ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ
MECHANICAL-DRAFT TOWER

Изобретение относится к контактным аппаратам и может быть использовано для охлаждения оборотной воды в энергетике и на других промышленных предприятиях, например на электростанциях.
Известная вентиляторная градирня (А.c. СССР №542083, МПК F28C 1/00 от 05.01.1977 г.), содержащая корпус с воздуховходными окнами и ороситель с расположенными одна над другой последовательными по охлаждающей воде ступенями, а также воздухоотводящую трубу, причем воздуховходные окна расположены над первой и под второй ступенью охлаждения, а воздухоотводящая труба сообщена с пространством между ступенями.
Недостатком такой градирни является неравномерное распределение воздуха по сечению градирни и тем самым снижение глубины охлаждения оборотной воды в градирне.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является вентиляторная градирня (SU 1332131 А1, МПК F28C 1/00 от 22.04.1986 г.), содержащая корпус с окнами для подвода воздуха, вентилятор, каплеуловитель, водораспределитель и ороситель в виде блоков, имеющих равную высоту и равномерно расположенных по всему поперечному сечению градирни.
Недостатком градирни является неравномерное распределение потока воздуха в градирне на выходе из блоков оросителя, что снижает эффективность процессов тепло- и массообмена. В целом конструкция градирни является громоздкой и сложной.
Надежность ее эксплуатации оказывается довольно низкой особенно в зимний период из-за опасности образования льда и возможного разрушения периферийной части оросителя, что в свою очередь является следствием неравномерного распределения входящего в градирню потока холодного атмосферного воздуха [см. В.С.Пономаренко, Ю.И.Арефьев. «Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие / Под общей редакцией В.С.Пономаренко, М.: Энергоатомиздат: 1998].
Задача изобретения - увеличение эффективности процесса испарительного охлаждения оборотной воды в градирне за счет увеличения равномерности распределения потока воздуха в поперечном сечении градирни.
Указанная задача достигается тем, что вентиляторная градирня содержит корпус с окнами для подвода воздуха, вентилятор, каплеуловитель, водораспределитель и ороситель в виде блоков, имеющих равную высоту и равномерно расположенных по всему поперечному сечению градирни. Согласно изобретению блоки оросителя, расположенные по периметру периферийной зоны градирни, выполняют с живым сечением на 2-12% меньше по сравнению с живым сечением остальных блоков оросителя, расположенных в центральной части градирни.
Под термином «живое» сечение насадки (оросителя) - Ψ в соответствии с определением (М.Э.Аэров, О.М.Тодес, Д.А.Наринский. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Гидравлические и тепловые основы работы. - Л.: Химия, 1979 - 176 стр.) понимается доля сечения аппарата или насадки, пронизываемого потоком газа. В соответствии с принципом геометрического подобия Кавальери-Акера живое сечение в среднем равно порозности - доле свободного объема насадки - ε. Величина порозности ε зависит от формы насадки.
э
э
3
3
2
3
Ширина периферийной зоны градирни, в которой располагают блоки оросителя с уменьшенным живым сечением, может находиться в пределах от 20 до 50 эквивалентных диаметров канала блока оросителя d, где: d=4ε/s, где s - порозность блока оросителя, м/м, s - удельная поверхность блока оросителя, м/м.
2
На фиг.1 изображен общий вид вентиляторной секционной градирни; на фиг.2 - поперечный разрез вентиляторной градирни площадью орошения F=144 м; на фиг.3 - профиль скорости в градирне типа СК-400 с раскладкой блоков по типовому проекту и использованием настоящего изобретения.
Вентиляторная градирня состоит из корпуса 1, окон 2 для подвода воздуха, вентилятора 3, каплеуловителя 4, водораспределителя 5 и блоков оросителя 6, часть которых - 7, имеющих меньшее живое сечение, расположена в периферийной зоне градирни, а другая часть - 8, имеющих большее живое сечение, расположена в центральной части градирни. Блоки оросителя в обоих зонах выполнены, например, из винтовых элементов или гофрированных пластин.
Соотношение величины живого сечения блоков оросителя в периферийной зоне и центральной части градирни принимается на основании теоретических положений, изложенных ниже.
Блоки оросителя градирни, с точки зрения аэродинамики, представляют собой объемную регулярную структуру (решетку), создающую постоянное по всему фронту каждого блока гидравлическое сопротивление, что обусловлено равномерным живым сечением.
Опубликованные в литературе (см.: Ю.С.Недвига, К.В.Пилипенко. Натурные исследования работы разбрызгивающих форсунок с гидровентиляторами на градирне №5 ТЭЦ 22 АООТ «Мосэнерго». Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, т.236, СПб., 2000, стр.248-253) результаты изменения полей скоростей воздушного потока в оросительном пространстве реально действующей промышленной вентиляторной градирни показали значительную неравномерность скоростей потока в поперечном сечении градирни, а известно, что указанная неравномерность поля скоростей существенно снижает эффективность реальных тепло- и массообменных характеристик (см. Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие / Под общ. ред. В.С.Пономаренко. - М.: Энергоатомиздат: 1998 - 376 стр.).
Косвенно об этом также свидетельствует то обстоятельство, что опытные данные по эффективности той или иной конструкции оросителя, полученные на лабораторных стендах, как правило, значительно отличаются от результатов промышленных испытаний в реальных аэродинамических условиях (см.: Е.А.Сухов, В.И.Шишов. Гидроаэротермические исследования современных пластмассовых конструкций оросительных устройств градирен. Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, т.236, СПб., 2000, стр.214-218). Причем обычно результаты опытов в лабораторных условиях выше, чем в промышленности, что можно объяснить существенными расхождениями в полях скоростей реальной промышленной градирни и опытного стенда.
Задача программирования равномерного поля скоростей воздушного потока в оросительном пространстве вентиляторной градирни, в соответствии с изобретением, решается за счет использования блоков оросителя постоянной высоты, но различного гидравлического сопротивления, или живого сечения (либо порозности).
В соответствии с изобретением при выравнивании неравномерного исходного профиля скорости в градирне против участка поперечного сечения градирни с меньшей расчетной скоростью воздушного потока устанавливаются блоки оросителя с меньшим значением коэффициента гидравлического сопротивления, т.е. большим живым сечением (либо - большей порозностью).
pi
В соответствии с изобретением для минимизации потерь гидравлического сопротивления коэффициент ξ выбирают по формуле И.Е.Идельчика (см. И.Е.Идельчик. Аэродинамика технологических аппаратов. М.: Машиностроение, 1983 - 351 стр., с илл.):
где:
pi
- коэффициент сопротивления i-го участка потока, приведенный к скорости ω;
pi
ω - средняя скорость в i-м участке потока воздуха непосредственно на входе в блок оросителя, м/с;
oi
ω - средняя по сечению i-го участка скорость потока воздуха перед входом в блок оросителя, м/с;
i
pi
pi
2
ΔP=0,5ξ·ρ·ω  - потеря давления на i-том участке потока воздуха, Па.
Практически задача обеспечения равномерного распределения профиля скорости воздушного потока за блоками оросителя в градирне в соответствии с изобретением решается выбором из имеющихся стандартных промышленных конструкций, исходя из равенства:
,
а именно решением следующих уравнений:
Вентиляторная градирня работает следующим образом.
Охлаждаемая вода через напорную водораспределительную систему 2 равномерно подается на блоки оросителя 4, при этом все блоки имеют одинаковый тип (пленочный, капельный или пленочно-капельный) и высоту. Блоки оросителя 7, расположенные в периферийной части градирни, имеют живое сечение меньшее на 2-12% по сравнению с центральными блоками оросителя - 8, расположенными в центральной части градирни. Блоки периферийной части градирни на фиг.2 показаны штриховкой.
При величине живого сечения блоков оросителя, установленных в периферийной зоне градирни, меньше 2% по сравнению с центральными блоками оросителя, достигаемый эффект увеличения равномерности профиля скорости минимален - не более 2,5%.
При величине живого сечения блоков оросителя, установленных в периферийной зоне градирни больше 12% по сравнению с центральными блоками оросителя, негативно изменяется общее гидравлическое сопротивление градирни.
Пример.
i
max
э
э
Первоначальный профиль скорости в типовой промышленной градирне СК-400 в относительных координатах W/W=f(Y) показан на фиг.3, кривая 9. При реконструкции градирни в центральной и периферийной ее частях были установлены блоки оросителя с различным живым сечением. При этом живое сечение блоков в периферийной зоне отличалось на 8% от величины живого сечения блоков оросителя, расположенных в центральной зоне градирни. Ширина периферийной зоны составляла 50d, где d=20 мм. Полученный равномерный профиль скорости показан на фиг.3 - кривая 10.
Различное живое сечение блоков оросителя, установленных в периферийной и центральной частях градирни, обеспечивает выравнивание поля скоростей в градирне и тем самым увеличивает эффективность испарительного охлаждения оборотной воды в градирне.
2
2
Выполнение блоков оросителя в периферийной зоне градирни с живым сечением на 2-12% меньше, по сравнению с живым сечением остальных блоков оросителя, расположенных в центральной части градирни, позволяет в зависимости от типа используемого оросителя (пленочного, капельного или пленочно-капельного) обеспечить практическое выравнивание поля скоростей в промышленных градирнях площадью орошения от 64 м до 400 м и тем самым увеличить эффективность процесса испарительного охлаждения.
Выполнение ширины периферийной зоны градирни, в которой располагают блоки оросителя с уменьшенным живым сечением в пределах от 20 до 50 эквивалентных диаметров канала блока оросителя, позволяет увеличить равномерность поля скоростей в градирнях с использованием выпускаемых в промышленности блоков оросителя из полимерных винтовых элементов, решетчатых призм, а также пленочных оросителей с косыми гофрами.
Предлагаемая градирня позволяет повысить эффективность испарительного охлаждения на 7-18%.