, затем в расширительную камеру 24, соосную корпусу 21. После камеры 24 жидкость направляется к соплу 26, где распределяется по нескольким направлениям: первое - по центральному цилиндрическому дроссельному отверстию 28 в смесительную камеру 31, а второе - в турбулентный завихритель потока жидкости с наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 29 и 30, также соединенных со смесительной камерой 31 сопла, где при взаимодействии этих встречающихся потоков происходит их дробление с образованием турбулентного потока, направляющегося к диффузорной выходной камере 32, где происходит дополнительное дробление капель жидкости при их столкновении друг с другом за счет расширяющегося турбулентного потока жидкости.
Использование форсунки, как мелкодисперсного распылителя описанной конструкции, позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла поверхностно-активного вещества в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении его подачи не более 1 МПа.
Комбинированная градирня с системой оборотного водоснабжения работает следующим образом.
Вытяжная башня (корпус вентилятора) 1 обеспечивает тягу воздуха, который поступает в комбинированную градирню через воздуховходные окна 5. Попадая в область, занятую оросительным устройством 4, воздушный поток выравнивает свое скоростное поле, и здесь происходит активный теплосъем. Далее воздух направляется через водораспределительную систему 3, снабженную разбрызгивающими форсунками 7, водоуловительное устройство 2 и выбрасывается в атмосферу. Через водораспределительную систему 3 осуществляется подача горячей циркуляционной воды, которая разбрызгивается направленными выходным отверстием вверх, разбрызгивающими форсунками 7 в поток поступающего снизу охлажденного в оросительном устройстве 4 воздуха. Здесь происходит охлаждение горячей циркуляционной воды, причем тем интенсивнее, чем больше напор воды на разбрызгивающие форсунки 7. Напор воды охлаждаемой перед разбрызгивающей форсункой 7 находится в диапазоне 0,2÷1,0 атм. Отсюда упомянутое выше ограничение высотной отметки размещения разбрызгивающих форсунок 7 заключается в обеспечении возможно большего напора охлаждаемой воды на них, чем создается активная область мелкофракционного капельного потока.
3
2
Эффект охлаждения в градирне достигают за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками 7 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. В области промышленного строительства, особенно когда расход воды, циркулирующий через охладитель потребителя заметно меньше расхода воды, циркулирующего через градирни, применяется схема, приведенная на чертеже. Здесь обратная вода, поступающая от потребителей 21, отстаивается в накопительных (емкостях) баках 8 и 9, объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки. Из бака 9 насос 18 (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивает воду на оросительное устройство 4 испарительной градирни. 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.
В зимнее время эксплуатация градирен может усложняться из-за обмерзания их конструкций, особенно это относится к градирням расположенным в суровых климатических условиях. Обмерзание градирен может привести к аварийному состоянию, вызывая деформации и обрушение оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося на нем льда. Поэтому в зимний период не следует допускать колебаний тепловой и гидравлической нагрузок.
Предлагаемая комбинированная градирня увеличивает глубину охлаждения циркуляционной воды на 2÷4°С в сравнении с уровнем охлаждения традиционных градирен с пленочным или капельно-пленочным оросительным устройством, что практически приближает эту градирню по эффективности охлаждения циркуляционной воды к градирням вентиляторного типа. В случае, если более глубокое охлаждение воды для конкретной электростанции не представляется необходимым, то за счет выполнения комбинированной области тепло- и массообмена в градирне можно на 20÷30% увеличить единичную производительность градирен башенного или вентиляторного типов. Реализация предлагаемого изобретения не связана с капитальными дополнительными вложениями к смете на возведение новой или реконструкции действующей градирни.