ГРАДИРНЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для охлаждения оборотной воды в системах технического водоснабжения турбинных цехов тепловых электростанций, компрессионных холодильных установок и других замкнутых систем, где требуется охлаждение воды.
Известна градирня, содержащая башню или каркас с воздуховходными окнами, внутри которых размещены: водоуловитель, водораспределитель с разбрызгивающими соплами, ороситель (патент RU №2294497, F28C 1/00 МПК8).
Указанная градирня имеет существенные недостатки:
- водоуловитель установлен по всей площади градирни в месте его установки, что обусловливает в пространстве между водоуловителем и оросителем повышенное давление и температуру смесей газов, что препятствует движению восходящего потока, конденсации водяных паров, и, следовательно, снижает эффективность работы градирни, а также отсутствует обессоленный конденсат, увеличивается отложение солей в ячейках водоуловителя, растет концентрация солей в оборотной воде;
- установка водоуловителя в зоне падения наледей снижает надежность градирни в зимний период по причине их падения и повреждения оборудования, и, как следствие, снижение межремонтного периода, а, следовательно, снижение эффективности работы градирни.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа для всех предлагаемых вариантов, является градирня, описанная в патенте RU №2135920, МПК6 F28C 1/00, F28F 25/00, опубл. 27.08.1999 г.
Градирня содержит башню с водораспределителем, оросителем, трубопроводы с насадками или соплами, воздухонаправляющие устройства, установленные по периферии башни, при этом над блоками оросителя по периметру башни установлены козырьки с защитным решетчатым или сетчатым настилом (далее по тексту - настил), ширина которого больше или равна противолежащему катету угла, образованного наклонной составляющей обшивки градирни с вертикалью, проходящей от оголовка градирни до нижней части настила, при этом настил расположен с образованием одной или более щелей со стороны внутренней части козырька до места выхода горизонтального потока воздуха, а высота щелей или уровень установки настила над блоками оросителя определяются предельно допустимыми размерами наледей и конструкцией водораспределителя.
В указанном изобретении защитные козырьки имеют неограниченные размеры ячеек, при этом при малых размерах ячеек создается повышенное аэродинамическое сопротивление потоку уходящих газов (паров), снижение воздухопроницаемости настила, а при значительных размерах (200-300 мм. и более) повышается опасность повреждения оборудования градирни из-за невозможности улавливания сосулек и глыб льда размеров меньших размеров ячеек решетки, что значительно влияет на надежность градирни, а, следовательно, на эффективность ее работы.
2
Высота установки защитных козырьков в градирне такого типа обусловлена созданием бокового зазора с оросительными блоками для выпуска горизонтальной составляющей потока газов в полость башни. С этой целью в центральной зоне градирни необходимо пространство, площадь которого равна или менее площади градирни в зоне оголовка. Через указанное пространство основная часть газов и содержащихся в них брызг воды, тепла и водяных паров выбрасывается в атмосферу без улавливания, что снижает эффективность работы градирни. Кроме того, градирни без водоуловителей ограничены нормами (СНиП-2-04-02-84 и др.) и не допускаются к применению с площадью орошения >1600 м, а установка защитных козырьков над водоуловителями не устраняет недостатки таких градирен.
Отсутствие газопроницаемости настила в центральной, вне зоны падения наледей, части градирни существенно ограничивает конденсацию водяных паров на защитных козырьках, улавливание и возврат обессоленного конденсата в бассейн, снижая тем самым эффективность градирни.
Техническая задача заключается в создании конструкций градирен, обеспечивающих снижении температуры оборотной воды и концентрации солей в оборотной воде.
Технический результат, на достижение которого направлены предлагаемые варианты полезной модели, заключается в повышении эффективности работы градирни.
По первому варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в нижней зоне по периметру башни, защитный экран, включающий настил с его несущими и вспомогательными элементами, расположенный над оросительными блоками, бассейн, согласно изобретению настил установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, при этом все элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводного материала.
При этом:
- настил выполнен решетчатым или сетчатым;
- оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности элементов настила и перекрытия;
- развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов защитного экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже температуры основного теплоносителя - горячей воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки экрана.
По второму варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в нижней зоне по периметру башни, защитный экран, включающий настил с его несущими и вспомогательными элементами, расположенный над оросительными блоками, бассейн, согласно изобретению настил выполнен, по меньшей мере, в один ярус и установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, при этом все элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводного материала, а часть несущих и вспомогательных элементов перекрытия выполнены в виде системы труб с обеспечением движения в них охладителя. При этом:
- настил выполнен решетчатым или сетчатым;
- оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности элементов настила и перекрытия;
- развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже температуры основного теплоносителя - горячей воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки экрана.
- в качестве охладителя используют воздух, воду и др. По третьему варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в нижней зоне по периметру башни, защитный экран, включающий настил с его несущими и вспомогательными элементами, расположенный над оросительными блоками, бассейн, согласно изобретению настил выполнен, по меньшей мере, в один ярус и установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, часть несущих и вспомогательных элементов настила и связанных с ним элементов перекрытия выполнены в виде разводящих и распределительных труб, образующих систему охлаждения, с обеспечением движения в ней охладителя, при этом распределительные трубы выполнены с отверстиями, расположение которых определяется видом охладителя, а направление струй охладителя выбирают с условием обеспечения прямого контакта последних с элементами настила и связанных с ним других элементов защитного экрана, при этом все элементы защитного экрана, кроме распределительных труб, не связанных с настилом, выполнены из высокотеплопроводного материала. Кроме того:
- настил выполнен решетчатым или сетчатым;
оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности элементов настила и перекрытия;
- развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже- температуры основного теплоносителя - горячей воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки экрана;
- в качестве охладителя используют очищенную воду или воздух;
- отверстия в трубах выполняют с заданным расчетным шагом и диаметром, которые определяются видом охладителя;
- отверстия в трубах снабжены соплами или насадками;
- трубы расположены с обеспечением газопроницаемости восходящему потоку газов;
- нижнее отверстие трубы снабжено патрубком с отверстиями, при этом расстояние каждого отверстия от вертикальной оси симметрии трубы превышает ее радиус.
По четвертому варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в надземной части по периметру башни, бассейн, над блоками оросителя по периметру башни расположен защитный экран, включающий настил с его несущими и вспомогательными элементами, при этом ширина настила в зоне падения наледей больше или равна противолежащему катету угла, образованного наклонной составляющей обшивки градирни с вертикалью, проходящей от оголовка градирни до нижней части настила, водоуловитель, установленный в центральной зоне градирни, вне зоны падения наледей, основанием которого является настил, который установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, при этом все элементы экрана выполнены из высокотеплопроводного материала.
При этом:
- настил выполнен решетчатым или сетчатым;
- оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности
- элементов настила и перекрытия;
- развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже температуры основного теплоносителя - горячей оборотной воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки защитного экрана.
По пятому варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в надземной части по периметру башни, бассейн, над блоками оросителя по периметру башни расположен защитный экран, включающий настил с его несущими и вспомогательными элементами, при этом ширина настила в зоне падения наледей больше или равна противолежащему катету угла, образованного наклонной составляющей обшивки градирни с вертикалью, проходящей от оголовка градирни до нижней части настила, водоуловитель, установленный в центральной зоне градирни, вне зоны падения наледей, основанием которого является настил, настил выполнен, по меньшей мере, в один ярус и установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, при этом, часть несущих и вспомогательных элементов перекрытия выполнены в виде системы труб с обеспечением движения в них охладителя, а все элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводного материала. При этом:
- настил выполнен решетчатым или сетчатым;
- оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности элементов настила и перекрытия;
- что развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов защитного экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже температуры основного теплоносителя - горячей воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки защитного экрана;
- размеры ячеек настила в зоне водоуловителя выполнены с обеспечением газопроницаемости не меньшей газопроницаемости ячеек последнего;
- в качестве охладителя используют воздух, воду и др. По шестому варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в надземной части по периметру башни, бассейн, над блоками оросителя по периметру башни расположен защитный экран, включающий настил с его несущими и вспомогательными элементами, при этом ширина настила в зоне падения наледей больше или равна противолежащему катету угла, образованного наклонной составляющей обшивки градирни с вертикалью, проходящей от оголовка градирни до нижней части настила, водоуловитель,  установленный в центральной зоне градирни, вне зоны падения наледей, основанием которого является настил, настил установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, часть несущих и вспомогательных элементов настила и связанных с ним элементов перекрытия выполнены в виде разводящих и распределительных труб, образующих систему охлаждения, с обеспечением движения в ней охладителя, распределительные трубы выполнены с отверстиями, расположение которых определяется видом охладителя, при этом направление струй охладителя выбирают с условием обеспечения прямого контакта последних с элементами настила и связанных с ним элементов защитного экрана, при этом все элементы защитного экрана, кроме распределительных труб, не связанных с настилом, выполнены из высокотеплопроводного материала. При этом:
- настил выполнен решетчатым или сетчатым;
- оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности элементов настила и перекрытия;
- что развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже температуры основного теплоносителя - горячей воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки защитного экрана;
- в качестве охладителя используют очищенную воду или воздух;
- отверстия в трубах выполняют с заданным расчетным шагом и диаметром, которые определяются видом охладителя;
- отверстия в трубах снабжены соплами или насадками;
- трубы расположены с обеспечением газопроницаемости восходящему потоку газов;
- нижнее отверстие трубы снабжено патрубком с отверстиями, при этом расстояние каждого отверстия от вертикальной оси симметрии трубы превышает ее радиус.
По седьмому варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в нижней зоне по периметру башни, защитный экран, включающий решетчатый настил с его несущими и вспомогательными элементами, расположенный над оросительными блоками, бассейн, при этом настил установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, при этом настил выполнен, по меньшей мере, в два яруса, решетки настилов каждого яруса выполнены с возможностью смещения в плоскости настила на половину шага стрежней по отношению к решеткам соседнего яруса, при этом все элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводного материала.
При этом:
- оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности элементов настила и перекрытия;
- развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов защитного экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже температуры основного теплоносителя - горячей оборотной воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки защитного экрана.
По восьмому варианту полезной модели: для достижения заявленного технического результата градирня содержит башню с обшивкой и центральным стояком, ороситель с оросительными блоками, систему водораспределения с трубопроводами с соплами или насадками, воздухорегулирующее устройство с поворотными щитами, установленное в надземной части по периметру башни, бассейн, над блоками оросителя по периметру башни расположен защитный экран, включающий решетчатый настил с его несущими и вспомогательными элементами, при этом ширина настила в зоне падения наледей больше или равна противолежащему катету угла, образованного наклонной составляющей обшивки градирни с вертикалью, проходящей от оголовка градирни до нижней части настила, водоуловитель, установленный в центральной зоне градирни, вне зоны падения наледей, основанием которого является настил, настил установлен поперечно к восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком, а размеры ячеек, образуемых пересечениями стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, подбирают с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, высота установки защитного экрана над уровнем оросительных блоков определяется высотой выбрасываемых из трубопроводов струй горячей оборотной воды без прямого контакта с последними, при этом все элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводного материала, часть несущих и вспомогательных элементов настила и связанных с ним элементов перекрытия выполнены в виде разводящих и распределительных труб, образующих систему охлаждения, с обеспечением движения в ней охладителя, распределительные трубы выполнены с отверстиями, расположение которых определяется видом охладителя, при этом направление струй охладителя выбирают с условием обеспечения прямого контакта последних с элементами настила и связанных с ним элементов защитного экрана, при этом настил выполнен, по меньшей мере, в два яруса, а решетки настилов каждого яруса выполнены с возможностью смещения в плоскости настила на половину шага стрежней по отношению к решеткам соседнего яруса, все элементы защитного экрана, кроме распределительных труб, не связанных с настилом, выполнены из высокотеплопроводного материала. При этом:
- оптимальные размеры ячеек настила определяются по условиям аэродинамических, строительных и теплотехнических расчетов с обеспечением требований по газопроницаемости, надежности элементов настила и перекрытия;
- развернутая суммарная площадь защитного экрана с учетом ребристости стержней настила выбрана с обеспечением температуры нагрева поверхностей элементов экрана, не превышающей температуры конденсации водяных паров в этой зоне, при этом она ниже температуры основного теплоносителя - горячей оборотной воды и выше 0°С и обусловлена высотой установки защитного экрана;
- в качестве охладителя используют очищенную воду или воздух;
- отверстия в трубах выполняют с заданным расчетным шагом и диаметром, которые определяются видом охладителя;
- отверстия в трубах снабжены соплами или насадками;
- трубы расположены с обеспечением газопроницаемости восходящему потоку газов;
- нижнее отверстие трубы снабжено патрубком с отверстиями, при этом расстояние каждого отверстия от вертикальной оси симметрии трубы превышает ее радиус.
Заявленные варианты полезной модели взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, все варианты градирни позволяют решить поставленную задачу с получением требуемого технического результата - повышение эффективности работы градирни. Следовательно, заявленные полезные модели удовлетворяют требованию единства изобретения.
Краткое описание чертежей, «а» - шаг стержней
На фиг.1 показан общий вид с частично продольным разрезом градирни,
на фиг.2- разрез 1-1 фиг.1 - поперечный разрез в зоне защитного экрана;
на фиг.3 - разрез 1-1 фиг.2 с расположением элементов настила и перекрытия защитного экрана;
на фиг.4 показан общий вид с частично продольным разрезом градирни,
на фиг.5 - разрез 1-1 фиг.4 - поперечный разрез в зоне защитного экрана;
на фиг.6 - разрез 1-1 фиг.5 с расположением элементов настила и элементов перекрытия защитного экрана с трубами в качестве несущих элементов;
на фиг.7 - вариант с применением труб в качестве вспомогательных элементов перекрытия;
на фиг.8 - общий вид с частично продольным разрезом градирни;
фиг.9 - разрез 1-1 фиг.8 - поперечный разрез в зоне защитного экрана;
на фиг.10 - разрез 1-1 фиг.9 - вариант труб с отверстиями в
боковой части с использованием жидкого охладителя;
на фиг.11 - разрез 1-1 фиг.9 - вариант с отверстиями в верхней зоне трубы с использованием жидкого охладителя;
на фиг.12 - разрез 1-1 фиг.9 - вариант с отверстиями в нижней части трубы с патрубком;
на фиг.13 - общий вид градирни с частично продольным разрезом;
на фиг.14 - поперечный разрез 1-1 фиг.13 с расположением водоуловителя и основных элементов защитного экрана;
- на фиг.15 - разрез 1-1 фиг.14 с расположением основных элементов в центральной зоне градирни с водоуловителем;
на фиг.16 - поперечный разрез 2-2 фиг.14 -с расположением элементов защитного экран в зоне падения наледей вне зоны установки водоуловителя;
на фиг.17 - общий вид градирни с частично продольным разрезом;
на фиг.18 - разрез 1-1 фиг.17 с расположением водоуловителя и основных элементов защитного экрана;
на фиг.19 - разрез 1-1 фиг.18 - участок перекрытия с применением труб вне зоны водоуловителя;
на фиг.20 - разрез 2-2 фиг.18, где показаны элементы защитного
экрана с применением дополнительной системы охлаждения в зоне
установки водоуловителя.
на фиг.21- общий вид градирни с частично продольным разрезом;
на фиг.22 - поперечный разрез 1-1 фиг.21 с расположением водоуловителя и основных элементов защитного экрана;
на фиг.23 - разрез 1-1- фиг.22 с элементами защитного экрана вне зоны водоуловителя;
на фиг.24 - разрез 2-2 фиг.22 с элементами экрана в зоне расположения водоуловителя и отверстиями в трубах для выноса струй охладителя за пределы диаметра трубы;
на фиг.25 - общий вид градирни с частично продольным разрезом;
на фиг.26 - узел I фиг.25 - вариант с двухярусным настилом;
на фиг.27 - вид сверху фиг.26 - вариант с двухярусным настилом без смещения стержней;
на фиг.28 - узел II фиг.25 - расположение 2-х ярусов настила со смещением решеток;
на фиг.29 - вид сверху фиг.28 - вариант со смещением решеток настила в одном направлении;
на фиг.30 - вид сверху фиг.25 - вариант со смещением решеток настила в одном направлении;
на фиг.31 - вид сверху фиг.28 - вариант со смещением решеток настила в двух направлениях;
на фиг.32 - показан общий вид с частично продольным разрезом градирни; на фиг.33 - узел I фиг.32 - вариант с двухярусным настилом в зоне падения наледей со смещением решеток соседних ярусов;
на фиг.34 - разрез 1-1 фиг.33 - вариант с двухярусным настилом со смещением решеток соседних ярусов;
на фиг.35 - узел II фиг 32 - вариант с двухярусным настилом в зоне водоуловителя;
на фиг.36 - разрез 1-1 фиг.35 - вариант настила без смещения решеток в соседних ярусах;
на фиг.37 - разрез 2-2 фиг.35 - вариант с установкой патрубка в нижнем отверстии трубы;
на фиг.38 - разрез 1-1- фиг 37 - схема расположений отверстий в патрубке.
Подробное описание полезной модели.
По первому варианту (фиг.1-3) градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие колонны 6 и балки, настил 7, расположенный на несущих и вспомогательных элементах перекрытия 8, образующих защитный экран. Настил 7 расположен по всей площади градирни от обшивки 2 до центрального стояка 3 и выполнен в форме кольца. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлены воздухорегулирующие устройства с поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в башню 1 и соответственно брызгоуноса.
Работает предлагаемая градирня следующим образом.
В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис.не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (высота составляет более 1.5 м.), которые под собственной тяжестью, частично охлаждаясь, падают вниз к оросительным блокам 5 навстречу восходящему потоку газов, в ячейках которых отдают тепло встречному потоку наружного воздуха и поступают в бассейн 9, и далее через отводящий (выпускной) трубопровод возвращается к конденсаторам, образуя замкнутый цикл охлаждения воды.
С учетом того, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь содержанием водяных паров, в качестве охладителя оборотной воды в градирнях используют наружный воздух.
Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5, воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
За счет установки защитного экрана, включающего настил 7, над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и защитным экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%.
Обшивка 2 градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется.
Выполнение настила и других элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов обеспечивает условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры воды, что способствует отбору тепла у восходящего потока газов.
3
В зоне защитного экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия, происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов с последующим образованием капели, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает и попадает в струйную часть зоны горячей оборотной воды, снижает ее температуру и вместе с ней возвращается в бассейн. Кроме того, процесс конденсации насыщенных паров воды сопровождается разрежением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000, и соответственно снижением давления и температуры воздуха, находящегося в зоне защитного экрана. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов защитного экрана соответствует вытяжке из воздуха при температуре 17-40°С от 15 до 60 м объема таких паров, то появление эквивалентного объема вакуума в нем влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два направления. При этом охлажденная часть воздуха вместе с каплями конденсата и оборотной воды стремится вниз и происходит перемешивание восходящего и нисходящего потоков воды и смеси газов под защитным экраном. Восходящий поток воздуха, упругая часть (несконденсировавшихся) водяных паров, отбирая избыток тепла у элементов защитного экрана, через ячейки настила, образуемые пересечением несущих и вспомогательных элементов перекрытия, направляется в верхнюю зону башни и далее в атмосферу.
Таким образом, обеспечивается конденсация водяных паров на настиле за счет отбора тепла у восходящего потока газов последним, а количество конденсата при этом определяется объемом водяных паров. Поскольку максимальное количество тепла сосредоточено в этой зоне и приходится на водяные пары, тем самым обеспечиваются оптимальные условия для их конденсации, что значительно повышает эффективность работы градирни.
Кроме того, в качестве охладителя выступает воздух, имеющий незначительное теплосодержание по сравнению с равным количеством водяного пара, значит, в качестве основного теплоносителя выступает водяной пар, следовательно, температура нагрева настила будет ниже температуры водяного пара, а приближение элементов защитного экрана максимально к струйной зоне горячей воды без непосредственного контакта с ней обеспечивает создание зоны с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров, а также нагрев элементов защитного экрана до температуры, приближающейся к температуре водяных паров, при этом относительная влажность воздуха максимально приближается к 100%, что обеспечивает повышенную конденсацию водяных паров, повышая тем самым эффективность работы градирни.
Температура нагрева настила в этой зоне всегда будет выше 0°С, что исключает образование наледей, и стремится к температуре водяного пара, но с учетом развернутой площади элементов защитного экрана, и теплопроводности его материалов, а также теплообмена, ограничивается проектированием по расчетным значениям температуры конденсации водяного пара, поддерживаемой в требуемых пределах отбором тепла на его унос с упругой частью водяных паров, охлаждением воздуха и элементов защитного экрана в процессе такой конденсации, его отбором и уносом в бассейн вместе оборотной водой.
Таким образом, за счет того, что температура элементов защитного экрана ниже температуры выбрасываемых газов, происходит процесс конденсации водяных паров, содержащихся в смеси этих газов. В результате температура выбрасываемых газов понижается, а конденсат, образуемый на элементах защитного экрана, с отбором тепла от поверхности этих элементов возвращается в бассейн, что позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды, снизить концентрацию солей в ней и тем самым обеспечить повышение эффективности работы градирни.
Установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, что способствует увеличению объема уловленного водяного пара и конденсата, и, как следствие, снижению температуры и увеличению объема оборотной воды. Таким образом, повышается эффективность работы градирни.
Подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет создать максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила. Уменьшение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящему потоку газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни). Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода и эффективности работы градирни. Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Поэтому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием оптимальной газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении обеспечивается одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана.
Отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни -образование наледей на его элементах, что значительно повышает эффективность работы градирни.
Выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым создаются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни.
Кроме того, конденсат, не содержащий солей и других примесей, возвращаясь в бассейн, обеспечивает частичное снижение концентрации солей в оборотной воде, что также повышает эффективность работы градирни.
Выполнение поверхности стержней настила и других элементов защитного экрана не ровной, например, с выступающими ребрами, с максимально развернутой их суммарной площадью позволяет повысить эффективность конденсации водяных паров и обеспечить снижение брызгоуноса. Потери тепла на этих поверхностях прямо пропорциональны их площади.
По второму варианту полезной модели (фиг.4-7).
Предлагаемая градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами 4 с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие колонны 6 и балки, настил 7, расположенный на несущих и вспомогательных элементах перекрытия 8, образующих защитный экран. Настил 7 расположен по всей площади градирни от обшивки 2 до центрального стояка 3 и выполнен в форме кольца. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлены воздухорегулирующие устройства с поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в башню 1 и соответственно брызгоуноса, а часть несущих и вспомогательных элементов перекрытия выполнены в виде системы труб 11 с обеспечением движения в них охладителя.
Работает предлагаемая градирня следующим образом.
В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис.не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (ориентировочно высота составляет более 1.5 м.), которые под собственной тяжестью, частично охлаждаясь, падают вниз к оросительным блокам 5 навстречу восходящему потоку газов, в ячейках которых они отдают тепло встречному потоку и вода поступает в бассейн 9, и далее через отводящий (выпускной) трубопровод возвращается к конденсаторам, образуя замкнутый цикл охлаждения воды. Одновременно по системе труб 11, являющихся частью несущих и вспомогательных элементов перекрытия, циркулирует охладитель, например, вода или воздух. При этом можно регулировать температуру охладителя, и, следовательно, регулировать в ограниченных пределах степень охлаждения оборотной воды. Воду-охладитель можно брать из внешних источников. Охлажденная система труб 11 обеспечивает дополнительную конденсацию водяных паров.
С учетом того, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град.), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь, содержанием водяных паров, наружный воздух используется в градирнях в качестве охладителя оборотной воды.
Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5 воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
За счет установки защитного экрана, включающего настил 7, над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и защитным экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%.
С учетом регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10 и связанной с ней скорости брызгоуноса, выбора оптимальных размеров ячеек решеток настила 7 ограничиваются допустимые значения скоростей воздуха в них и уточняются пределы такого регулирования на стадии проектирования.
Обшивка 2 градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется.
Выполнение настила и других элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов обеспечивает условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры воды, что способствует отбору тепла у восходящего потока газов.
3
В зоне защитного экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия, происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов с последующим образованием капели, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает и попадает в струйную часть зоны горячей оборотной воды, снижает ее температуру и вместе с ней возвращается в бассейн. Кроме того, процесс конденсации насыщенных паров воды сопровождается разрежением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000, и соответственно снижением давления и температуры воздуха, находящегося в зоне защитного экрана. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов защитного экрана соответствует вытяжке из воздуха при температуре 17-40°С от 15 до 60 мобъема таких паров, то появление эквивалентного объема вакуума в нем влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два направления. При этом охлажденная часть воздуха вместе с каплями конденсата и оборотной воды стремится вниз и происходит перемешивание восходящего и нисходящего потоков воды и смеси газов под защитным экраном. Восходящий поток воздуха, упругая часть (несконденсировавшихся) водяных паров, отбирая избыток тепла у элементов защитного экрана, через ячейки настила, образуемые пересечением несущих и вспомогательных элементов перекрытия, направляется в верхнюю зону башни и далее в атмосферу.
Таким образом, обеспечивается конденсация водяных паров на настиле за счет отбора тепла у восходящего потока газов последним, а количество конденсата при этом определяется объемом водяных паров. Поскольку максимальное количество тепла сосредоточено в этой зоне и приходится на водяные пары, тем самым обеспечиваются оптимальные условия для их конденсации, что значительно повышает эффективность работы градирни.
Кроме того, в качестве охладителя выступает воздух, имеющий незначительное теплосодержание по сравнению с равным количеством водяного пара, значит, в качестве основного теплоносителя выступает водяной пар, следовательно, температура нагрева настила будет ниже температуры водяного пара, а приближение элементов защитного экрана максимально к струйной зоне горячей воды без непосредственного контакта с ней обеспечивает создание зоны с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров, а также нагрев элементов защитного экрана до температуры, приближающейся к температуре водяных паров, при этом относительная влажность воздуха максимально приближается к 100%, что обеспечивает повышенную конденсацию водяных паров, повышая тем самым эффективность работы градирни.
Температура нагрева настила в этой зоне всегда будет выше 0°С, что исключает образование наледей, и стремится к температуре водяного пара, но с учетом развернутой площади элементов защитного экрана, и теплопроводности его материалов, а также теплообмена, ограничивается проектированием по расчетным значениям температуры конденсации водяного пара, поддерживаемой в требуемых пределах отбором тепла на его унос с упругой частью водяных паров, охлаждением воздуха и элементов защитного экрана в процессе такой конденсации, его отбором и уносом в бассейн вместе оборотной водой.
Таким образом, за счет того, что температура элементов защитного экрана ниже температуры выбрасываемых газов, происходит процесс конденсации водяных паров, содержащихся в смеси этих газов. В результате температура выбрасываемых газов понижается, а конденсат, образуемый на элементах защитного экрана, с отбором тепла от поверхности этих элементов возвращается в бассейн, что позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды, снизить концентрацию солей в ней и тем самым обеспечить повышение эффективности работы градирни.
Установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, что способствует увеличению объема уловленного пара и конденсата, и, как следствие, снижению температуры и увеличение объема оборотной воды, тем самым повышению эффективности работы градирни.
Подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет обеспечить максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила). Снижение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящего потока газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни. Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода. Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Потому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении, обеспечивает одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана.
Отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни -образование наледей на его элементах, что значительно повышает эффективность работы градирни.
Выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым обеспечиваются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни.
Выполнение части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде системы труб 11 обеспечивает, при пропускании через нее охладителя, снижение температуры их поверхности. За счет теплообмена при высокой теплопроводности материала труб происходит перераспределение тепла между трубами и элементами защитного экрана. Температура последних снижается до расчетных пределов. В результате чего интенсивность конденсации водяных паров на поверхностях труб и связанных с ними элементов экрана повышается, увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов и оборотной воды, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни.
Кроме того, повышается количество конденсата, не содержащего солей и других примесей, возвращающегося в бассейн, что позволит снизить концентрацию солей в оборотной воде, что также повышает эффективность работы градирни.
Выполнение поверхности стержней настила и других элементов защитного экрана не ровной с выступающими, например, ребрами, с максимально развернутой суммарной площадью по периметру сечений и совместно с развернутой суммарной площадью несущих и вспомогательных элементов настила позволяет повысить эффективность конденсации водяных паров и обеспечить снижение брызгоуноса. Потери тепла на этих поверхностях прямо пропорциональны их площади.
3-й вариант градирни поясняется рисунками (фиг.8-12).
Предлагаемая градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами 4 с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие колонны 6 и балки, настил 7, расположенный на несущих и вспомогательных элементах перекрытия 8, образующих защитный экран. Настил 7 расположен по всей площади градирни от обшивки 2 до центрального стояка 3 и выполнен в форме кольца. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлены воздухорегулирующие устройства с поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в башню 1 и соответственно брызгоуноса. Часть несущих и вспомогательных элементов настила и связанных с ним элементов перекрытия выполнены в виде разводящих 11 и распределительных 12 труб, образующих систему охлаждения. Распределительные 12 трубы выполнены с отверстиями 13. При нижнем расположении отверстий 13 в трубах последние соединяются с патрубком 14, выполненным с отверстиями 13 на его концах. Разводящие 11 и распределительные трубы 12, связанные с настилом 7, выполнены из высокотеплопроводных материалов, а распределительные трубы 12, не связанные с настилом, могут быть выполнены из любого материала.
Работает предлагаемая градирня следующим образом. В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис. не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (ориентировочно высота составляет более 1.5 м.), которые под собственной тяжестью, частично охлаждаясь, падают вниз к оросительным блокам 5. При использовании в качестве охладителя холодной воды оборотная вода в этой зоне смешивается с охладителем. Холодная вода поступает из внешнего источника в разводящие 11 и далее распределительные трубы 12, через отверстия 13 которых она попадает в зону между оросительными блоками 5 и настилом 7 (фиг.10-11), при этом отверстия могут быть снабжены соплами или насадками. Отверстия 13 выполнены с возможностью обеспечения прямого контакта выбрасываемых струй охладителя (холодной воды или воздуха) с решетками настила 7 и другими элементами защитного экрана. Контакт холодной воды с их развернутой поверхностью обеспечивает охлаждение всех элементов и унос тепла с образуемой при этом капелью. Так как температура холодной воды не выше температуры конденсации водяных паров, на этой поверхности образуется конденсат водяных паров. Образуемый падением капели конденсата и воды-охладителя «дождь» снижает температуру и давление в пространстве воздушной среды между настилом 7 и оросительными блоками 5.
Охлажденная смешиванием с охладителем и конденсатом оборотная вода поступает к оросительным блокам 5, в ячейках которых она отдает тепло встречному потоку наружного воздуха и поступает в бассейн 9, далее через отводящий трубопровод возвращается к конденсаторам (на рис.не показаны), образуя замкнутый цикл охлаждения воды.
При применении распределительных труб 12 с нижним расположением отверстий 13 (фиг.12) и патрубком 14 с отверстиями с одной или двух сторон при движения по ним охладителя появляются дополнительные преимущества, а именно:
- появляется возможность замены охладителя в случае необходимости, например, воду на воздух и наоборот;
- обеспечивается возможность регулирования степени охлаждения оборотной воды;
- расширение площади разбрызгиваемой воды или рассевания воздуха. Что положительно сказывается на эффективности работы градирни. С учетом того, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град.), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь, содержанием водяных паров, в качестве охладителя в градирнях используется наружный воздух.
Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5 воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и, влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
За счет установки защитного экрана с настилом 7 над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и защитным экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%.
Обшивка 2 градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется.
Выполнение элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов обеспечивает условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры горячей воды, что способствует отбору тепла у восходящего потока газов.
3
В зоне защитного экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия, происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов с последующим образованием капели, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает и попадает в струйную часть горячей зоны оборотной воды, снижая ее температуру, и вместе с ней возвращается в бассейн 9. Настил 7 и другие элементы защитного экрана дополнительно охлаждаются завесами воды или воздуха из системы распределительных труб 12, следовательно, имеют температуру ниже температуры конденсации водяных паров, что значительно повышает интенсивность конденсации и объем улавливания водяных паров. Процесс конденсации насыщенных паров воды сопровождается разрежением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000. и соответственно снижением давления и температуры воздуха. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов экрана соответствует вытяжке из воздуха при температуре 17-40°С от 15 до 60 м объема таких паров, появление эквивалентного объема вакуума в нем влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два направления. При этом охлажденная часть воздуха вместе с каплями конденсата и оборотной воды стремится вниз и происходит перемешивание восходящего и нисходящего потоков воды, конденсата и воздуха под защитным экраном. Восходящий поток воздуха, упругая часть (несконденсировавшихся) водяных паров, отбирая избыток тепла у элементов защитного экрана через ячейки настила, образуемые пересечением несущих и вспомогательных элементов перекрытия, а также, отдавая тепло охладителю в пересечениях с трубами 11 и 12, направляется в верхнюю зону башни, затем в атмосферу.
В системе труб 11, 12 при пропускании через них охладителя температура поверхности труб снижается до температуры охладителя. За счет отбора тепла охладителем и теплообмена происходит перераспределение тепла между трубами и настилом и связанными с ним несущими и вспомогательными элементами перекрытия. Температура последних снижается до расчетных пределов. В результате чего интенсивность конденсации водяных паров на поверхностях труб и связанных с ними элементов настила и других элементов защитного экрана повышается, увеличивается объем уловленного пара и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, в конечном итоге и оборотной воды, что обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
С учетом регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10 и связанных с ней значений брызгоуноса, выбора оптимальных размеров ячеек решеток настила 7 ограничиваются допустимые значения скоростей воздуха в них и уточняются пределы такого регулирования.
Замещающий вакуум наружный воздух и охлажденная в зоне защитного экрана часть воздуха за счет отбора тепла у водяного пара из восходящего потока воздуха выполняют функцию дополнительного охладителя, расход которого можно регулировать поворотными щитами 10.
Таким образом, использование тепла выбрасываемых газов на конденсацию водяных паров, их улавливание с последующим возвратом в бассейн, повышение эффективности охлаждения за счет создания системы труб и струйного охлаждения элементов экрана охладителем позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды, что обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
Установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, увеличивая тем самым объем уловленного водяного пара и конденсата, и, как следствие, снижение температуры и повышение объема оборотной воды, тем самым повышение эффективности работы градирни.
Подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет обеспечить максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила. Снижение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящего потока газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни). Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода. Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Потому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении, обеспечивает одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана.
Отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни -образование наледей на его элементах.
Таким образом, обеспечивается конденсация водяных паров на настиле за счет отбора тепла у восходящего потока газов последним, а количество конденсата определяется объемом водяных паров. Поскольку максимальное количество тепла сосредоточено в этой зоне и приходится на водяные пары, тем самым обеспечиваются оптимальные условия для конденсации водяных паров, что значительно повышает эффективность работы градирни.
Кроме того, в качестве охладителя выступает воздух, имеющий незначительное теплосодержание по сравнению с равным количеством водяного пара, значит, в качестве основного теплоносителя выступает водяной пар, следовательно, температура нагрева настила будет ниже температуры водяного пара, а приближение элементов защитного экрана максимально к струйной зоне горячей воды без непосредственного контакта с ней обеспечивает создание зоны с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров, а также нагрев элементов защитного экрана до температуры, приближающейся к температуре водяных паров, в которой относительная влажность воздуха максимально приближается к 100%, что обеспечивает повышенную конденсацию водяных паров, повышая тем самым эффективность работы градирни.
Температура нагрева настила в этой зоне всегда будет выше 0°С, что исключает образование наледей. Температура нагрева настила стремится к температуре водяного пара, но с учетом развернутой площади элементов защитного экрана, их теплопроводности и теплообмена, ограничивается проектированием по расчетным значениям температуры конденсации водяного пара, поддерживаемой в требуемых пределах отбором тепла на его унос с упругой частью водяных паров, охлаждение воздуха и элементов защитного экрана в процессе такой конденсации, его отбор и унос в бассейн вместе оборотной водой.
Таким образом, за счет того, что температура элементов защитного экрана ниже температуры выбрасываемых газов, происходит процесс конденсации водяных паров, содержащихся в смеси этих газов. В результате температура выбрасываемых газов понижается, а конденсат, образуемый на элементах защитного экрана, с отбором тепла от поверхности этих элементов возвращается в бассейн, что позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды и обеспечить повышение эффективности работы градирни.
Выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым обеспечиваются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни.
Выполнение части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде системы труб 11 обеспечивает, при пропускании через нее охладителя, снижение температуры их поверхности. За счет теплообмена при высокой теплопроводности материала труб происходит перераспределение тепла между трубами и элементами защитного экрана, температура последних снижается до расчетных пределов. В результате чего интенсивность конденсации водяных паров на поверхностях труб и связанных с ними элементов экрана повышается, увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, снижается температура оборотной воды, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни.
Выполнение, по меньшей мере, части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде труб с отверстиями с образованием системы трубопроводов, обеспечивающей движение охладителя, позволяет создать струйные завесы, которые обеспечивают прямой контакт охладителя с элементами настила и другими элементами защитного экрана, повысить интенсивность теплообмена за счет отбора тепла у элементов защитного экрана, в результате чего увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, снижается температура оборотной воды, сокращаются потери воды на испарение, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни.
Обеспечение прямого контакта струй охладителя с элементами настила и связанных с ним элементов защитного экрана создает условия интенсивного теплообмена, т.е. отбор тепла у последних, и, как следствие, повышение интенсивности конденсации, и, следовательно, повышение эффективности работы градирни.
С учетом образования вакуума при конденсации водяных паров и струйного охлаждения элементов защитного экрана снижается температура нагрева их поверхности, температура и давление среды этой зоны. Снижение давления компенсируется притоком наружного воздуха в полость башни и соответствующим увеличением степени охлаждения оборотной воды. Распределение тепла между элементами защитного экрана, включая струйное их охлаждение, обеспечивается высокой теплопроводностью используемых материалов. В зоне экрана из-за охлаждения восходящий поток смеси газов и струйная часть охладителя разделяются на два направления, часть которого, падая и смешиваясь под экраном, вместе с конденсатом и обороной водой направляется в бассейн, а вторая часть уходит в атмосферу с пониженным содержанием воды и тепла.
Предлагаемая система трубопроводов выполняется с обеспечением струйного охлаждения элементов защитного экрана в пределах его площади, в которой в качестве охладителя используют обессоленную воду или наружный воздух.
Температура охладителя подбирается с обеспечением повышения интенсивности конденсации водяных паров на элементах защитного экрана в заданных расчетных пределах. При использовании в качестве охлади теля воды, в пространстве между настилом и оросительными блоками из ее конденсата и уловленной части оборотной воды образуется искусственный дождь, который, смешиваясь с горячими струями оборотной воды, снижает ее температуру включительно до ячеек оросителя. Таким образом, обеспечивается промежуточное (предварительное) охлаждение оборотной воды.
Снижение температуры и давления в промежутке между оросительными блоками и настилом и смешивание горячей и холодной воды обеспечивает снижение температуры оборотной воды до ее входа в ячейки оросительных блоков, что позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды и как следствие эффективность работы градирни.
Предложенная система охлаждения оборотной воды в градирне с дополнительным контуром охлаждения повышает интенсивность конденсации водяных паров, как в зоне экрана, так и под экраном в пространстве между экраном и оросительными блоками путем образования завес из водяных или воздушных струй охладителя, которые пересекаются с восходящими потоками газов. При этом вода, используемая в качестве охладителя должна иметь температуру ниже, чем температура конденсации водяных паров в зоне экрана. С этой целью используют воду из водопроводов надземного расположения, где ее температура в зимний период больше или равна 4°С.
Величина брызгоуноса снижается в предлагаемом решении за счет поперечного расположения решеток настила и других элементов защитного экрана по отношению к восходящему потоку газов, а также повышенной развернутой площади их поверхностей, выполнения части указанных элементов в виде труб разводящих 11 и распределительных 12 с отверстиями, которые могут быть снабжены соплами или насадками. Отверстия 13 выполнены с возможностью обеспечения прямого контакта выбрасываемых струй охладителя (холодной воды или воздуха) с решетками настила 7 и другими элементами защитного экрана. Контакт холодной воды с их развернутой поверхностью обеспечивает охлаждение всех элементов и унос тепла с образуемой при этом капелью. Поскольку температура холодной воды не превышает температуру конденсации водяных паров, то на поверхностях элементов защитного экрана образуется конденсат водяных паров. Образуемый падением конденсата и водой-охладителем искусственный «дождь» снижает температуру и давление в пространстве между настилом 7 и оросительными блоками 5 и, соответственно, температуру восходящего потока смеси газов и оборотной воды, возвращающейся в бассейн.
Кроме того, повышается количество конденсата, не содержащего солей и других примесей, возвращающегося в бассейн, что позволит снизить концентрацию солей в оборотной воде, что также повышает эффективность работы градирни.
4-й вариант градирни поясняется рисунками (фиг.13-16). Предлагаемая градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами 4 с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие колонны 6 и балки, над оросительными блоками 5 по всей площади градирни от центрального стояка 3 до обшивки 2 по ее периметру установлен настил 7, размещенный на несущих и вспомогательных элементах его перекрытия 8, образующих защитный экран. Настил 7 расположен по всей площади градирни от обшивки 2 до центрального стояка 3 и выполнен в форме кольца. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлено воздухораспределительное устройство для регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в башню 1 и соответственно брызгоуноса. В центральной части градирни вне зоны падения наледей установлен водоуловитель 15.
Работает предлагаемая градирня следующим образом. В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис.не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (высота составляет более 1.5 м.), которые под собственной тяжестью, частично охлаждаясь, падают вниз к оросительным блокам 5 навстречу восходящему потоку охлаждающего воздуха. В зоне оросительных блоков 5 к струйной части оборотной воды добавляются падающие с водоуловителя 15 брызги уловленной им воды и капли конденсата с настила 7 и других элементов защитного экрана, после чего охлажденная смесь поступает в ячейки оросительного блока 5, где отдает тепло встречному потоку воздуха и поступает в бассейн 9, и далее через отводящий (выпускной) трубопровод возвращается к конденсаторам, образуя замкнутый цикл охлаждения воды.
При этом обессоленный конденсат, попадая с оборотной водой в бассейн, снижает содержание солей в оборотной воде, а за счет смешивания конденсата и воды, уловленной ячейками водоуловителя 15, имеющих температуру ниже температуры оборотной воды, снижается температура последней, что обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
В связи с тем, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град.), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь, содержанием водяных паров, в градирнях в качестве охладителя оборотной воды используется наружный воздух. Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5 воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и, влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
За счет установки защитного экрана с настилом 7 над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и защитным экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%. Обшивка 2 этой зоны градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется.
Выполнение настила и других элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов, обеспечивает условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры горячей воды.
За счет отсутствия контакта настила 7 с горячей водой основным источником тепла для него становится тепло восходящего потока смеси газов, включая водяной пар, температура которого за счет отбора тепла элементами защитного экрана, включая настил 7, всегда равна или выше температуры поверхности элементов защитного экрана.
3
В зоне защитного экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия, происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов, образуется капель, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает вниз и попадает в струйную часть зоны горячей оборотной воды, снижая ее температуру, и вместе с ней возвращается в бассейн. При этом в центральной части, вне зоны падения наледей, вместе с обессоленным конденсатом к ней добавляется часть воды, уловленная в ячейках водоуловителя 15, стекающая с их стенок в виде капели, что значительно повышает эффективность работы градирни. Кроме того, процесс конденсации насыщенных паров сопровождается разрежением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000 и, соответственно, снижением давления и температуры воздуха, находящегося в зоне защитного экрана. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов защитного экрана соответствует вытяжке из воздуха при температуре 17-40°С от 15 до 60 м объема таких паров и появление эквивалентного объема вакуума в нем, это влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два основных направления. При этом охлажденная часть воздуха вместе с каплями конденсата, уловленной водоуловителем 15 оборотной воды, вместе с основной частью оборотной воды стремится вниз с перемешиванием восходящего и нисходящего потоков воды и газов под защитного экраном. Восходящий поток воздуха, упругая часть (несконденсировавшихся) водяных паров, отбирая избыток тепла у элементов защитного экрана и водоуловителя 15 через образуемые пересечением несущих и вспомогательных элементов ячейки перекрытия и решетчатого настила 7 и водоуловителя 15, направляется в верхнюю зону башни и в атмосферу.
Водоуловитель 15 устанавливают над настилом 7 и другими элементами его перекрытия 8, из-за теплообмена с которыми, поступающая в водоуловитель 15 влагонасыщенная смесь газов (воздух, водяной пар, брызги воды) охлаждается и имеет температуру существенно ниже, чем в существующих градирнях. За счет теплообмена этого потока со стенками ячеек водоуловителя 15, температура дополнительно снижается, и стекающая с них оборотная вода имеет температуру, не превышающую температуру конденсации водяных паров в зоне настила 7. За счет этого обеспечивается возможность конденсации водяных паров в ячейках водоуловителя 15, разбавление оборотной воды конденсатом, что обеспечивает увеличение объема конденсата, и как следствие, сокращение потерь оборотной воды, снижение отложений солей в них, что повышает эффективность работы градирни.
Функции защитного экрана, включая настил 7, вне зоны установки водоуловителя 15 также расширены: за счет разницы аэродинамических сопротивлений устранен подпор воздуха, а также по всей площади защитного экрана, включая зону падения наледей, обеспечивается улавливание и возврат в бассейн конденсата водяных паров. К уловленному конденсату в зоне падения наледей добавляется вода от таяния наледей и конденсата с обшивки 2 градирни по ее периметру от настила 7 до оголовка. При этом конденсат образуется, когда температура нагрева поверхности обшивки равна или ниже температуры конденсации водяных паров, в зависимости от температуры наружного воздуха. Кроме того, к уловленной воде добавляются мелкие фракции (брызги) воды, уловленные элементами защитного экрана и обшивки. Таким образом, повышается количество обессоленного конденсата, что значительно повышает эффективность работы градирни.
Так как защитная зона настила 7, размещенная по периметру обшивки 2 градирни, имеет меньшее аэродинамическое сопротивление по сравнению с центральной зоной водоуловителя 15, и размещена вблизи воздухораспределительного устройства с поворотными щитами 10, основной поток воздуха, поступающего через оросительные блоки 5 с отбором тепла у водяных паров, будет стремиться пройти через эту зону. При этом произойдет разделение потока из-за появления горизонтальной составляющей сил, стремящейся задержать движение потока к центральной части градирни, и как следствие этому, скорость подъема газов в центральной части, в зоне водоуловителя 15 будет снижаться, и, с учетом дополнительного охлаждения стенок водоуловителя 15, будет обеспечивается возможность конденсации водяных паров с одновременным улавливанием брызг воды, и как следствие, повышение эффективности работы градирни. Таким образом, в центральной зоне градирни установкой водоуловителя 15 вне зоны падения наледей, обеспеченной газопроницаемостью решеток настила под ним, одновременно с устранением избыточного давления повышается эффективность брызгоулавливания и обеспечивается улавливание конденсата водяных паров и его возврат с оборотной водой в бассейн, что в целом повышает эффективность работы градирни.
В защитной зоне, вне зоны водоуловителя 15, за счет выбора оптимальных размеров ячеек настила 7, значительной развернутой площади элементов настила и других элементов защитного экрана обеспечивается улавливание недопустимых габаритов наледей и защита оборудования градирни от повреждений, а также конденсация водяных паров с отбором тепла у восходящего потока газов, возврат конденсата в бассейн, что значительно повышает эффективность работы градирни.
Допустимые значения скоростей в настиле 7 рассчитываются на стадии проектирования, а на практике подбираются путем регулирования расхода воздуха поворотными щитами 10.
Снижение брызгоуноса достигается поперечным к восходящему потоку расположением элементов защитного экрана, включая настил 7, развернутой площадью, (например, ребристостью), поверхностей стержней настила 7 и подбором оптимального размера ячеек.
С учетом регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10 и связанных с ней значений брызгоуноса, выбором оптимальных размеров ячеек решеток настила 7 ограничиваются допустимые значения скоростей воздуха в них и уточняются пределы такого регулирования.
С учетом изменения функций настила в защитном экране, условий их эксплуатации и специфичности теплообмена и потерь тепла, связанных с конденсацией водяных паров, оптимальные размеры ячеек настила и элементов защитного экрана подбирают по условиям строительных, аэродинамических и теплотехнических расчетов с обеспечением их надежности, газопроницаемости, а также размеров улавливаемых в зимний период наледей и нагрузок от них.
Так как количество потребляемого тепла и улавливаемого на поверхности элементов защитного экрана конденсата пропорциональны ее площади, подбором суммарной площади поверхностей элементов настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия обеспечивается температура их нагрева, не превышающая температуру конденсации водяных паров.
За счет того, что температура элементов защитного экрана ниже температуры выбрасываемых газов происходит конденсация водяных паров из состава этих газов с последующим возвратом в бассейн, что позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды, сократить потери оборотной воды и тепла, что обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
При этом конденсат, не содержащий солей и др. примесей, возвращающийся в бассейн, обеспечивает частичное снижение концентрации солей в оборотной воде, а его возврат вместе с уловленной частью оборотной воды сокращает потери оборотной воды, что повышает эффективность работы градирни.
Установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает первоочередной отбор тепла элементами защитного экрана и возможность конденсации водяных паров из-за снижения температуры газов в ячейках водоуловителя, улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды, что значительно повышает эффективность работы градирни. Кроме того, установка водоуловителя вне зоны падения наледей исключает повреждение блоков водоуловителя падающими в зимний период наледями, что увеличивает межремонтный срок эксплуатации градирни, снижает затраты на ее ремонт, что также повышает эффективность эксплуатации градирни.
За счет снижения давления в пространстве между водоуловителем и оросительными блоками появляется возможность снижения габаритов градирен с водоуловителями.
Величина брызгоуноса снижается в предложенном решении, кроме его улавливания водоуловителем 15, за счет поперечного расположения решеток и других элементов защитного экрана по отношению к восходящему потоку газов, повышенной развернутой площадью их поверхностей, а также улавливанием и возвратом в бассейн конденсата и талой воды от падающих с обшивки и оголовка градирни и наледей. Таким образом:
- Установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает первоочередной отбор тепла элементами защитного экрана и возможность конденсации водяных паров из-за снижения температуры газов в ячейках водоуловителя, улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды, что значительно повышает эффективность работы градирни. Кроме того, установка водоуловителя вне зоны падения наледей исключает повреждение блоков водоуловителя, сопел, насадок и др. элементов оборудования градирни, падающими в зимний период наледями, что увеличивает межремонтный срок эксплуатации градирни, снижает затраты на ее ремонт, что также повышает эффективность эксплуатации градирни.
- установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, что способствует увеличению объема уловленного водяного пара и конденсата, и, как следствие, снижению температуры и увеличению объема оборотной воды, и как следствие, повышает эффективность работы градирни.
- подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет обеспечить максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила). Снижение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящему потоку газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни. Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода и эффективности работы градирни. Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Поэтому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием оптимальной газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении, обеспечивает одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана.
- отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни -образование наледей на его элементах, что значительно повышает эффективность работы градирни.
- выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым обеспечиваются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни;
- увеличение количества конденсата, не содержащего солей и других примесей, возвращающегося в бассейн, позволяет снизить концентрацию солей в оборотной воде, что также повышает эффективность работы градирни.
5-й вариант градирни поясняется рисунками (фиг.17-20). Предлагаемая градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами 4 с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие колонны 6 и балки, над оросительными блоками 5 по всей площади градирни- от центрального стояка 3 до обшивки 2 по ее периметру установлен настил 7, размещенный на несущих и вспомогательных элементах его перекрытия 8, часть из которых выполнена в виде системы труб 11 с обеспечением движения в них охладителя. В центральной части градирни вне зоны падения наледей установлен вод оуловитель 15.
Настил 7 расположен по всей площади градирни от обшивки 2 до центрального стояка 3 и выполнен в форме кольца. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлено воздухораспределительное устройство для регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в башню 1 и соответственно брызгоуноса.
Работает предлагаемая градирня следующим образом. В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис.не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (ориентировочно высота составляет более 1.5 м.), которые под собственной тяжестью, частично охлаждаясь, падают вниз к оросительным блокам 5 навстречу восходящему потоку воздуха. В зоне оросительных блоков 5 к струйной части оборотной воды добавляются падающие с водоуловителя 15 брызги уловленной им воды и капли конденсата с настила 7 и других элементов защитного экрана, включая трубы 11, после чего охлажденная смесь поступает в ячейки оросительного блока 5, где отдает тепло встречному потоку воздуха и поступает в бассейн 9, и далее через отводящий (выпускной) трубопровод возвращается к конденсаторам, образуя замкнутый цикл охлаждения оборотной воды. При этом, обессоленный конденсат, попадая с оборотной водой в бассейн, снижает содержание солей в оборотной воде.
В связи с тем, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град.), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь, содержанием водяных паров, в градирнях в качестве охладителя оборотной воды используется наружный воздух. Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5 воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
В предлагаемой градирне за счет установки защитного экрана с настилом 7 над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и защитным экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%. Обшивка 2 этой зоны градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется. С учетом того, что элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводных материалов, обеспечиваются условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры горячей воды.
За счет отсутствия контакта настила с горячей водой основным источником тепла для него становится тепло восходящего потока смеси газов, включая водяной пар, температура которого по причине отбора тепла из него элементами защитного экрана, включая настил 7, всегда выше температуры поверхности элементов защитного экрана, температура которых по условиям проектирования равна или более температуры конденсации водяных паров.
В зоне защитного экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов с последующим образованием капели, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает и попадает в струйную часть зоны горячей оборотной воды, снижая ее температуру, и вместе с ней возвращается в бассейн. При этом в центральной части, вне зоны падения наледей, вместе с обессоленным конденсатом к ней добавляется вода, уловленная в ячейках водоуловителя 15, стекающая с их стенок в виде капели.
Водоуловитель 15 устанавливают над настилом 7 и другими элементами его перекрытия 8, из-за теплообмена с которыми, поступающая в водоуловитель 15 смесь газов из воздуха, водяного пара и брызг воды, охлаждается и имеет температуру существенно меньшую по сравнению с известными градирнями с водоуловителями. За счет теплообмена этого потока со стенками ячеек водоуловителя 15, температура дополнительно снижается и обеспечивает конденсацию водяных паров, и стекающая с них оборотная вода и конденсат имеют температуру, не превышающую температуру конденсации водяных паров в зоне настила 7. Кроме этого обеспечивается возможность конденсации водяных паров в ячейках водоуловителя 15, разбавление оборотной воды конденсатом на стенах ячеек, что обеспечивает снижение отложений солей в них.
Функции защитного экрана, включая настил 7, вне зоны установки водоуловителя 15 также расширены: за счет разницы аэродинамических сопротивлений устранен подпор воздуха, а также по всей площади защитного экрана, включая зону падения наледей, обеспечивается улавливание и возврат в бассейн конденсата водяных паров. При этом к уловленному конденсату в зоне падения наледей добавляется вода от таяния наледей и конденсата с обшивки 2 градирни по ее периметру от настила 7 до оголовка. При этом конденсат образуется, когда температура нагрева поверхности обшивки равна или ниже температуры конденсации водяных паров, в зависимости от температуры наружного воздуха. Кроме того, к уловленной воде добавляются мелкие фракции (брызги) воды, уловленные элементами защитного экрана и обшивки.
3
Процесс конденсации насыщенных паров сопровождается разрежением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000 и. соответственно, снижением давления и температуры воздуха, находящегося в зоне экрана. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов экрана соответствует вытяжке из воздуха при температуре 17-40°С от 15 до 60 м объема таких паров и появление эквивалентного объема вакуума в нем, это влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два основных направления. Охлажденная часть воздуха вместе с каплями конденсата уловленной водоуловителем 15 оборотной воды вместе с основной частью оборотной воды стремится вниз с перемешиванием восходящего и нисходящего потоков воды и газов под защитным экраном. Восходящий поток воздуха, упругая часть (несконденсировавшихся) водяных паров, отбирая избыток тепла у элементов защитного экрана, через ячейки настила 7 и водоуловителя 15, через образуемые пересечением несущих и вспомогательных элементов ячейки перекрытия и ячейки настила 7 и водоуловителя 15, направляется в верхнюю зону башни и в атмосферу.
При пропускании через систему труб 11 охладителя температура поверхности труб снижается. За счет теплообмена при высокой теплопроводности материалов происходит перераспределение тепла между трубами и настилом 7 и связанными с ним несущими и вспомогательными элементами перекрытия. Температура последних снижается до расчетных пределов. В результате чего интенсивность конденсации водяных паров на поверхностях труб 11 и связанных с ними элементов настила 7 и других элементах защитного экрана повышается, увеличивается объем уловленного пара и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов и теплоносителя (оборотной воды), что повышает эффективность работы градирни.
Так как защитная зона настила 7, размещенная по периметру обшивки 2 градирни, имеет меньшее аэродинамическое сопротивление по сравнению с центральной зоной водоуловителя 15, и размещена вблизи воздухораспределительного устройства с поворотными щитами 10, основной поток воздуха, поступающего через оросительные блоки 5 с отбором тепла у водяных паров, будет стремиться пройти через эту зону. При этом произойдет разделение потока из-за появления горизонтальной составляющей сил, стремящейся задержать движение потока к центральной части градирни. И как следствие этому, скорость подъема газов в центральной части, в зоне водоуловителя 15, будет снижаться, и, с учетом дополнительного охлаждения стенок водоуловителя 15, образования и отекания конденсата, снижения скорости движения газов в них, повышается эффективность брызгоулавливания в ячейках водоуловителя. Таким образом, в центральной зоне градирни за счет установки водоуловителя 15 вне зоны падения наледей, обеспеченной газопроницаемостью решеток настила, под ним одновременно с устранением избыточного давления повышается эффективность брызгоулавливания и обеспечивается улавливание конденсата водяных паров и его возврат с оборотной водой в бассейн, что в целом повышает эффективность работы градирни.
В защитной зоне, вне зоны водоуловителя 15, за счет выбора оптимальных размеров ячеек настила 7, значительной развернутой площади элементов настила и других элементов защитного экрана обеспечивается улавливание недопустимых габаритов наледей и защита оборудования градирни от повреждений, а также конденсация водяных паров с отбором тепла у восходящего потока газов, возврат конденсата в бассейн.
Допустимые значения скоростей в настиле 7 рассчитываются на стадии проектирования, а на практике подбираются путем регулирования расхода воздуха поворотными щитами 10.
Снижение брызгоуноса достигается встречным к восходящему потоку расположением элементов, развернутой площадью, (например, ребристостью), поверхностей стержней настила 7 и подбором оптимального размера ячеек.
С учетом регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10 и связанных с ней значений брызгоуноса, выбором оптимальных размеров ячеек решеток настила 7 ограничиваются допустимые значения скоростей воздуха в них и уточняются пределы такого регулирования.
С учетом изменения функций настила в защитном экране, условий его эксплуатации и специфичности теплообмена и потерь тепла, связанных с конденсацией водяных паров, оптимальные размеры ячеек настила и других элементов защитного экрана подбирают по условиям строительных, аэродинамических и теплотехнических расчетов с обеспечением их надежности, газопроницаемости, а также размеров улавливаемых в зимний период наледей и нагрузок от них.
Так как количество потребляемого тепла и улавливаемого на поверхности элементов защитного экрана охлажденного конденсата пропорциональны ее площади, подбором суммарной площади поверхностей элементов решетчатого настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия обеспечивается температура их нагрева, не превышающая температуру конденсации водяных паров.
Таким образом, использование тепла выбрасываемой смеси газов на нагрев элементов защитного экрана до температуры конденсацию водяных паров, его перераспределение в процессе их конденсации между потоками газов и конденсата оборотной воды с возвратом охлажденной смеси, в том числе и их конденсата, в бассейн позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды, сократить потери тепла и оборотной воды, что обеспечивает повышение эффективности градирни.
При этом конденсат, не содержащий солей и других примесей, возвращающийся в бассейн, обеспечивает частичное снижение концентрации солей в оборотной воде, а его возврат вместе с уловленной частью оборотной воды сокращает потери оборотной воды с одновременным повышением эффективности работы градирни.
Установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды. А за счет снижения давления в пространстве между водоуловителем и оросительными блоками появляется возможность снижения габаритов градирен с водоуловителями.
Предлагаемый вариант градирни с применением системы охлаждения в зоне настила 7 с применением системы труб 11 с возможностью перемещения по ним охладителя обеспечивает дополнительный отбор тепла, что также влияет на снижение температуры оборотной воды.
Таким образом:
- установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает первоочередной отбор тепла элементами защитного экрана и возможность конденсации водяных паров из-за снижения температуры газов в ячейках водоуловителя, улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды, что значительно повышает эффективность работы градирни. Кроме того, установка водоуловителя вне зоны падения наледей исключает повреждение блоков водоуловителя падающими в зимний период наледями, что увеличивает межремонтный срок эксплуатации градирни, снижает затраты на ее ремонт, что также повышает эффективность эксплуатации градирни.
- установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, что способствует увеличению объема уловленного водяного пара и конденсата, и, как следствие, снижению температуры и увеличению объема оборотной воды, и как следствие, повышает эффективность работы градирни.
- подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет обеспечить максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила). Снижение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящему потоку газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни. Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода и эффективности работы градирни. Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Поэтому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием оптимальной газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении, обеспечивает одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана.
- отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни -образование наледей на его элементах, что значительно повышает эффективность работы градирни.
- выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым обеспечиваются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни.
- выполнение части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде системы труб 11 обеспечивает, при пропускании через нее охладителя, снижение температуры их поверхности. За счет теплообмена при высокой теплопроводности материала труб происходит перераспределение тепла между трубами и элементами защитного экрана. Температура последних снижается до расчетных пределов. В результате чего интенсивность конденсации водяных паров на поверхностях труб и связанных с ними элементов экрана повышается, увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, снижается температура оборотной воды, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни;
- увеличение количества конденсата, не содержащего солей и других примесей, возвращающегося в бассейн, позволяет снизить концентрацию солей в оборотной воде, что также повышает эффективность работы градирни.
Предлагаемый 6-й вариант градирни поясняется рисунками (фиг.21-24). Предлагаемая градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами 4 с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие' колонны 6 и балки, над оросительными блоками 5 по всей площади градирни от центрального стояка 3 до обшивки 2 по ее периметру установлен настил 7, размещенный на несущих и вспомогательных элементах его перекрытия 8, часть из которых выполнена в виде системы труб разводящих 11 (без отверстий) и распределительных 12 с отверстиями 13 с обеспечением движения по ним охладителя. Настил 7 выполнен в форме кольца. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлено воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в башню 1 и соответственно брызгоуноса. В центральной части градирни вне зоны падения наледей установлен водоуловитель 15. Отверстия 13 распределительных 12 труб могут быть снабжены насадками или соплами. Направление отверстий при этом обеспечивает прямой контакт струй охладителя с элементами настила 7 и связанных с ним элементов защитного экрана. При выполнении отверстий 13 в нижней части труб последние соединены с патрубком 14 с отверстиями 13, при этом расстояние каждого отверстия 13 от вертикальной оси симметрии трубы превышает ее радиус, что обеспечивает расширение зоны рассеивания охладителя. Разводящие 11 и распределительные трубы 12, связанные с настилом 7, выполнены из высокотеплопроводных материалов, а распределительные трубы 12, не связанные с настилом, могут быть выполнены из любого материала.
Работает предлагаемая градирня следующим образом. В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис. не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (высота составляет более 1.5 м), которые, смешиваясь с газом и частично охлаждаясь, под собственной тяжестью падают вниз к оросительным блокам 5 навстречу восходящему потоку смеси газов из оросительных блоков 5 с разным агрегатным состоянием воды, включающим в себя теплый воздух, водяной пар и мелкие фракции (в виде брызг) оборотной воды (далее- смесь газов). В зоне защитного экрана и водоуловителя 15 из смеси газов водяные пары конденсируются и вместе с брызгами уловленной оборотной воды скапливаются на поверхностях элементов экрана и водоуловителя 15. Образуется капель, которая, имея температуру конденсации водяных паров или ниже ее, под действием силы тяжести устремляется вниз. К этому потоку добавляются брызги и капли воды охладителя из системы распределительных труб 12, которые достигают поверхности настила 7 и других, связанных с ним элементов экрана и отбирают у них часть тепла. Таким образом, в промежутке между защитным экраном и оросительными блоками 5 происходит смешивание потоков горячей оборотной воды, воды охладителя, конденсата и брызг оборотной воды, уловленных элементами защитного экрана и ячейками водоуловителя 15, в результате чего снижается температура оборотной воды, образуется искусственный «дождь».
Охлажденная смесь воды, преимущественно из горячей оборотной воды поступает в ячейки оросительного блока 5, где отдает тепло встречному потоку воздуха и поступает в бассейн 9, и далее через отводящий трубопровод возвращается к конденсаторам, образуя замкнутый цикл охлаждения оборотной воды.
Одновременно с основной системой охлаждения оборотной воды работает дополнительная система охлаждения элементов экрана струйными завесами, состоящая из разводящих 11 и распределительных 12 труб с отверстиями 13 (фиг.21-24), по которым перемещается охладитель, например, очищенная вода из внешнего источника. Струи холодной воды, выходя из отверстий 13 труб 12, образуют в зоне расположения защитного экрана водяные завесы, вода из которых направляется на элементы защитного экрана. В результате происходит охлаждение элементов защитного экрана путем отбора тепла от них. Из-за попадания брызг воды в ячейки водоуловителя 15 происходит охлаждение стенок водоуловителя 15. Забрав тепло у элементов защитного экрана и водоуловителя 15, струи воды после контакта с последними падают вниз. Конденсат, образовавшийся на стенках ячеек водоуловителя 15 и элементах защитного экрана, также устремляется вниз, образуя совместно с охладителем и уловленной оборотной водой зону искусственного «дождя». Происходит смешивание со струйной частью оборотной воды и конденсатом, дополнительно снижается температура горячей оборотной воды в пространстве до блоков оросителя, и смесь поступают в ячейки оросительных блоков 5, где отдает тепло встречному потоку воздуха и поступает в бассейн 9. Дополнительное снижение температуры горячей оборотной воды обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
Возможно использование труб 12 с нижним расположением отверстий 13 (фиг.24) с патрубком 14, что обеспечивает возможность быстрого опорожнения системы от охладителя (воды) в случае необходимости, а также замены охладителя, например, воды на воздух и наоборот.
В с вязи с тем, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град.), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь, содержанием водяных паров, в качестве охладителя оборотной воды в градирнях используют наружный воздух. Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5 воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
В предлагаемой градирне за счет установки защитного экрана с настилом 7 над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%.
Обшивка 2 этой зоны градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется. С учетом того, что элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводных материалов, обеспечиваются условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры горячей воды.
За счет отсутствия контакта настила с горячей водой основным источником тепла для него становится тепло восходящего потока смеси газов, включая водяной пар, температура которой по причине отбора тепла из него элементами экрана, включая настил 7, всегда равна или выше температуры нагрева элементов поверхности элементов защитного экрана.
В зоне экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия, происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов, образуется капель, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает и попадает в струйную часть горячей зоны оборотной воды, снижая ее температуру, и вместе с ней возвращается в бассейн. При этом в центральной части, вне зоны падения наледей, вместе с обессоленным конденсатом к ней добавляется часть воды, уловленная в ячейках водоуловителя 15, стекающая с их стенок в виде капели.
Решетчатый настил 7 является опорой блоков водоуловителя 15, который устанавливают над настилом 7 и другими элементами его перекрытия 8, чем обеспечивается первоочередной отбор тепла от настила и других элементов защитного экрана. За счет предлагаемого расположения водоуловителя 15, потерь тепла на нагрев и процессы конденсации водяных паров в элементах защитного экрана, поступающая в водоуловитель 15 смесь газов, включающая воздух, водяные пары и брызги воды, охлаждается и имеет температуру существенно меньшую по сравнению с известными градирнями.
Из-за теплообмена этого охлажденного потока со стенками ячеек водоуловителя 15, температура последних также дополнительно снижается, и стекающая с них оборотная вода имеет температуру, не превышающую температуру конденсации водяных паров в зоне настила 7. За счет этого обеспечивается возможность конденсации водяных паров в ячейках водоуловителя 15, разбавление оборотной воды конденсатом на стенах ячеек, что обеспечивает снижение отложений солей в них.
Функции защитного экрана и настила 7 вне зоны установки водоуловителя 15 также расширены: за счет разницы аэродинамических сопротивлений устранен подпор воздуха, а также по всей площади экрана, включая зону падения наледей, обеспечивается улавливание и возврат в бассейн конденсата водяных паров. При этом к уловленному конденсату в зоне падения наледей добавляется вода от таяния наледей и конденсата с обшивки 2 градирни по ее периметру от настила 7 до оголовка. При этом конденсат образуется, когда температура нагрева поверхности обшивки равна или ниже температуры конденсации водяных паров, в зависимости от температуры наружного воздуха. Кроме того, к уловленной воде добавляются мелкие фракции (брызги) воды, уловленные элементами экрана и обшивки.
3
Процесс конденсации насыщенных паров сопровождается разрежением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000 и. соответственно, снижением давления и температуры воздуха, находящегося в зоне экрана. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов экрана соответствует вытяжке из воздуха при температуре 17-40°С от 15 до 60 м объема таких паров и появление эквивалентного объема вакуума в нем, что влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два основных направления. При этом охлажденная часть воздуха в виде тумана вместе с каплями конденсата уловленной водоуловителем 15 оборотной воды и воды-охладителя смешивается со струями основной части горячей оборотной воды и, охлаждая ее, устремляется вниз к оросительным блокам 5 с перемешиванием восходящего и нисходящего потоков воды и газов под защитным экраном.
Из-за смешивания разных сред газов и воды в зоне под защитным экраном до оросительных блоков 5 образуется искусственный холодный «дождь» из капель конденсата, оборотной воды и холодной воды (охладителя), которые, смешиваясь с туманообразной холодной частью воздуха и паров и выходящим потоком смеси газов, снижают температуру и давление среды в этой зоне. Восходящий поток воздуха с упругой частью (несконденсировавшихся) водяных паров в центральной зоне градирни из-за отбора избытка тепла у элементов защитного экрана и водоуловителя 15 также охлаждается и имеет температуру меньшую по сравнению с известными градирнями с водоуловителями.
В пересечениях восходящего потока газов с трубами Ни 12, а также при его смешивании с нисходящим потоком капели, часть тепла отбирается и уносится с охладителем.
Так как защитная зона настила 7, размещенная по периметру обшивки 2 градирни, имеет меньшее аэродинамическое сопротивление по сравнению с центральной зоной с водоуловителем 15, и размещена вблизи воздухораспределительного устройства с поворотными щитами 10, основной поток смеси газов, поступающий через оросительные блоки 5, будет стремиться пройти через эту зону. При этом произойдет разделение потока из-за появления горизонтальной составляющей сил, стремящейся задержать движение потока к центральной части градирни. И как следствие этому, скорость подъема газов в центральной части в зоне водоуловителя 15 будет снижаться, и, с учетом дополнительного охлаждения стенок водоуловителя 15, образования и отекания конденсата, снижается скорость движения газов в них, существенно повышается эффективность брызгоулавливания в ячейках водоуловителя. Таким образом, в центральной зоне градирни установкой водоуловителя 15 вне зоны падения наледей, обеспеченной газопроницаемостью решеток настила под ним одновременно с устранением избыточного давления повышается эффективность брызгоулавливания и обеспечивается улавливание конденсата водяных паров с его возвратом с оборотной водой в бассейн, что повышает эффективность работы градирни.
В защитной зоне, вне зоны водоуловителя 15, за счет выбора оптимальных размеров ячеек настила 7, значительной развернутой площади настила и других элементов защитного экрана, а также их поперечным расположением к потоку газов обеспечивается улавливание недопустимых габаритов наледей и защита оборудования градирни от повреждений, а также конденсация водяных паров с отбором тепла у восходящего потока газов, возврат конденсата и воды от наледей, а также уловленной части оборотной воды в виде брызг в бассейн, что обеспечивает работу градирни более эффективной.
Допустимые значения скоростей в ячейках настила 7 рассчитываются на стадии проектирования, а на практике подбираются путем регулирования расхода воздуха поворотными щитами 10.
Снижение брызгоуноса достигается встречным к восходящему потоку расположением элементов, развернутой площадью, (например, ребристостью), поверхностей стержней настила 7 и подбором оптимального размера ячеек.
С учетом регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10 и связанных с ней значений брызгоуноса, выбором оптимальных размеров ячеек решеток настила 7 ограничиваются допустимые значения скоростей воздуха в них и уточняются пределы такого регулирования.
С учетом изменения функций настила в защитных экранах, условий эксплуатации последних и специфичности теплообмена и потерь тепла, связанных с конденсацией водяных паров, оптимальные размеры ячеек настила и элементов экрана подбирают по условиям строительных, аэродинамических и теплотехнических расчетов с обеспечением их надежности, газопроницаемости, а также размеров улавливаемых в зимний период наледей и нагрузок от них.
Так как количество потребляемого тепла и улавливаемого на поверхности элементов защитного экрана конденсата пропорциональны ее площади, подбором суммарной площади поверхностей элементов настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия обеспечивается температура их нагрева, не превышающая температуру конденсации водяных паров.
Таким образом, использование тепла выбрасываемых газов на нагрев элементов защитного экрана до температуры конденсации водяных паров, его перераспределение между потоками газа и воды, связанное с конденсацией водяных паров, и улавливание конденсата с последующим его возвратом вместе с оборотной водой в бассейн позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды, сократить потери тепла и оборотной воды, что обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
При этом конденсат, не содержащий солей и др. примесей, возвращающийся в бассейн, обеспечивает частичное снижение концентрации солей в оборотной воде, а его возврат вместе с уловленной частью оборотной воды сокращает потери оборотной воды, что повышает эффективность работы градирни.
Кроме того, установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды. А за счет снижения давления в пространстве между водоуловителем и оросительными блоками появляется возможность снижения габаритов градирен с водоуловителями. Наличие в предлагаемом. варианте градирни дополнительной системы охлаждения в зоне экрана дает следующие дополнительные преимущества:
охлаждение поверхностей элементов защитного экрана и водоуловителя завесами охладителя до температуры ниже температуры конденсации водяных паров повышает интенсивность конденсации, увеличивает объем уловленного конденсата и, соответственно, объем притока воздуха и степень охлаждения оборотной воды;
- образуемый искусственный «дождь» из охладителя-холодной воды, конденсата и оборотной воды снижает температуру газов и горячей оборотной воды, в зоне от защитного экрана до оросительных блоков;
- использование распределительных труб с отверстиями в их нижней части расширяет зону струйного охлаждения элементов защитного экрана;
- обеспечивается возможность опорожнения системы от жидкого охладителя и его замены на воздух и наоборот;
- обеспечивается смена режимов эксплуатации градирни и, соответственно возможность регулирования степени охлаждения оборотной воды.
Установка водоуловителя в центральной зоне градирни вне зоны падения наледей повышает ее надежность, и, как следствие, экономичность работы градирни, т.к. исключаются какие-либо повреждения его из-за падающих наледей. Кроме того, в зоне падения наледей по периметру градирни образуется зона разрежения и устраняется подпор воздуха, в отличие от известных градирен с водоуловителями.
Дополнительный конденсат появляется также за счет элементов обшивки градирни, когда ее температура становится ниже температуры конденсации водяных паров.
Установка блоков водоуловителя на настил обеспечивает возможность конденсации водяных паров в ячейках водоуловителя, равномерное распределение нагрузки на несущие и вспомогательные элементы перекрытия, а также позволяет сэкономить материалы за счет совмещения уровней перекрытий настила и водоуловителя.
Выполнение поверхности стержней настила и других элементов экрана не ровной (шероховатой) с выступающими, например, ребрами, с максимально развернутой суммарной площадью по периметру сечений совместно с развернутой суммарной площадью связанных с настилом элементов экрана, а также поперечное расположение их к потоку газов, позволяет повысить эффективность конденсации водяных паров и обеспечивает снижение брызгоуноса. Таким образом:
- установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает первоочередной отбор тепла элементами защитного экрана и возможность конденсации водяных паров из-за снижения температуры газов в ячейках водоуловителя, улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды, что значительно повышает эффективность работы градирни. Кроме того, установка водоуловителя вне зоны падения наледей исключает повреждение блоков водоуловителя падающими в зимний период наледями, что увеличивает межремонтный срок эксплуатации градирни, снижает затраты на ее ремонт, что также повышает эффективность эксплуатации градирни.
- установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, что способствует увеличению объема уловленного водяного пара и конденсата, и, как следствие, снижению температуры и увеличению объема оборотной воды, и как следствие, повышает эффективность работы градирни.
- подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет обеспечить максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила). Снижение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящему потоку газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни. Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода и эффективности работы градирни. Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Поэтому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием оптимальной газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении, обеспечивает одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана;
- отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни -образование наледей на его элементах, что значительно повышает эффективность работы градирни.
- выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым обеспечиваются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни.
- выполнение части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде системы труб 11 обеспечивает, при пропускании через нее охладителя, снижение температуры их поверхности. За счет теплообмена при высокой теплопроводности материала труб происходит перераспределение тепла между трубами и элементами защитного экрана. Температура последних снижается до расчетных пределов. В результате чего интенсивность конденсации водяных паров на поверхностях труб и связанных с ними элементов экрана повышается, увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, снижается температура оборотной воды, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни;
- выполнение, по меньшей мере, части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде труб с отверстиями с образованием системы трубопроводов, обеспечивающей движение охладителя, позволяет создать струйные завесы, которые обеспечивают прямой контакт охладителя с элементами настила и другими элементами защитного экрана, повысить интенсивность теплообмена за счет отбора тепла у элементов защитного экрана, в результате чего увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, снижается температура оборотной воды, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни;
- образование дополнительного контура охлаждения элементов защитного экрана струйными завесами охладителя снижает потери тепла выбрасываемых газов и повышает степень охлаждения оборотной воды, т.е. повышает эффективность работы градирни;
- увеличение количества конденсата, не содержащего солей и других примесей, возвращающегося в бассейн, позволяет снизить концентрацию солей в оборотной воде, что также повышает эффективность работы градирни.
7-й вариант градирни поясняется рисунками (фиг.25-31). По седьмому варианту градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами 4 с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие колонны 6 и балки, решетчатый настил 7, расположенный на несущих и вспомогательных элементах перекрытия 8, образующие защитный экран. Настил 7 расположен по всей площади градирни от обшивки 2 до центрального стояка 3 и выполнен решетчатым, по меньшей мере, в два яруса. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлены воздухорегулирующие устройства с поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в. башню 1 и соответственно брызгоуноса.
Работает предлагаемая градирня следующим образом. В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис.не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (ориентировочно высота составляет более 1.5 м.), которые под собственной тяжестью, частично охлаждаясь, падают вниз к оросительным блокам 5 навстречу восходящему потоку газов, в ячейках которых она отдает тепло встречному потоку воздуха и поступает в бассейн 9, и далее через отводящий (выпускной) трубопровод возвращается к конденсаторам, образуя замкнутый цикл охлаждения воды.
В качестве охладителя в градирнях используется наружный воздух. Это связано с тем, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град.), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь, содержанием водяных паров. Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5, воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
В предлагаемой градирне за счет установки защитного экрана, включающего настил 7, выполненный в нашем примере в два яруса, над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и защитным экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%.
Обшивка 2 градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется. С учетом того, что настил и другие элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводных материалов, обеспечиваются условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры горячей воды.
За счет отсутствия контакта защитного экрана с горячей водой основным источником тепла для него становится тепло восходящего потока газа, включающего воздух, водяной пар и мелкие фракции воды, температура которого по причине отдачи тепла им элементам защитного экрана, включая настил, всегда выше температуры поверхности элементов экрана. При наличии второго яруса настила увеличивается его рабочая площадь, и температура нагрева элементов защитного экрана всегда будет ниже, нежели при выполнении настила в один ярус, что обеспечивает эффективную работу градирне.
3
В зоне защитного экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия, происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов с последующим образованием капели, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает и попадает в струйную часть горячей зоны оборотной воды, снижая ее температуру, и вместе с ней возвращается в бассейн. Процесс конденсации насыщенных паров воды сопровождается разрежением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000 и соответственно снижением давления и температуры воздуха, находящегося в зоне экрана. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов защитного экрана соответствует вытяжке из воздуха при t=17-40°C от 15 до 60 м объема таких паров, появление эквивалентного объема вакуума в нем влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два направления. При этом охлажденная часть воздуха вместе с каплями конденсата и оборотной воды стремится вниз и происходит перемешивание восходящего и нисходящего потоков воды и газов под защитным экраном. Восходящий поток воздуха, упругая часть (несконденсировашихся) водяных паров, отбирая избыток тепла у элементов экрана через ячейки настила, образуемые пересечением несущих и вспомогательных элементов перекрытия и ячейки настила, направляется в верхнюю зону башни в атмосферу.
Благодаря поперечному расположению элементов настила к потоку выбрасываемых газов и падающим сверху наледям, одновременно с конденсацией водяных паров на элементах защитного экрана, включая настил, осуществляется улавливание брызг оборотной воды, а в зимний период улавливание наледей и возврат талой воды в бассейн.
Благодаря дополнительному ярусу настила (фиг.25-31) увеличивается развернутая площадь его элементов, что влечет увеличение объема улавливаемых паров и конденсата и, как следствие, объема вакуума, что обеспечивает дополнительный объем притока наружного воздуха на охлаждение оборотной воды и, как следствие, повышение эффективности работы градирни.
Второй ярус при этом может быть выполнен как со смещением ячеек в решетках настилов, так и без него. Смещение ячеек предпочтительно на половину шага стержней для улавливания крупногабаритных наледей в зоне их падения в зимний период эксплуатации градирни. Независимо от профиля несущих и вспомогательных элементов (фиг.26, 28) и размера ячеек и шага стержней (фиг.29-31) смещением ячеек в горизонтальной плоскости в одном (фиг.29-30) или в двух направлениях (фиг.31) с учетом вертикальности падения ледяных глыб, обеспечивается снижение прохождения последних через ячейки, т.к. площадь проходного сечения уменьшается в 2 или 4 раза. После удара изменяется направление движения наледей, их размеры и, соответственно, нагрузки до безопасных пределов, не вызывающих повреждения оборудования градирни. Оставшиеся наледи после их таяния на настиле 7 возвращаются в бассейн, сокращая тем самым потери оборотной воды, что значительно повышает эффективность работы градирни по сравнению с прототипом.
Кроме того, наличие второго яруса обеспечивает более высокую надежность градирни за счет сокращения повреждений оборудования градирни, что повышает долговечность работы градирни, снижаются простои оборудования, сокращаются расходы на ремонт, что в конечном итоге повышает эффективность работы градирни.
Снижение брызгоуноса с одновременным повышением эффективности конденсации водяных паров в элементах защитного экрана достигается поперечным расположением его элементов восходящему потоку газов.
С учетом регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10 и связанных с ней значений брызгоуноса, выбором оптимальных размеров ячеек решеток настила 7 ограничиваются допустимые значения скоростей воздуха в них и уточняются пределы такого регулирования на стадии проектирования.
Замещающий вакуум наружный воздух и охлажденная в зоне защитного экрана часть воздуха за счет отбора тепла у водяного пара восходящего потока воздуха выполняют функцию дополнительного охладителя, расход которого можно регулировать поворотными щитами 10.
Таким образом, использование тепла выбрасываемых газов на нагрев элементов защитного экрана до температуры конденсации, его перераспределение между потоками газов и воды (в т.ч. конденсата), водяных паров, их улавливание с последующим возвратом в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды, повысить степень ее охлаждения, тем самым снизить температуру выбрасываемых газов, что в целом обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
Кроме того, конденсат не содержит солей и других примесей, возвращаясь в бассейн, обеспечивает частичное снижение концентрации солей в оборотной воде, что положительно сказывается на эффективности работы градирни.
Повышается надежность оборудования градирни за счет исключения его повреждений в зимний период от падающих наледей, увеличивается межремонтный период, что повышает эффективность работы градирни.
Выполнение настила по всей площади градирни в зоне его расположения без бокового зазора с центральным стояком повышает общую развернутую площадь элементов защитного экрана, в связи с чем увеличивается объем уловленного с конденсатом пара и конденсата, что обеспечивает падение давления и температуры в промежутке между оросителем и защитным экраном, и, следовательно, повышение тяги, и, как следствие, снижение температуры оборотной воды, тем самым повышение эффективности работы градирни.
Выполнение поверхности стержней настила и других элементов экрана не ровной (шероховатой) с выступающими, например, ребрами, с максимально развернутой суммарной площадью по периметру сечений и совместно с развернутой суммарной площадью несущих элементов настила позволяет повысить эффективность конденсации водяных паров и обеспечить снижение брызгоуноса. Потери тепла на этих поверхностях прямо пропорциональны их площади.
Выбор высоты установки настила над уровнем оросительных блоков, определяемый высотой выбрасываемых из трубопроводов струй воды без прямого контакта с последними, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила и образование наледей на его элементах в зимний период эксплуатации градирни, а утепление обшивки по периметру градирни, кроме того, позволяет сократить потери тепла.
Так как в качестве охладителя выступает воздух, имеющий незначительное теплосодержание по сравнению с равным количеством водяного пара, следовательно, в качестве основного теплоносителя выступает водяной пар, температура нагрева настила будет менее температуры водяного пара. Таким образом, приближение элементов защитного экрана максимально к струйной зоне горячей воды без непосредственного контакта с ней обеспечивает создание зоны с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров, а также нагрев элементов защитного экрана до температуры, приближающейся к температуре водяных паров. Относительная влажность воздуха максимально приближается к 100%, что обеспечивает конденсацию водяных паров, а возврат обессоленного конденсата снижает температуру оборотной воды и концентрацию солей в ней, что повышает эффективность работы градирни.
В предлагаемом варианте за- счет увеличения количества ярусов настила и смещения его решеток на половину шага их стержней увеличивается развернутая площадь элементов защитного экрана и, как следствие, интенсивность конденсации водяных паров и связанное с этим образование вакуума, что обеспечивает дополнительный приток воздуха и охлаждение оборотной воды, при этом увеличивается объем уловленной оборотной воды и ее возврата, что в значительной степени повышает степень охлаждения горячей оборотной воды и, как следствие, эффективность работы градирни. Таким образом:
- Установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, что способствует увеличению объема уловленного водяного пара и конденсата, и, как следствие, снижению температуры и увеличению объема оборотной воды. Таким образом, повышается эффективность работы градирни.
- подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет создать максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила. Уменьшение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящему потоку газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни). Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода и эффективности работы градирни.
Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Поэтому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием оптимальной газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении обеспечивается одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана.
- отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни -образование наледей на его элементах, что значительно повышает эффективность работы градирни;
- наличие в предлагаемом варианте градирни, по меньшей мере, двух ярусов настила позволяет увеличить в два раза развернутую площадь, что повышает интенсивность конденсации водяных паров, увеличивает объем конденсата, а также увеличивает приток наружного воздуха на охлаждение горячей оборотной воды, что позволяет повысить эффективность работы градирни;
- смещение решеток настила в одном или двух направлениях повышает эффективность улавливания наледей в зоне их падения, при равных размерах ячеек при одноярусном настиле, в два или четыре раза, кроме того, соответственно повышается эффективность брызгоулавливания оборотной воды, а также, повышается эффективность охлаждения стержней настила за счет воды охладителя, и, как следствие увеличение объема конденсата и снижение температура выбрасываемых газов;
- выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым создаются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни;
- возврат обессоленного конденсата снижает концентрацию солей в оборотной воде, что обеспечивает повышение надежности работы градирни, и, как следствие, повышение эффективности ее работы.
8-й вариант градирни поясняется рисунками (фиг.32-38). Предлагаемая градирня содержит башню 1 с обшивкой 2, центральный стояк 3 для опоры несущих элементов перекрытий и трубопроводов, водораспределитель с трубопроводами 4 с соплами или насадками, оросительные блоки 5, опирающиеся на несущие колонны 6 и балки, над оросительными блоками 5 по всей площади градирни от центрального стояка 3 до обшивки 2 по ее периметру установлен решетчатый настил 7, размещенный на несущих и вспомогательных элементах его перекрытия 8, часть из которых выполнена в виде системы труб разводящих 11 (без отверстий) и распределительных 12 с отверстиями 13 с обеспечением движения по ним охладителя. Настил 7 расположен по всей площади градирни от обшивки 2 до центрального стояка 3 и выполнен в форме кольца, по меньшей мере, в два яруса. В основании башни 1 (ее подземной части) расположен бассейн 9 для сбора оборотной воды. По периметру стенки бассейна 9 в надземной части градирни установлено воздухораспределительное устройство для регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10, обеспечивающими регулирование тяги наружного воздуха в башню 1 и соответственно брызгоуноса. В центральной части градирни вне зоны падения наледей установлен водоуловитель 15. Выполнение отверстий 13 на распределительных трубах 12, предназначенное для струй охладителя, обеспечивает прямой контакт струям охладителя с элементами настила, и другими элементами защитного экрана. При этом отверстия 13 могут быть снабжены соплами или насадками, которые также обеспечивают струям охладителя прямой контакт с элементами настила и другими элементами экрана. При выполнении отверстий в нижней части трубы, последние соединяются с патрубком 13, на концах которого выполнены отверстия, расстояние которых от центральной вертикальной оси симметрии трубы превышает ее радиус.
Разводящие 11 и распределительные трубы 12, связанные с настилом 7, выполнены из высокотеплопроводных материалов, а распределительные трубы 12, не связанные с настилом, могут быть выполнены из любого материала.
Работает по предлагаемому варианту градирня следующим образом. В башню 1 оборотная вода из конденсаторов турбоагрегатов через наружный трубопровод (на рис.не показаны) поступает в систему водораспределения с трубопроводами 4 с соплами или насадками, с помощью которых над оросительными блоками 5 по всей площади орошения под давлением вода выбрасывается в виде наклонных или прямых струй (ориентировочно высота составляет более 1.5 м), которые под собственной тяжестью падают вниз к оросительным блокам 5 навстречу восходящему потоку газов, смешиваются с ним и частично охлаждаются. В зоне блоков 5 к струйной части оборотной воды добавляются падающие с водоуловителя 15 брызги уловленной им воды и струи охладителя, падающие вниз, и капли конденсата с настила 7 и других элементов защитного экрана, после чего предварительно охлажденная смесь, преимущественно из горячей оборотной воды поступает в ячейки оросительных блоков 5, где отдает тепло встречному потоку воздуха и поступает в бассейн 9, и далее через отводящий (выпускной) трубопровод возвращается к конденсаторам, образуя замкнутый цикл охлаждения воды. При этом под защитным экраном до оросительных блоков 5 осуществляется дополнительное охлаждение воды и образуется зона искусственного дождя из брызг оборотной воды, конденсата и охладителя.
Кроме того, обессоленный конденсат, попадая с оборотной водой в бассейн, снижает содержание солей в оборотной воде.
Наличие дополнительной системы охлаждения из разводящих 11 и распределительных 12 труб с отверстиями (фиг.32-38) по которым перемещается охладитель, обеспечивает охлаждение элементов защитного экрана путем отбора тепла от них, связанными с настилом разводящими трубами 11, а в большей мере за счет струйной завесы охладителя между трубами в пределах защитного экрана. Отверстия 13 в трубах 12 выполнены с заданным шагом и диаметром, которые определяются видом охладителя, и с обеспечением прямого контакта струй охладителя с поверхностью элементов экрана с образованием в пределах экрана струйной зоны охлаждения в виде завес.Отверстия могут быть снабжены соплами. Возможно использование распределительных труб 12 с нижним расположением отверстий (фиг.35-38), что обеспечивает возможность быстрого опорожнения системы от охладителя (воды) в случае необходимости, а также замены охладителя, например, воды на воздух и наоборот.
В качестве охладителя в градирнях используется также наружный воздух. Это связано с тем, что удельная теплоемкость воздуха в пределах температур от 0°С до 100°С изменяется незначительно (1006-1010 дж/кг×град.), а содержание тепла в нем определяется, в первую очередь, содержанием водяных паров.
Воздух в башню 1 поступает через воздухораспределительное устройство с поворотными щитами 10, обеспечивающими его расход и регулирование тяги. Проходя через оросительные блоки 5 воздух, отбирая тепло у встречного потока оборотной воды и влагонасыщаясь, поступает в зону водораспределения и водоразбрызгивания оборотной воды из трубопроводов 4.
За счет установки защитного экрана с настилом 7 над струями горячей воды между оросительными блоками 5 и защитным экраном создается зона с повышенным влаго- и теплосодержанием водяных паров и высокой относительной влажностью воздуха, приближающейся к 100%.
Выбор высоты установки настила и связанных с ним элементов защитного экрана над уровнем оросительных блоков, определяемый высотой выбрасываемых из трубопроводов струй воды без прямого контакта с последними, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила и образование наледей на его элементах в зимний период эксплуатации градирни, а утепление обшивки по периметру градирни, кроме того, позволяет сократить потери тепла.
Обшивка 2 этой зоны градирни в целях снижения потерь тепла и предупреждения образования наледей утепляется. С учетом того, что элементы защитного экрана выполнены из высокотеплопроводных материалов, обеспечиваются условия теплообмена, при которых температура нагрева элементов защитного экрана всегда ниже температуры горячей воды.
За счет отсутствия контакта настила с горячей водой основным источником тепла для него становится тепло восходящего потока газа, включающего воздух, водяной пар и брызги воды, температура которого по причине отбора тепла из него элементами защитного экрана, включая настил, всегда выше температуры поверхности элементов защитного экрана.
В зоне защитного экрана при созданных условиях с учетом высокой теплопроводности материала решетчатого настила 7 и связанных с ним несущих и вспомогательных элементов перекрытия, происходит конденсация влагонасыщенной части водяных паров с накоплением обессоленного конденсата на поверхности этих элементов до определенных пределов, образуется капель, которая, отбирая тепло у всех элементов защитного экрана по всей их развернутой площади, падает и попадает в струйную часть горячей зоны оборотной воды, смешивается с ней, снижает ее температуру, и вместе с ней возвращается в бассейн. При этом в центральной части, вне зоны падения наледей, вместе с обессоленным конденсатом к ней добавляется часть воды, уловленной в ячейках водоуловителя 15, стекающая с их стенок в виде капели, что повышает эффективность работы градирни.
Водоуловитель 15, основанием которого является настил, устанавливают над настилом 7 и другими элементами его перекрытия 8.
Из-за потерь и перераспределения тепла на нагрев и конденсацию водяных паров в элементах защитного экрана, поступающая в водоуловитель 15 смесь газов из воздуха, водяного пара и брызг воды, охлаждается и имеет температуру существенно меньшую по сравнению с известными градирнями с водоуловителем.
Из-за теплообмена этого охлажденного потока со стенками ячеек водоуловителя, температура последних также дополнительно снижается, и стекающая с них оборотная вода имеет температуру, не превышающую температуру конденсации водяных паров в зоне настила 7. За счет этого обеспечивается возможность конденсации водяных паров в ячейках водоуловителя 15, разбавление оборотной воды конденсатом на стенах ячеек, что обеспечивает снижение отложений солей в них.
Функции защитного экрана и настила 7 вне зоны установки водоуловителя 15 также расширены: за счет разницы аэродинамических сопротивлений устранен подпор воздуха, а также по всей площади защитного экрана, включая зону падения наледей, обеспечивается улавливание и возврат в бассейн конденсата водяных паров. При этом к уловленному конденсату в зоне падения наледей добавляется вода от таяния наледей и конденсата с обшивки 2 градирни по ее периметру от настила 7 до оголовка.
При этом конденсат образуется, когда температура нагрева поверхности обшивки равна или ниже температуры конденсации водяных паров, в зависимости от температуры наружного воздуха. Кроме того, к уловленной воде добавляются мелкие фракции (брызги) воды, уловленные элементами экрана и обшивки.
3
Процесс конденсации насыщенных паров сопровождается разряжением (образованием вакуума) из-за разности плотностей пара и воды, при ориентировочном соотношении более чем 1:1000 и. соответственно, снижением давления и температуры воздуха, находящегося в зоне экрана. Так как конденсация водяных паров и отложение 1 кг конденсата на поверхности элементов защитного экрана соответствует вытяжке из воздуха при t=17-40°C от 15 до 60 м объема таких паров и появление эквивалентного объема вакуума в нем, что влечет за собой перераспределение энергии в потоке газов, в процессе которого происходит отбор тепла и охлаждение среды, замещение вакуума притоком наружного воздуха и увеличение его тяги в башню 1. В результате происходит разделение потока газов на два основных направления. При этом охлажденная часть воздуха в виде тумана вместе с каплями конденсата уловленной водоуловителем 15 оборотной воды смешивается со струями основной части горячей оборотной воды, а также воды охладителя и, охлаждаясь, стремится вниз с перемешиванием восходящего и нисходящего потоков воды и газов под экраном.
Из-за смешивания разных сред газов и воды под экраном до оросительных блоков 5 образуется искусственный холодный дождь из капель конденсата, оборотной воды и воды охладителя, которые, смешиваясь с туманообразной холодной частью воздуха и паров под защитным экраном, снижают температуру и давление среды в этой зоне.
Восходящий, более теплый поток воздуха с упругой частью (несконденсировавшихся) водяных паров в центральной зоне градирни из-за отбора избытка тепла у него элементами защитного экрана и водоуловителя 15 значительно охлаждается. Наличие второго яруса настила 7 обеспечивает дополнительное снижение температуры восходящего потока.
В пересечениях восходящего потока газов с трубами Ни 12, а также при его смешивании с нисходящим потоком струй охладителя, часть тепла отбирается и уносится с охладителем.
Так как защитная зона настила 7, размещенная по периметру обшивки 2 градирни, имеет меньшее аэродинамическое сопротивление по сравнению с центральной зоной с водоуловителем 15, и размещена вблизи воздухораспределительного устройства с поворотными щитами 10, основной поток воздуха, поступающего через оросительные блоки 5, будет стремиться пройти через эту зону. При этом произойдет разделение потока из-за появления горизонтальной составляющей сил, стремящейся задержать движение потока к центральной части градирни. И как следствие этому, скорость подъема газов в центральной части, в зоне водоуловителя 15, будет снижаться, и, с учетом дополнительного охлаждения стенок водоуловителя 15, образования и отекания конденсата, снижения скорости движения газов в них, повышается эффективность брызгоулавливания в ячейках водоуловителя. Таким образом, в центральной зоне градирни установкой водоуловителя 15 вне зоны падения наледей, обеспеченной газопроницаемостью решеток настила под ним одновременно с устранением избыточного давления повышается эффективность брызгоулавливания и обеспечивается улавливание конденсата водяных паров и его возврат с оборотной водой в бассейн.
В защитной зоне, вне зоны водоуловителя 15, за счет выбора оптимальных размеров ячеек настила 7, их смещения в ярусах на половину шага стержней значительной развернутой площади элементов настила и экрана обеспечивается улавливание недопустимых габаритов наледей и защита оборудования градирни от повреждений, а также конденсация водяных паров с отбором тепла у восходящего потока газов, возврат конденсата и воды от наледей, а также уловленной части оборотной воды в виде брызг в бассейн. Кроме того, значительно снижаются затраты на материалы и услуги по строительству и эксплуатации градирни за счет установки водоуловителя только вне зоны падения наледей, в центральной части градирни.
Допустимые значения скоростей в настиле 7 рассчитываются на стадии проектирования, а на практике подбираются путем регулирования расхода воздуха поворотными щитами 10.
Величина потерь оборотной воды, в т.ч. брызгоуноса снижается в предлагаемом решении, кроме улавливания водоуловителем 15, за счет поперечного расположения решеток и других элементов защитного экрана по отношению к восходящему потоку газов, повышенной развернутой площадью их поверхностей, а также улавливанием и возвратом в бассейн конденсата со всей площади экрана, а также талой воды от падающих с обшивки и оголовка градирни и наледей, что обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
Снижение брызгоуноса достигается поперечным к восходящему потоку расположением элементов, развернутой площадью, увеличенной за счет установки второго яруса, поверхностей стержней настила 7 и подбором оптимального размера ячеек.
С увеличением развернутой площади увеличивается объем улавливаемых паров и конденсата, и, как следствие, объем вакуума, что обеспечивает дополнительный приток наружного воздуха, тем самым более интенсивное охлаждение оборотной воды.
Второй ярус может быть выполнен как со смещением ячеек в решетках настилов (фиг.33-34), так и без смещения (фиг.35-36). Вариант со смещением ячеек на половину шага стержней в ярусах смежных настилов предпочтительнее для улавливания крупногабаритных наледей. Независимо от размера шага ячеек и профиля элементов защитного экрана, смещение их в ярусах настилов в горизонтальной плоскости в одном или двух направлениях, с учетом вертикальности падения наледей, обеспечивается снижение проходимости последних через ячейки в два или четыре раза, т.к. площадь проходного сечения для них уменьшается в два или четыре раза в зависимости от направления смещений, а ударная нагрузка распределяется на стержни настила и снижается, что обеспечивает безопасную работу оборудования градирни.
Оставшиеся на настиле наледи в виде талой воды возвращаются в бассейн градирни, сокращая тем самым потери оборотной воды.
С учетом регулирования тяги воздуха поворотными щитами 10 и связанных с ней значений брызгоуноса, выбором оптимальных размеров ячеек решеток настила 7 ограничиваются допустимые значения скоростей воздуха в них и уточняются пределы такого регулирования.
С учетом изменения функций настила в защитных экранах, условий эксплуатации последних и специфичности теплообмена и потерь тепла, связанных с конденсацией водяных паров, оптимальные размеры ячеек настила и элементов экрана подбирают по условиям строительных, аэродинамических и теплотехнических расчетов с обеспечением их надежности, газопроницаемости, а также размеров улавливаемых в зимний период наледей и нагрузок от них.
Так как количество потребляемого тепла и улавливаемого на поверхности элементов защитного экрана конденсата пропорциональны ее площади, подбором суммарной площади поверхностей элементов решетчатого настила 7 и несущих и вспомогательных элементов перекрытия обеспечивается температура их нагрева, не превышающая температуру конденсации водяных паров.
Таким образом, использование тепла выбрасываемых газов на нагрев элементов защитного экрана и его перераспределение в процессе конденсации водяных паров с одновременным образованием вакуума, улавливание конденсата и брызг воды с последующим их возвратом в бассейн позволяет повысить степень охлаждения оборотной воды, сократить потери тепла и оборотной воды, что обеспечивает повышение эффективности работы градирни.
При этом конденсат, не содержащий солей и др. примесей, возвращающийся в бассейн, обеспечивает частичное снижение концентрации солей в оборотной воде, а его возврат вместе с уловленной частью оборотной воды сокращает потери оборотной воды с одновременным повышением надежности и эффективности работы градирни.
Кроме того, установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды. А за счет снижения давления в пространстве между водоуловителем и оросительными блоками появляется возможность снижения габаритов градирен с водоуловителями. За счет установки водоуловителя вне зоны падения наледей снижаются затраты на строительство и эксплуатацию градирни.
Наличие в предлагаемом варианте градирни двух ярусов настила и дополнительной системы охлаждения в зоне защитного экрана дает следующие дополнительные преимущества:
- увеличение в два раза развернутой площади позволяет повысить интенсивность конденсации водяных паров, увеличить объем конденсата, а также увеличивает приток наружного воздуха на охлаждение горячей оборотной воды;
- снижение температуры оборотной воды в зоне между экраном и оросительными блоками;
- смещение стержней настила в одном или двух направлениях повышает эффективность улавливания наледей в зоне их падения, при равных размерах ячеек при одноярусном настиле, в два или четыре раза, кроме того, соответственно повышается эффективность брызгоулавливания оборотной воды; а также, повышается эффективность охлаждения стержней настила за счет воды охладителя, и, как следствие увеличение объема конденсата;
- снижается температура выбрасываемых газов,
- опорожнение системы от охладителя, что дает возможность обеспечить минимум два режима работы градирни: с охладителем (при необходимости) и без него, т.е. возможность регулирования степени охлаждения оборотной воды;
- возможность замены охладителя: воду на воздух и наоборот. В качестве охладителей (вода или воздух) предпочтительно использовать инженерные сети подземного заложения, т.к. температура в них в летний период всегда ниже температуры наружного воздуха, а в зимний период их температура не опускается ниже 4°С.Таким образом:
установка водоуловителя на настил вне зоны падения наледей обеспечивает первоочередной отбор тепла элементами защитного экрана и возможность конденсации водяных паров из-за снижения температуры газов в ячейках водоуловителя, улавливание мелких фракций оборотной воды и конденсата с возвратом последних в бассейн позволяет сократить потери оборотной воды, что значительно повышает эффективность работы градирни. Кроме того, установка водоуловителя вне зоны падения наледей исключает повреждение блоков водоуловителя падающими в зимний период наледями, что увеличивает межремонтный срок эксплуатации градирни, снижает затраты на ее ремонт, что также повышает эффективность эксплуатации градирни.
- установка настила поперечно восходящему потоку газов по всей площади градирни в зоне его расположения без образования бокового зазора с центральным стояком обеспечивает максимальную развернутую площадь поверхностей элементов защитного экрана, что способствует увеличению объема уловленного водяного пара и конденсата, и, как следствие, снижению температуры и увеличению объема оборотной воды, и как следствие, повышает эффективность работы градирни.
- подбор размеров ячеек, образуемых пересечением стержней настила, его несущих и вспомогательных элементов, с обеспечением газопроницаемости, конденсации водяных паров и возврата конденсата, позволяет обеспечить максимальную развернутую площадь поверхностей элементов настила и связанных с ними элементов экрана (чем меньше размеры ячеек, тем больше площадь элементов настила). Снижение же площади этих ячеек может привести к снижению газопроницаемости восходящему потоку газов, и соответственно к снижению эффективности работы градирни. Кроме того, от размеров ячеек зависит температура нагрева экрана, которая не должна превышать температуру конденсации водяных паров. При выборе размеров ячеек настила учитываются также размеры падающих наледей, следствием падения которых может быть снижение надежности работы оборудования, и как следствие сокращение межремонтного периода и эффективности работы градирни. Оптимальный размер ячеек рассчитывается по условиям нормативной документации на стадии проектирования. Поэтому подбор оптимального (расчетного) размера ячеек позволяет сделать работу градирни более эффективной.
Таким образом, использованием оптимальной газопроницаемости решеток настила, особенностей смеси газов с разным агрегатным состоянием (воздух, водяной пар, вода) и перераспределением их энергий в предлагаемом техническом решении, обеспечивает одновременное выполнение воздухом функций теплоносителя и охладителя поверхности элементов экрана;
- выбор высоты установки настила над уровнем оросительных блоков с отсутствие контакта настила и связанных с ним элементов защитного экрана со струями воды, выбрасываемых из трубопроводов, позволяет создать зону с повышенной концентрацией, влагосодержанием и теплосодержанием водяных паров с минимальными потерями тепла, исключить перегрев настила, а в зимний период эксплуатации градирни - образование наледей на его элементах, что значительно повышает эффективность работы градирни.
- выполнение настила и элементов защитного экрана из высокотеплопроводных материалов позволяет повысить количество отобранного тепла у восходящего потока смеси газов. Температура смеси газов понижается, тем самым обеспечиваются условия конденсации водяных паров этой смеси, что влечет образование вакуума в зоне установки настила, замещение последнего притоком наружного воздуха, и как следствие, усиление тяги, что обеспечивает снижение температуры оборотной воды, повышая тем самым эффективность работы градирни.
- выполнение части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде системы труб 11 обеспечивает, при пропускании через нее охладителя, снижение температуры их поверхности. За счет теплообмена при высокой теплопроводности материала труб происходит перераспределение тепла между трубами и элементами защитного экрана, температура последних снижается до расчетных пределов. В результате чего интенсивность конденсации водяных паров на поверхностях труб и связанных с ними элементов экрана повышается, увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, снижается температура оборотной воды, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни;
- выполнение, по меньшей мере, части несущих и вспомогательных элементов перекрытия в виде труб с отверстиями с образованием системы трубопроводов, обеспечивающей движение охладителя, позволяет создать струйные завесы, которые обеспечивают прямой контакт охладителя с элементами настила и другими элементами защитного экрана, повысить интенсивность теплообмена за счет отбора тепла у элементов защитного экрана, в результате чего увеличивается объем уловленного пара (конденсата) и, как следствие, увеличивается объем вакуума, а, следовательно, повышается тяга, снижается температура восходящего потока газов, снижается температура оборотной воды, и, соответственно, повышается эффективность работы градирни; кроме того, опорожнение системы от охладителя, что дает возможность обеспечить минимум два режима работы градирни: с охладителем (при необходимости) и без него, т.е. возможность регулирования степени охлаждения оборотной воды и возможность замены охладителя: воду на воздух и, наоборот, без остановки работы градирни, что повышает эффективность работы градирни;
- образование дополнительного контура охлаждения элементов защитного экрана струйными завесами охладителя снижает потери тепла выбрасываемых газов и повышает степень охлаждения оборотной воды, т.е. повышает эффективность работы градирни;
- обеспечение прямого контакта струй охладителя с элементами настила и связанных с ним элементов защитного экрана создает условия интенсивного теплообмена, т.е. отбор тепла у последних, и, как следствие, повышение интенсивности конденсации, и, следовательно, повышение эффективности работы градирни;
- наличие в предлагаемом варианте градирни, по меньшей мере, двух ярусов настила позволяет увеличить в два раза развернутую площадь, что повышает интенсивность конденсации водяных паров, увеличивает объем конденсата, а также увеличивает приток наружного воздуха на охлаждение горячей оборотной воды, что позволяет повысить эффективность работы градирни;
- смещение решеток настила в одном или двух направлениях повышает эффективность улавливания наледей в зоне их падения, при равных размерах ячеек при одноярусном настиле, в два или четыре раза, кроме того, соответственно повышается эффективность брызгоулавливания оборотной воды, а также, повышается эффективность охлаждения стержней настила за счет воды охладителя, и, как следствие увеличение объема конденсата и снижение температура выбрасываемых газов;
- увеличение количества конденсата, не содержащего солей и других примесей, возвращающегося в бассейн, позволяет снизить концентрацию солей в оборотной воде, что также повышает эффективность работы градирни.