Автономный модуль эжекционной градирни
EJECTION COOLING TOWER AUTONOMOUS MODULE

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, №2462675, F28C 1/00, 15.04.2011) - прототип. Градирня содержит корпус в виде многогранной призмы, установленный на опорах. В нижней части расположен водосборный поддон. В верхней части корпуса смонтирован выхлопной канал. Основание корпуса имеет форму перевернутой усеченной пирамиды, гранями которой являются водосливы. Пространство между водосливами и водосборным поддоном ограждено ветровыми перегородками. Поверхность поддона снаружи от перегородок закрыта сплошным настилом. Непосредственно под водосливами расположены коллекторы водораспределительной системы. На водосливах установлены водовоздушные эжекторы, форсунки которых направлены вверх с уклоном к оси градирни.
Практика эксплуатации показала, что представленная в качестве прототипа градирня имеет следующие недостатки.
Для обеспечения лобового столкновения водяных потоков, поступающих с противоположных водосливов, градирня должна иметь габариты в плане не более 12 метров. Это ограничивает количество установленных форсунок, а, следовательно, и расход воды через агрегат. При номинальном режиме работы в летний период температура охлажденной воды на 5-7°С выше температуры воздуха по мокрому термометру, то есть не достаточная глубина охлаждения. Наличие каплеуловителя в выхлопном канале создает существенное аэродинамическое сопротивление, препятствуя выходу паровоздушной смеси. Вследствие этого при работе эжекторов в объеме активной зоны появляется некоторое избыточное давление. 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.
Задачами данного изобретения являются: увеличение расхода воды через агрегат, повышение охлаждающей способности градирни в летний период и обеспечение надежной работы градирни в зимний период даже при очень низких температурах.
Для решения этих задач предложена эжекционная градирня в виде автономного модуля. Градирня имеет снаружи корпус в форме многогранной призмы, переходящий в верху в пирамидальный конфузор и призматический дефлектор. В объеме корпуса устроена опорная конструкция кольцевой формы. На опорной конструкции, по периметру корпуса расположена технологическая площадка. В проекционной связи над ней находятся водосливы с эжекционными узлами, сориентированные с уклоном к оси градирни. Пространство между нижними кромками водосливов и технологической площадкой закрыто ветровой перегородкой. Внутри градирни разделительная перегородка, диффузор и дефлектор образуют открытый по всей высоте выхлопной канал. Разделительную перегородку, установленную на опорной конструкции, снаружи охватывает стеллаж с уложенным на нем оросителем. Ветровую перегородку и стеллаж разделяет свободное пространство. В каждой грани корпуса над технологической площадкой выполнены по два воздуховходных окна. Между ними под технологической площадкой расположены воздухозаборные ниши. Проемы воздуховходных окон и входы в воздухозаборные ниши снабжены раздвижными затворами.
Принципиальная схема градирни представлена на фигурах 1 и 2. На фиг. 1 -общий вид градирни. На фиг. 2 - поперечный разрез по фиг. 1.
По схеме градирня имеет снаружи корпус 1 в форме многогранной призмы, переходящий в верху в пирамидальный конфузор 2 и призматический дефлектор 3. В объеме корпуса устроена опорная конструкция 4 кольцевой формы. На опорной конструкции, по периметру корпуса расположена технологическая площадка 5. В проекционной связи над технологической площадкой находятся водосливы 6, сориентированные с уклоном к оси градирни. Пространство между нижними кромками водосливов и внутренним контуром технологической площадки закрыто ветровой перегородкой 7. Водосливы представляют собой систему желобов и являются основанием для базирования эжекционных каналов 8 щелевидной формы. Снизу смонтированы водораспределительная система 9 с форсунками 10, направленными вверх по оси эжекционных каналов. Стояки 11 водораспределительной системы оснащены запорной арматурой 12, ниже которой в них врезаны боковые отводы 13 с запорной арматурой 14. В каждом секторе многогранного корпуса под технологической площадкой выполнены воздухозаборные ниши с наклонным основанием 15 и глухими стенками 16. Настил технологической площадки над воздухозаборными нишами решетчатый 17, а между ними сплошной 18. Внутри градирни образован открытый по всей высоте выхлопной канал, состоящий из трех частей. Снизу его формирует разделительная перегородка 19, установленная на опорной конструкции концентрично корпусу. В верху перегородка переходит в диффузор 20, примыкающий к основанию дефлектора 3. Снаружи перегородку охватывает стеллаж 21, на полках которого уложен ороситель 22. Блоки оросителя представляет собой пространственную решетчатую конструкцию и предназначены для поперечного тока теплоносителей. Конструкции разделительной перегородки обшиты ограждениями только от диффузора до верха оросителя. Ветровую перегородку и стеллаж разделяет свободное пространство. В каждой грани корпуса над технологической площадкой выполнены по два воздуховходных окна. Между ними под технологической площадкой расположены входы воздухозаборных ниш. Проемы воздуховходных окон и входы в воздухозаборные ниши снабжены раздвижными затворами 23 и 24, изготовленными из легких полимерных материалов. Для удобства технического обслуживания градирня имеет лестницы (на схеме не показаны) и два наружных трапа 25 и 26. Для надежной локализации активной зоны и снижения теплопотерь при низких температурах все ограждения градирни 27 выполнены двухслойными из листовых полимерных материалов. Ограждения ветровой перегородки выполнены сплошными, а разделительной перегородки только от диффузора 3 до верхней кромки оросителя.
Градирня работает следующим образом. Нагретая вода выталкивается форсунками в эжекционные каналы 8. Охлаждение воды начинается уже в их объеме, где происходит интенсивный подсос воздуха и потоки движутся с большими скоростями - первая зона активного охлаждения. После эжекционных узлов потоки диспергированной воды, движутся вверх по криволинейным траекториям, а затем падают на поверхность оросителя 22. В процессе криволинейного движения водяные потоки взаимодействуют с воздухом, в режиме интенсивной турбулизации - вторая зона активного охлаждения. При этом разделительная перегородка19 не позволяет эжектированному воздуху сразу же уходить в атмосферу через выхлопной канал градирни. Вследствие работы эжекционных узлов, нагнетающих воздух в объем градирни, его давление перед разделительной перегородкой 19 несколько возрастает. Под действием этого давления, сил трения водяных струй и самотяги, создаваемой открытым выхлопным каналом, воздух устремляется вниз, часть которого вместе с водой перемещается через объем оросителя 22. Другая часть опускается в свободном пространстве между стеллажом 21 и ветровой перегородкой 7. По мере перемещения в низ некоторый объем этого воздуха проходит поперечным током в выхлопной канал через пустоты оросителя 22- третья зона активного охлаждения. Оставшаяся часть воздуха, «просеиваясь» сквозь струи дождя под оросителем 22, также выходит в объем открытого выхлопного канала - четвертая зона активного охлаждения. После завершения процесса тепломассообмена весь отработавший воздух беспрепятственно удаляется в атмосферу через выхлопной канал.
Таким образом теплоносители находятся в постоянном интенсивном взаимодействии на всем пути их перемещения в активной зоне.
Одновременно, наличие разделительной перегородки 19 вынуждает воздушный поток изменять направление движения на 180°. Это, в сочетании с большой высотой выхлопного канала и наличием диффузора 20, обеспечивает надежную сепарацию капель и позволяет исключить из конструкции каплеуловитель.
Предложенная градирня может базироваться, как над заглубленным водосборным бассейном, так и иметь собственный металлический.
Технологическая схема процесса охлаждения и конструкция градирни обеспечивают широкий диапазон регулирования агрегата при изменении климатических условий и тепловой нагрузки.
В летний период для максимального притока атмосферного воздуха, все раздвижные затворы 23 и 24 полностью открывают.
В зимний период при умеренных температурах затворы 23 воздуховходных окон закрывают, а входы в воздухозаборные ниши оставляют открытыми.
При очень низких температурах затворы 24 на входах воздухозаборных ниш тоже закрывают, т.е. подача атмосферного воздуха в градирню прекращается. При этом охлаждение воды осуществляется за счет ее конвективного теплообмена с холодным воздухом через открытый выхлопной канал градирни.
При экстремально низких температурах и всех закрытых затворах 23 и 24 запорную арматуру 12 на стояках 11 тоже закрывают, а 14 на боковых отводах 13 открывают. Нагретая вода подается непосредственно в водосборный бассейн, минуя эжекционные узлы и ороситель 22. При этом теплообмен с окружающей средой осуществляется только через открытый выхлопной канал со свободной поверхности воды в бассейне.
Предложенная градирня позволяет получить следующие технические результаты.
Технологическая схема процесса охлаждения без многостороннего лобового столкновения водяных потоков позволяет увеличить габариты градирни в плане, а, соответственно, и расход оборотной воды через нее.
Наличие оросителя улучшает охлаждающую способность градирни в летний период.
Возможность регулирования расхода воздуха степенью открытия (закрытия) затворов защищает градирню от обледенения и обеспечивает ее работу даже при очень низких температурах.
Кроме того, технологическая схема процесса охлаждения предложенной градирни позволяет не только проектировать и строить новые агрегаты, но и реконструировать старые башенно-вентиляторные градирни типа СК-400.