СЕКЦИОННАЯ ЭЖЕКЦИОННАЯ ГРАДИРНЯ
SECTIONAL EJECTION COOLING TOWER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве охладителя оборотной воды на средних и крупных промышленных объектах, включая электростанции типа ТЭС, ГРЭС и АЭС, и является альтернативой вентиляторным секционным градирням.
Наиболее близкой по техническим решениям является эжекционная градирня (см. патент RU №68667, F28C 1/00, 20.12.2006) - прототип. Градирня содержит прямоугольный в плане корпус, разделенный перегородкой на равновеликие секции. В нижней части корпуса в одной из продольных сторон выполнены воздуховходные окна с козырьками направленными внутрь. Напротив расположены воздуховыходные окна, оснащенные дополнительным каплеуловителем. Основной каплеуловитель, перекрывающий 2/3 площади поперечного сечения, установлен в верхней части корпуса градирни. В проемах воздуховходных окон смонтирован водораспределительный коллектор с эжекционными форсунками, направленными в сторону воздуховыходных окон. Под корпусом градирни размещен водосборный поддон.
Данная градирня имеет следующие недостатки. Как показывают исследования, величина коэффициента эжекции очень зависит от наличия или отсутствия гидрозатвора между факелом диспергированной жидкости и твердыми стенками эжекционного канала. Отсутствие такового гидрозатвора снижает коэффициент эжекции при прочих равных условиях в 1,6-1,8 раза. В данной градирне гидрозатвор отсутствует, поскольку его нельзя обеспечить при одновременной работе большого числа форсунок в один эжекционный канал прямоугольного сечения, так как в местах стыков каждых четырех соседних факелов круглого сечения образуются звездообразные пустоты. Через эти пустоты происходит обратный ток значительного количества, ранее эжектированного воздуха из объема градирни, с выносом капельной влаги, что требует существенного повышения давления для обеспечения необходимой величины коэффициента эжекции.
Скорость движения жидкости на выходе форсунок в диапазоне рабочих давлений эжекционных охладителей колеблется в пределах 10-15 м/с. При ориентации форсунок под малым углом к горизонту поток преодолевает расстояние порядка 6-7 м. Таким образом, двигаясь с указанной скоростью, период полета капель диспергированной жидкости не превышает одной секунды. Так как процесс тепломассообмена весьма энертен, то за столь короткое время контакта фаз невозможно обеспечить эффективного охлаждения воды. Кроме того, ввиду наличия свободного пространства над факелом, часть эжектированного воздуха сразу же после наклонного козырька устремляется вверх в направление основного каплеуловителя, что еще более снижает охлаждающую способность градирни.
Аппараты такой конструкции, неизбежно, имеют значительный каплеунос, т.к. факелы диспергированной жидкости направлены в сторону воздуховыходного окна.
3
Градирня имеет очень малую плотность орошения и не может быть использована на предприятиях, в водооборотных циклах которых расход воды исчисляется тысячами кубометров в час. В этом случае при среднестатистических производительности эжекционных форсунок 4-6 м/ч и расстоянии между ними около 0,5 м габариты градирни в плане достигнут нескольких сотен метров и более.
Задачами данного изобретения являются: повышение охлаждающей способности градирни, снижение энергоемкости процесса, предотвращение обмерзания конструкций в зимний период, а также улучшение условий технического обслуживания агрегата.
Для решения этих задач предложена секционная эжекционная градирня, имеющая единый корпус, разделенный на секции перегородками криволинейной формы и сквозными воздуховодными тоннелями. Полная локализация активной зоны градирни предотвращает вынос капельной влаги и увлажнение поступающего в эжектора воздуха. Использование автономных эжекционных узлов, в каждом из которых поток диспергированной форсункой воды имеет гарантированный гидрозатвор в эжекционном канале. Кроме того, плавные формы проточной части, обеспечивающие минимальное аэродинамическое сопротивление, а также оригинальная схема движения и взаимодействия теплоносителей определяют высокую эффективность процесса охлаждения при одновременном снижении его энергоемкости. Использование завес, предотвращающих прямой забор эжекторами холодного воздуха из атмосферы, исключает обмерзание конструкций в зимний период. Наличие технологической площадки, трапов, лестниц и расположение водораспределительной системы в легкодоступных местах за пределами активной зоны градирни обеспечивают удобство технического обслуживания агрегата.
Принципиальная схема градирни представлена на фигурах 1-4. На фиг.1 - общий вид градирни. На фиг.2 - вид градирни сверху. На фиг.3 - разрез по фиг.1. На фиг.4 - разрез по фиг.2.
По схеме градирня имеет единый корпус 1 прямоугольной формы, базирующийся на опорах 2, разделенный на секции перегородками криволинейной формы 3 и сквозными воздуховодными тоннелями. В нижней части корпуса расположена рама опорная 4, на которой установлен водосборный бассейн 5. В верхней части градирни над каждой секцией устроен выхлопной канал 6. Все пространство между выхлопными каналами закрыто сплошным металлическим настилом, образующим палубу верхнюю 7. В одной из торцевых стенок канала выполнена дверь 8. Внутри выхлопного канала по его оси расположен трап внутренний 9, по обеим сторонам которого установлен каплеуловитель 10. По длинным сторонам корпуса на уровне палубы верхней градирня имеет трапы наружные 11.
Все ограждения градирни 12, включая стенки выхлопных каналов, сформированы из профильных полимерных листов в два слоя.
Ограждающими поверхностями каждого тоннеля являются сверху - водосливы 13, по бокам - ветровые перегородки 14, снизу - сплошной настил палубы нижней 15. Над входами тоннеля с обеих сторон смонтированы завесы 16 в виде рольставни.
Объем каждого воздуховодного тоннеля поделен технологической площадкой 17 на два яруса. Схема площадки представлена на фиг.3. Настил технологической площадки состоит из трех частей - по краям сплошной, в средней части решетчатый, в площади которой выполнен проем и смонтирована лестница 18.
Каждая секция имеет по два водослива с уклоном навстречу друг другу. На водосливах шахматном порядке смонтированы в водовоздушные эжекторы 19. Непосредственно под ними расположены элементы водораспределительной системы 20.
Конструкция эжекционного узла представлена на фиг.4.
В плоскостях водосливов выполнены круглые отверстия, расположенные рядами симметрично вдоль коллекторов 21 водораспределительной системы. Сверху по кромке каждого отверстия приварено водоотбойное кольцо 22, образуя воздухозаборное окно эжектора. Эжекционный канал 23, установлен концентрично с водоотбойным кольцом, а внизу образован дренажный зазор между ним и поверхностью водослива. Диаметр канала больше водоотбойного кольца. На коллекторах водораспределительной системы по осям каждого эжекционного канала смонтированы эжекционные струйно-вихревые форсунки 24, направленные вверх.
Градирня работает следующим образом.
Нагретая вода от потребителя поступает через водораспределительную систему 20 и выталкивается форсунками 24 в объем эжекционных каналов 23, где и происходит подсос необходимого количества воздуха. В летний период воздух поступает к эжекторам по всему сечению воздуховодного тоннеля. Диаметр и высота эжекционного канала, а также угол раскрытия факела форсунки подобраны так, что в зоне шириной не более 150 мм от верхней кромки канала создан надежный гидрозатвор, предотвращающий обратный ток эжектированного воздуха из объема градирни. Кроме того, наличие такого гидрозатвора снижает потребное давление в 1,6-1,8 раза до уровня 0,2-0,25 МПа. После эжекторов потоки диспергированной жидкости вместе с эжектированным воздухом движутся вверх по криволинейным траекториям. В верхней части объема секции происходит двухстороннее лобовое столкновение противоположных потоков, сопровождающееся многократным дроблением и витанием капель в процессе хаотического движения. При этом потоки как бы зависают в объеме на некоторое время. После столкновения охлаждаемая вода падает вниз в виде дождя. В то же время часть насыщенного паром воздуха, огибая плавные контуры проточной части, с минимальным аэродинамическим сопротивлением уходит в атмосферу. Другая часть воздуха, увлекаемая дождем, движется вниз. У поверхности жидкости в водосборном бассейне 5, воздух поворачивает и, распределяясь по объему, также устремляется в выхлопной канал 6 градирни, «просеиваясь» между каплями свободно падающего дождя.
Такая схема организации процесса тепломассообмена при ориентации форсунок вверх многократно - до 5 секунд и более - увеличивает время взаимодействия теплоносителей, обеспечивая полное насыщение воздуха парами, а также перенос от нагретой воды к условно холодному воздуху значительно большего количества теплоты.
Кроме того, повышению эффективности процесса охлаждения способствует герметизация активной зоны градирни двухслойными ограждениями, водосливами, ветровыми перегородками и палубами нижними, полностью предотвращающая увлажнение парами и капельной влагой сухого атмосферного воздуха, подаваемого в градирню.
Завесы 16, опущенные до уровня технологической площадки 17, перекрывают входы в верхний ярус воздуховодного тоннеля, образуя под водосливами 13 обогреваемые из объема градирни замкнутые пространства, тем самым предотвращая образование сосулек и обмерзание конструкций в зимний период. При этом воздух поступает к эжекторам 19 из объема нижнего яруса через щели решетчатого настила в средней части технологической площадки.
Конструкция градирни обеспечивает свободный доступ обслуживающего персонала практически в любую точку объема градирни. Подъем на нижнюю палубу 15 осуществляется по лестнице (на схеме не показана). Для проникновения во внутренний объем секции и чашу водосборного бассейна 5 в ветровых перегородках 14 выполнена дверь (на схеме не показана). На верхнюю палубу 7 персонал попадает по маршевой лестнице, смонтированной снаружи корпуса 1 градирни (на схеме не показана). Проход внутрь выхлопного канала 6 и перемещение в его объеме обеспечивают дверь 8 и трап внутренний 9. Для подъема на технологическую площадку в каждом воздуховодном тоннели устроена лестница 18. К элементам водораспределительной системы 20 и форсункам 24 обеспечен свободный доступ с поверхности технологической площадки даже в процессе работы градирни, так как водосливы выполняют роль кровли, защищая персонал от падающего дождя.
Технологическая схема процесса охлаждения и предлагаемая конструкция градирни позволяют получить следующие технические результаты.
В несколько раз увеличено время взаимодействия теплоносителей в режиме интенсивной турбулизации. Необходимая величина коэффициента эжекции достигнута при значительном снижении рабочего давления воды в системе. Обеспечена подача сухого воздуха в градирню в результате полной локализации ее активных зон. Плавные контуры проточной части снижают аэродинамическое сопротивление движению потоков паровоздушной смеси.
Таким образом, разработанные технические решения улучшают охлаждающую способность агрегата при одновременном снижении энергоемкости процесса.
Использование завес на входах воздуховодных тоннелей предотвращает обмерзание конструкций в зимний период.
Компоновочная схема, а также наличие лестниц, трапов и площадок обеспечивают удобный доступ персонала в любую часть градирни для осуществления технического обслуживания.