ГРАДИРНЯ
COOLING TOWER

Предлагаемое техническое решение относится к области энергетики и предназначено для охлаждения жидкости.
В заявке Японии №4-81119, кл. F28F 27/00, представлено описание градирни, содержащей теплообменник с вентилятором.
Величину скорости движения воздушных масс внутри данной градирни и интенсивность теплообмена регулируют путем изменения положения наклона лопастей вентилятора и число оборотов его электродвигателя. Скорость регулируют в зависимости от перепада температур до и после теплообменника. Вместе с тем, путем увеличения скоростного потока объем сбрасываемого тепла ограничен, так как дальнейшее же увеличение скорости потока приводит лишь к выбросу из градирни капель воды и потери воды в системе оборотного водоснабжения.
Увеличение площади теплообмена в известной градирне затруднительно и ограничено площадью конструкции вентилятора.
Известна градирня, содержащая соединенные с входной трубой форсунки, смонтированные внутри полости открытой башни, установленной над водосборным бассейном с отводной трубой, ограждение, выполненное в виде жалюзийных деревянных щитков, закрепленных по периметру башни, и оросители, представляющие собой горизонтальные щиты, размещенные в несколько рядов ниже уровня форсунок в полости башни (см., например, "Теплоизолирующие установки промышленных предприятий", Харьков, Издательство Харьковского университета, 1985 г.).
Охлаждаемая вода в данной градирне подается по входной трубе в форсунки и разбрызгивается. Образуемые капли воды падают вниз и охлаждаются окружающим воздухом, который под напором ветра перемещается перпендикулярно к направлению движения капель воды. Наклонные жалюзи являются препятствием выносу капель воды из полости башни. Продолжая падение, вода стекает по оросителю и охлаждается воздухом. К существенному недостатку функционирования градирни следует отнести нестабильность интенсивности охлаждения по времени суток из-за изменения скорости набегающего на башню естественного воздушного потока, что ограничивает возможности применения градирни.
Известна градирня, содержащая расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания для прохождения охлаждающего воздуха, разбрызгиватель охлаждаемой воды, водоулавливающее устройство, включающее приспособление над разбрызгивателем (см. патент №656698, МКИ F28C 1/16,1986 г.).
Охлаждаемая вода в известной градирне поступает по входной трубе в разбрызгиватель и распыляется над оросителем. Опускаясь в виде пленки или капель соответственно на пленочном или капельном оросителе, вода охлаждается воздухом, двигающимся через боковые проемы в полости башни снизу вверх. Движение воздуха осуществляется естественным образом за счет разницы плотности теплого воздуха (в нижней части башни) и холодного (в верхней части башни). Насыщенный влагой нагретый воздух, поднимаясь вверх, проходит через приспособление водоулавливающего устройства, расположенное над разбрызгивателем, где происходит отделение от воздуха значительной части воды. Охлажденная вода стекает в водосборный бассейн, а нагретый воздух, содержащий мелкодисперсную и парообразную влагу, поднимается далее вверх внутри полости башни. По мере перемещения вверх воздух охлаждается, частицы влаги, достигшие размеров, достаточных для их гравитационного выпадения под действием силы тяжести, падают вниз.
Известная конструкция градирни может быть выполнена любых сколь угодно больших размеров, исходя из возможностей строительной индустрии, и решить проблему сброса больших объемов тепла.
Вместе с тем, скорость проходящего внутри башни воздушного потока определяется естественными природными условиями, ограничена и практически не регулируется. Кроме того, мелкодисперсные капли, образуемые в результате испарения охлаждаемой воды в условиях естественной эволюции, происходящей внутри башни в процессе подъема охлаждающего воздуха вверх, не успевают укрупниться в размере до размера гравитационного осаждение (-20 мкм) и выносятся за пределы градирни, что приводит к потере охлаждаемой воды в системе оборотного водоснабжения и ухудшению экологической обстановки в прилегающем районе.
Наиболее близким техническим решением является градирня, содержащая расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания, перекрытыми заземленной электропроводной сеткой, относительно которой с зазором на изоляторах с внешней от башни стороны установлены коронирующие электроды, соединенные с источником высокого напряжения, разбрызгиватель охлаждаемой воды и водоулавливающее устройство. См. патент РФ на изобретение №2326321 C1, МПК F28C 1/00, опубликованный 10.06.2008 г. Бюллетень №16. В данной конструкции движение воздушных масс осуществляется как естественным путем, так и за счет ионного ветра, формируемого коронным разрядом между коронирующими электродами и заземленной сеткой. Электрические заряды, сопутствующие процессу коронного разряда способствуют укрупнению охлаждаемых капель, их гравитационному выпадению и снижению объема выброса влаги в атмосферу.
Вместе с тем, значительная часть мелкодисперсной влаги за время движения в башне градирни не успевает дорасти до размеров, способствующих гравитационному выпадению в условиях восходящего потока, и выносится за пределы градирни, что приводит к потере охлаждаемой воды в системе оборотного водоснабжения и ухудшению экологической обстановки в прилегающем районе.
Предлагаемое изобретение направлено на сокращение выброса влаги из градирни в окружающее пространство.
В обеспечение достижения ожидаемого технического результата в градирне, содержащей расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания, коронирующие электроды, соединенные с высоковольтным источником питания, установленные на изоляторах с зазором относительно заземленной сетки, разбрызгиватель охлаждаемой воды и водоулавливающее устройство, заземленная сетка установлена в плоскости поперечного сечения открытой полой башни.
Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1 - схематическое изображение градирни в разрезе.
Градирня содержит открытую полую башню 1, расположенную над водосборным бассейном 2, разбрызгиватель охлаждаемой воды 3, смонтированный над оросителем 4, водоулавливающее устройство, включающее приспособление 5, расположенное над разбрызгивателем 3. В верхней части полости башни 1 в плоскости поперечного сечения смонтирована заземленная сетка 6. С зазором относительно заземленной сетки 6 на изоляторах 7 установлены коронирующие электроды 8, которые могут быть выполнены из проводов малого диаметра, натянутых на каркасе 9. Исходя из условий реальных значений высокого напряжения порядка 100 кВ, диаметр коронирующих проводов измеряется ориентировочно порядка 0,5-1 мм. Величина зазора определяется десятками сантиметров. Конструктивное выполнение схемы крепления коронирующих электродов не является принципиальным и может быть выполнено, исходя из общих норм проектирования, и отличаться от схемы, представленной на фиг.1. Основная задача крепления состоит, с одной стороны, в надежном обеспечении гарантированного зазора между коронирующими электродами и заземленной сеткой и, с другой стороны, обеспечении надежной электрической изоляции их от заземленной поверхности.
Источник высокого напряжения 10 может быть установлен на кронштейне 11, закрепленном на корпусе башни, и закрыт от попадания на него атмосферных осадков козырьком 12. Система регулирования значения высокого напряжения, на фиг.1 не показана, может быть выполнена в отдельном блоке управления высоковольтного источника. Питание на коронирующие электроды может подаваться от высоковольтного источника питания через высоковольтный кабель 13. Скорее всего, значение высокого напряжения, подаваемого на коронирующие электроды, будет определяться стойкостью высоковольтного кабеля.
Градирня работает следующим образом. Охлаждаемая вода по входной трубе подается в разбрызгиватель 3. Опускаясь вниз, вода в виде пленок на пленочном оросителе 4 или в виде капель на капельном оросителе 4 охлаждается потоком воздуха. Насыщенный влагой нагретый воздух, направляясь вверх, проходит через приспособление 5 водоулавливающего устройства, где отделяется часть капель воды. Охлажденная вода стекает в водосборный бассейн 2, откуда снова поступает в систему оборотного водоснабжения. Нагретый воздух, содержащий влагу в виде пара и мелкодисперсных капель, продолжает подниматься вверх внутри корпуса полой башни. В процессе движения влаги вверх за счет передачи части тепла через стенки башни атмосферному воздуху часть пересыщенной парообразной влаги конденсируется, часть мелкодисперсных капелек воды укрупнится, и те из них, которые достигнут размеров, достаточных для гравитационного выпадения, падают вниз в водосборный бассейн, захватывая на своем пути мелкие капельки.
5
6
Движение воздуха вверх обеспечивается как естественным путем, за счет разницы температур в нижней и верхней частях башни, так и за счет сил электрического ветра, формируемого коронным разрядом между заземленной сеткой 6 и коронирующими электродами 8. При подаче высокого напряжения от источника 10 на коронирующие электроды 8 между коронирующими электродами 8 и заземленной сеткой 6 возникнет электрическое поле. Как известно, см., например И.А.Рогов, B.C.Бабакин, В.А.Выгодин «Моделирование процесса движения капли конденсата влажного воздуха в электрическом поле» (__best_article_issue_10_2005.htm), при напряженности электрического поля между коронирующими электродами 8 и заземленной конструкцией 6 E=5,0·10…1,0·10 В/м, скорость электрического ветра может составлять 0,5…1,5 м/сек. Таким образом, дополнительно к естественным ветровым потокам будет добавлен ветровой поток электрического ветра, который позволит увеличить объем ветрового потока, проходящего через полость башни и увеличить объем снимаемого тепла с единицы поверхности орошаемой поверхности. Путем регулирования значения высокого напряжения, подаваемого на коронирующие электроды, можно обеспечивать величину дополнительного ветрового потока. Кроме того, система из коронирующих электродов, установленных с зазором относительно заземленной сетки, очищает проходящий воздушный поток от водных аэрозолей (капелек воды), собирая их на заземленной сетке. В воздушно-капельной смеси, проходящей через область разрядного промежутка, происходят сложные микрофизические процессы, приводящие к укрупнению капель. В экспериментах, проведенных авторами предлагаемого изобретения, в увлажненном газовом потоке выхлопных газов автомобиля коронный разряд инициировал образование капель видимого размера. См. Лапшин В.Б и др. Метод очистки газовых потоков от природных и техногенных аэрозолей, включающих субмикронные составляющие. Электронный журнал «Исследование в России», 28, 275-280, 2007. . Укрупненные электрически заряженные капли, проходя через ячейку заземленной сетки, увлекаются силами электростатического взаимодействия к поверхности ее конструкции. Собранные на заземленной сетке капли воды укрупняются и, достигнув размеров, вес которых превышает значение сил поверхностного натяжения, падают вниз. Конструктивное выполнение заземленной сетки, размеры ячеек сетки, ее конструктивные размеры выбираются исходя из величины подаваемого на коронирующие электроды высоковольтного напряжения..
Таким образом, предложенное устройство благодаря новым отличительным признакам в совокупности с известными признаками, позволяет создать в башне дополнительный ветровой поток, увеличить эффективность работы градирни, сократить объем выброса влаги из градирни в окружающее пространство и достичь цели предлагаемого изобретения.