Градирня

Предлагаемое техническое решение относится к теплотехнике, в частности к испарительным охладителям - градирням, и может найти применение на тепловых и атомных электростанциях, а также на других промышленных объектах, где требуется охлаждение воды или других жидкостей.
Известна вентиляторная градирня, содержащая корпус, охваченный кожухом с образованием воздухоотводящего канала, воздухоотводящую трубу, установленную в днище корпуса, снабженную водосборным лотком и жалюзийной решеткой, вытяжной патрубок с вентилятором, воздухораспределитель с форсунками и воздухо-входные патрубки, размещенные в крышке корпуса, в котором система охлаждения дополнительно снабжена воздуховодами с запорными клапанами и оболочкой, размещенной вокруг боковой стенки корпуса с кольцевым зазором (А.С. СССР № 1702144 МПК F28 С 1/00 опубл. 1991).
Недостатком предлагаемой градирни является неэффективная система охлаждения жидкости, обусловленная наличием большого количества жидкости в небольшом пространстве, что в свою очередь заставляет пропускать большие потоки воздуха, использовать мощные вентиляторные системы.
Известна также градирня, содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами, выполненными по кольцу в нижней ее части, размещенный в башне выше окон ороситель с водораспределительной системой, и водоструйные эжекторы, подключенные к водораздающему коллектору, причем, эжекторы установлены в центральной зоне градирни, ограниченной диаметром, равным 0,2 - 0,25 диаметра оросителя , выходные торцы, обращены к оросителю, а водораздающий коллектор размещен внутри башни. ( Патент РФ № 2099662, МПК F28 С 1/00 опубл. 1997)
Недостатком этой градирни является неэффективность охлаждения, вызванная большим аэродинамическим сопротивлением, обусловленным размещением в шахте элементов оросителя, отказаться же от данной системы невозможно, поскольку, именно ороситель является тем устройством, на котором происходит теплоотдача.
Ближайшим техническим решением (прототип) является градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами на периферии в нижней его части, и размещенные группами на водораспределительном коллекторе, расположенными в проемах окон водоструйные форсунки, смонтированные под углом навстречу друг другу симметрично относительно вертикальной оси градирни со смещением
2003105613
Градирня
2 О 03 105613
МПК F28 С 1/00
от плоскости окна к центру градирни Форсунки смонтированы на платформах с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на угол, обеспечивающий высоту точки пересечения факелов жидкости Каждая платформа представляет собой поворотный корпус с подвижными фланцами, соединенными с водораспределительной системой На верхнем фланце каждой подвижной платформы группами размещены водоструйные форсунки (Патент Республики Беларусь № 3450 МПК F28 С 1/00 опубл 2000)
Недостатком прототипа является выполнение трубопроводов водораспределительной системы в виде ступенчатой пирамиды, у которой периметры для каждого нижнего ряда уменьшаются по отношению к верхнему Это ведет к уменьшению количества форсунок в каждом нижерасположенном уровне по отношению к вышерасположенному особенно в многогранных градирнях, что уменьшает производительность градирни, а присоединение каждой поворотной платформы к коллектору через отдельные поворотные фланцы значительно усложняет конструкцию за счет увеличения количества фланцевых соединений
Задачей изобретения является повышение производительности градирни за счет упрощения водораспределительной системы и упрощение ее конструкции, а также снижение затрат на обслуживание и ремонт градирни
Поставленная задача решается за счет того, что известная градирня, содержит корпус с воздуховходными окнами на периферии в нижней его части и водоструйные форсунки, подвижно установленные на коллекторах в проеме окон под углом навстречу друг другу симметрично относительно вертикальной оси градирни на угол, обеспечивающий высоту пересечения струй факелов жидкости Согласно предлагаемому техническому решению коллекторы выполнены поворотными и снабжены закрепленными на них блоками водоструйных форсунок, причем коллекторы установлены как внутри, так и снаружи корпуса градирни, смонтированы горизонтальными рядами на параллельных уровнях на равном расстоянии от вертикальной оси градирни, при этом зависимость пределов высот высших и низших точек пересечения струй факелов жидкости от предела величин углов наклона форсунок к соответствующим уровням определяют по формуле
HI - Н2  (bj - b2)(tg tti - tg a2) где
Нз - высота низших точек пересечения струй факелов от уровня горизонтальных осей коллекторов, где струи факелов симметричны вертикальной оси градирни;
bi - расстояние от горизонтальной оси форсунки до вертикальной оси градирни для форсунок внутри градирни;
)2 - расстояние от горизонтальной оси форсунки до вертикальной оси градирни для форсунок снаружи градирни;
ttj - tt2 - пределы величин углов наклона форсунок от соответствующих уровней.
Кроме того, блоки водоструйных форсунок выполнены в виде круга с одной центральной форсункой и от двух до восьми вокруг нее. Блоки водоструйных форсунок могут быть размещены на коллекторах, не менее чем в два ряда и смещены на 0,4 - 0,6 метров от плоскости окна как внутри, так и снаружи градирни. Блоки с форсунками установлены на коллекторах в количестве от 2 до 10 единиц. Поперечное сечение корпуса градирни может быть выполнено в виде прямоугольника, правильного многоугольника, например, шестиугольника, или в виде круга.
Таким образом, согласно предлагаемому техническому решению форсунки расположены в одной вертикальной плоскости, параллельной вертикальной стенке корпуса градирни, причем водораспределительная система представляет собой как бы лестницу с одинаковыми параллельными перекладинами, что позволяет выполнить внутренний объем градирни более свободным. Это обеспечивает лучшие условия охлаждения и тем самым повышение производительности градирни, а также улучшает условия обслуживания и ремонта последней.
На фиг. 1 показан общий вид градирни с размещением коллекторов с центральными водоструйными форсункам внутри градирни в два ряда (верхний и нижний) и пересекающимися струями симметричных факелов жидкости.
На фиг. 2 показан общий вид градирни с размещением коллекторов с центральными водоструйными форсункам снаружи градирни в два ряда (верхний и нижний) и пересекающимися струями симметричных факелов жидкости.
На фиг. 3 показаны проекции факелов жидкости из центральных водоструйных форсунок верхнего и нижнего ряда соответственно справа и слева от вертикальной оси градирни. Сечение А-А на фиг. 1
На фиг. 5 показано пересечение струй факелов жидкости из центральных водоструйных форсунок, расположенных снаружи градирни. Сечение Б-Б на фиг.2.
На фиг. 6 показано пересечение струй факелов из центральных водоструйных форсунок, расположенных внутри, например, шестигранного корпуса градирни.
На фиг. 7 показано пересечение струй факелов жидкости из центральных водоструйных форсунок, расположенных снаружи, например, шестигранного корпуса градирни.
На фиг.8 показан блок водоструйных форсунок выполненный в виде круга с одной центральной форсункой и, например, шестью водоструйными форсунками вокруг нее.
Градирня содержит корпус 1 в виде вертикального короба с воздуховходными окнами 2, выполненными по периферии в нижней его части. В проеме окон 2 установлены коллекторы 3, которые подключены к водораспределительной системе 4. Коллекторы 3 расположены как внутри, так и снаружи корпуса градирни. На коллекторах 3 закреплены неподвижно блоки 5 с водоструйными форсунками 6. Центральные симметричные форсунки блока 5 установлены навстречу друг другу под углом к их уровню. Коллектор 3 с блоками 5 водоструйных форсунок 6 установлен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси коллектора на угол, обеспечивающий высоту пересечения струй жидкости факелов 7 в виде конусов. Градирня содержит водосборный бассейн 8.
Струи симметричных факелов 7 жидкости, вытекают из центральных водоструйных форсунок 6, в виде конусов и пересекаются в вертикальной плоскости эллипса (фиг. 3).
Струи симметричных факелов 7 жидкости, вытекают из центральных водоструйных форсунок 6, установленных внутри градирни в виде конусов и пересекаются в горизонтальной плоскости эллипса, (фиг. 4 и 6)
Струи симметричных 7 факелов жидкости, вытекают из центральных водоструйных форсунок 6, установленных снаружи градирни, в виде конусов, и пересекаются в горизонтальной плоскости эллипса, (фиг.5 и 7).
Оси конусов факелов 7, пересекаются с вертикальной осью градирни в точке В (фиг. 1, 2 и 3). На фиг 1 и 2 пересечение этих осей образуют с основанием АС равнобедренный треугольник ABC. Ось BD делит треугольник ABC на два
равных прямоугольных треугольника ABD и DBC. AD  bi (фиг. 1) для центральных водоструйных форсунок 6 внутри градирни и AD  b2 (фиг. 2) для центральных водоструйных форсунок 6 снаружи градирни.
Струи факела 7 жидкости, вытекающей из единичной водоструйной форсунки 6 (фиг. 1 и 2), пересекают вертикальную ось градирни в высшей точке BI и низшей точке В2, при зтомВ D  HI B2D  H2
Пределы высот HI - Н2 находятся в зависимости от пределов углов а. - а и пределов оснований bi - b2 прямоугольных треугольников ABi D и ABj D и выражается предлагаемой математической формулой
Hi - Н2  (bi - ba)(tg oti - tg a2)
Предлагаемая формула действительна для всех образованных прямоугольных треугольников верхнего и нижнего ряда (фиг. 1 и 2), а также всех образованных прямоугольных треугольников в последовательности от вышележащего ряда к нижележащему. Рекомендуемое расстояние между рядами должно быть не менее 0,5 м. Градирня работает следующим образом. Охлаждаемая вода подается в корпус через водораспределительную систему 4, установленные на коллекторах 3 блоки 5 и водоструйные форсунки 6. Выходящие из водоструйных форсунок 6 струи воды образуют факелы 7 в виде конусов, оси которых пересекаются с вертикальной осью градирни. Коллекторы 3 могут быть установлены как внутри, так и снаружи градирни, что обеспечивает лучшее охлаждение градирни. Размещение коллекторов 3 горизонтальными рядами на параллельных уровнях обеспечивает более свободным внутренний объем градирни, что обеспечивает упрощение конструкции водораспределительной системы и лучшие условия обслуживания и ремонта градирни. Так как блоки 5 с водоструйными форсунками 6 установлены на коллекторах 3 неподвижно, то поворот форсунок на требуемый угол осуществляется за счет поворота самого коллектора вокруг его оси. Причем, зависимость пределов высот высших и низших точек пересечения струй факелов 7 от пределов величин углов наклона водоструйных форсунок 6 к соответствующим уровням определяется по предлагаемой формуле: HI - Н2  (bi - b2)(tg cu - tg 012), что позволяет организовать практически требуемую высоту факела, независимо от размеров градирни, обеспечив в то же время высокую эффективность охлаждения.
форсунок размещены в один ряд (для облегчения расчета) и смещены на 0,4 м от вообргокаемой плоскости окна, bi составит 3,6 м для водоструйных форсунок, расположенных внутри градирни. Пределы углов наклона форсунок к уровню горизонтальных осей коллекторов составляют от 15 до 80°. При угле 30° отклонение струй факела от оси конуса факела составляет плюс минус 15°. В этом случае струи факела пересекаются в верхней точке BI под углом 45° и в нижней точке В2 под углом 15°, где высота HI составит 1,8м.  (bi x tg30°), aFk составит 1 м  ((bi
х tg 15°). Настройка величин HI и HI производится путем наклона форсунки на требуемый угол. Подставив в предлагаемую формулу значение угла наклона форсунки (30°), расстояние bi (3,6), получаем высоту пересечения струй факелов в верхней BI нижней 82 точке. Аналогично получаем указанные значения пересечения струй факелов для углов, например, 57° и 65°. Факелы 7, в виде мелкодисперсных капель, при встрече на высоте, образуют при взаимном столкновении водяную пыль с развитой поверхностью капель, которые падают в водосборный бассейн 8. При подаче воды через блоки 5 водоструйных форсунок 6 последние увлекают за собой воздух из воздуховодных окон 2 вверх. Одновременно горячая вода нагревает этот воздух и на него дополнительно начинает действовать конвекционные силы. Воздух устремляется вверх и встречается с водяной пылью, падающей в водосборный бассейн 8. При встрече потоков воздуха и падающей водяной пыли происходит активный тепломассообмен. Водоструйные форсунки 6 образуют область с пониженным давлением в проеме воздуховодных окон 2. В эти окна 2 устремляется поток воздуха, в результате чего организуется принудительная циркуляция воздушных масс без дополнительного энергопотребления. Кроме того, установка блоков 5 водоструйных форсунок 6 на коллекторе 3 в количестве от 2 до 10 единиц обеспечивает значительное увеличение производительности градирни и подогрев подаваемого через окна 2 воздуха на начальной стадии, дополнительно обеспечивая конвекционную тягу в корпусе 1. Возможность поворота блоков 5 водоструйных форсунок 6 вместе с коллектором 3 под определенным углом позволяет отрегулировать направление факелов 7 охлаждаемой жидкости для каждой конкретной градирни с учетом температуры наружного воздуха, начальной температуры охлаждаемой жидкости, силы и направления ветра и иных параметров.
жидкости и повышение производительности градирни, при этом снижаются эксплуатационные расходы и упрощается конструкция, повышается ее надежность и ремонтопригодность. Кроме того, предлагаемая градирня позволяет обеспечить высокопроизводительную работу градирен любых требуемых размеров, с любым поперечным сечением - прямоугольным, многоугольным, круглым.