Тепломассообменный блок эжекционной градирни
HEAT-MASS-EXCHANGE UNIT OF THE EJECTION COOLING TOWER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве устройства, повышающего эффективность эжекционных градирен.
Известна многоконтурная эжекционная градирня (см. патент RU, №2473855, F28C1/06, 10.05.2011) - аналог. В градирне использован тепломассообменный блок, включающий в себя эжекционные узлы с форсунками, расположенными рядами по осям проемов воздухозаборных окон, выполненных в плоскостях водосливов, над которыми установлены щелевидные эжекционные каналы, сориентированные вдоль водосливов.
Наиболее близкой по техническим решениям, является секционная эжекционная градирня открытого типа (см. патент RU, №2560453, F28C1/00, 15.05.2017) - прототип. Градирня имеет единый корпус, разделенный на секции объемными перегородками обтекаемой формы. Снизу к перегородкам примыкают по два наклонных водослива. Непосредственно под водосливами расположены технологические площадки, которые в сочетании с водосливами образуют сквозные воздуховодные коридоры с открытыми стенками. Оба входа в воздуховодные коридоры снабжены утепленными раздвижными затворами. Ниже технологических площадок в стенках корпуса по контуру градирни выполнены воздухозаборные окна. Снаружи они имеют затворы поворотного типа, а в их проемах установлены блоки каплеуловителя. В верхней части градирня открыта по всей площади и по периметру ее корпуса смонтирован общий выхлопной канал, имеющий конфузорную форму. Тепломассообменный блок этой градирни включает в себя не только эжекционные узлы, но и ороситель. Эжекционные узлы щелевидной формы смонтированы на двух противоположных водосливах и сориентированы вдоль них. Слой оросителя расположен в пространстве между двумя противоположными водосливами.
Практика эксплуатации таких градирен выявила следующие их недостатки.
В конструкциях, представленных выше аналогов, использован тепломассообменный блок с эжекционными узлами щелевидной формы. Прямолинейные стенки эжекционных каналов сориентированы вдоль водосливов. При наличии гидрозатворов, работающие эжекционные узлы создают зону разряжения, вследствие чего и происходит подсос воздуха. Однако, между каждыми соседними факелами в зоне их контакта с плоскими стенками канала образуются свободные просветы треугольной конфигурации, где гидрозатвор отсутствует. Таким образом, круглые факелы не могут создавать сплошного гидрозатвора с плоскими стенками эжекционного канала. Это приводит к снижению степени разряжения и, в конечном итоге, уменьшает величину коэффициента эжекции.
Вода, стекающая из зоны гидрозатворов по стенкам эжекционных каналов, отводится по длинным желобам. Так как желоба расположены горизонтально, то вода движется по ним с малой скоростью. В зимний период желоба переполняются, и вода стекает через край, образуя наледи.
В зоне столкновения потоков диспергированной воды с противоположных водосливов происходит их слияние. В результате этого основной поток охлаждаемой воды проходит через среднюю часть оросителя. При этом между дождем, ниспадающего из объема оросителя и технологическими площадками образуются свободные от дождя пространства, через которые часть воздуха поступает к эжекционным узлам, не контактируя с охлаждаемой водой. Кроме того, воздействие сил трения, падающих на ороситель водяных струй, а также наличие некоторого разрежения в объеме воздуховодных коридоров, создают рециркуляцию части отработавшего влажного воздуха из-под оросителя снова на вход эжекционных узлов.
Указанные выше причины, приводят к снижению охлаждающей способности градирни и ухудшению ее эксплуатационных характеристик в зимний период.
Основной задачей данного изобретения является повышение охлаждающей способности эжекционных градирен.
Для решения этой задачи предложено использовать в эжекционных градирнях тепломассообменный блок, конструкция которого представлена на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 - принципиальная схема эжекционной градирни, в которую встроен предложенный тепломассообменный блок. На фиг. 2 - вид сверху тепломассообменного блока.
По схеме градирня имеет единый корпус 1, разделенный на секции объемными перегородками 2 обтекаемой формы. Снизу к перегородкам примыкают по два наклонных водослива 3. В проекционной связи под водосливами расположены технологические площадки 4, которые в сочетании с водосливами образуют сквозные воздуховодные коридоры с открытыми стенками. В плоскости стенок смонтированы элементы подающих трубопроводов 5 градирни. Оба входа в воздуховодные коридоры снабжены утепленными раздвижными затворами 6. Ниже технологических площадок в стенках корпуса по контуру градирни выполнены воздуховходные окна. Снаружи они имеют затворы поворотного типа 7, а в их проемах установлены блоки каплеуловителя 8. В верхней части градирня открыта по всей площади и по периметру ее корпуса смонтирован общий выхлопной канал 9, имеющий конфузорную форму.
Тепломассообменный блок этой градирни представляет собой два ряда малогабаритных эжекционных узлов 10, смонтированных на противоположных водосливах с уклоном навстречу друг к другу.
Конструкция малогабаритного эжекционного узла 10, используемого в тепломассообменном блоке эжекционной градирни представлена на фиг. 3.
Эжекционный узел состоит из окна воздухозаборного 11, канала эжекционного 12, коллектора лучевого 13 и форсунок 14. Воздухозаборное окно прямоугольной формы с отбортовками по трем сторонам является основанием для базирования канала эжекционного. Внутри окно имеет симметричный проем также с отбортовкой замкнутой волнообразной формы. Контур окна образован в результате пересечения нескольких окружностей одного радиуса, центры которых лежат на оси симметрии, сориентированной поперек водослива. Стенки канала эжекционного, также замкнутой волнообразной формы, установлены концентрично проему окна воздухозаборного. В центрах окружностей, образующих проем окна расположены форсунки, смонтированные на коллекторе лучевом, расположенном непосредственно под окном воздухозаборным.
На опорной решетке 15 уложены секции водораспределительных поддонов 16 с перфорированным днищем, перекрывающие все свободное пространство между водосливами. Блоки оросителя 17 установлены на поддонах только в средней части на равных расстояниях от каждого водослива параллельно рядам эжекционных узлов.
Водораспределительный поддон состоит из отдельных секций, установленных вплотную друг к другу. В днище каждой секции выполнены ряды отверстий.
Предложенный тепломассообменный блок эжекционной градирни работает следующим образом. При диспергировании воды в объемы эжекционных каналов на входах малогабаритных эжекторов создается разрежение. Волна разряжения распространяется на весь всасывающий тракт эжекционной градирни. В результате, через блоки каплеуловителя, смонтированные в проемах воздуховходных окон, воздух из атмосферы поступает внутрь градирни. Далее он проходит сквозь струи ниспадающего дождя в объем воздуховодного коридора через его открытые боковые стенки. Затем, эжектированный из объема коридора воздух активно смешивается с диспергированной форсунками охлаждаемой водой. Из эжекционных узлов смешанные водо-воздушные потоки с противоположных водосливов движутся вверх по криволинейным траекториям до момента их лобового столкновения. После столкновения отработавший воздух устремляется в выхлопной канал градирни, а охлаждаемая вода единым потоком падает на ороситель, заполняющий среднюю часть пространства между противоположными водосливами. Проходя через пустоты оросителя, вода стекает в секции водораспределительных поддонов. Из поддонов равномерно распределенные струи воды стекают в водосборный бассейн градирни, заполняя все пространство между водосливами.
Такая конструкция тепломассообменного блока эжекционной градирни и принцип его действия позволяют получить следующие технические результаты.
Волнообразные стенки эжекционного канала практически повторяют внешний контур сопряженных факелов диспергированной форсунками воды, и тем самым, обеспечивают надежный гидрозатвор между стенками канала и водяным потоком по всему периметру, повышая тем самым коэффициент эжекции.
Малые габариты и наклонная ориентация воздухозаборного окна обеспечивают быстрый отвод воды, предотвращая ее перелив и замерзание в зимний период.
Водораспределительные поддоны с перфорированным днищем, перекрывают все свободное пространство между водосливами, предотвращая рециркуляцию части отработавшего воздуха на всас эжекционных узлов. Одновременно, поддоны распределяют воду в виде струй по всему объему между технологическими площадками, исключая свободный проход воздуха к эжекционным узлам без взаимодействия с охлаждаемой водой.
Таким образом, устраняются все недостатки, выявленные в процессе эксплуатации прототипа и решается основная задача - повышение охлаждающей способности эжекционных градирен. Предложенный тепломассообменный блок может быть использован как для проектирования и строительства новых эжекционных охладителей оборотной воды, так и для реконструкции старых вентиляторных и башенных градирен, улучшая их технические и эксплуатационные характеристики.