Комбинированная эжекционно-башенная градирня
COMBINED EJECTION-TOWER COOLING TOWER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах охлаждения крупными потребителями оборотной воды в различных отраслях промышленности, включая объекты большой энергетики - ТЭС, ГРЭС и АЭС.
В книге B.C. Пономаренко и др. «Градирни промышленных и энергетических предприятий» - Москва, Энергоатомиздат 1998 г. (см. рисунок 2.9. стр. 47 и таблицу 2.5. стр. 48) представлено описание типовой башенной градирни, являющейся базовой конструкцией. Градирня смонтирована над заглубленным водосборным бассейном и имеет вытяжную башню, несущий опорный каркас, водораспределительную систему, водоуловитель, ороситель, воздухорегулирующее устройство. Воздух прокачивается через агрегат за счет естественной тяги, создаваемой башней - прототип.
Башенные градирни такого типа наряду с положительными характеристиками имеют и ряд недостатков. Наиболее важный из них - низкая охлаждающая способность. Это определяется двумя основными причинами.
Применяемые в современных градирнях оросители из полимерных материалов имеют очень развитую поверхность тепломассообмена. Однако, с увеличением удельной поверхности оросителя, одновременно растет и его аэродинамическое сопротивление, которое еще больше возрастает по мере обрастания его биомассой. Поскольку в летний период самотяга башен не велика в виду малых температурных напоров, то значительное сопротивление оросителя существенно снижает расход воздуха через башню.
Другая причина заключается в том, что воздуховходные окна типовых башенных градирен расположены в вертикальных плоскостях, а устье - в горизонтальной. В этой связи линии тока воздуха плавно изгибаются, образуя в центральной части градирни «мертвую зону», в которой почти нет направленного движения воздуха, а наблюдаются лишь его конвективные перемещения. Следовательно, в этой зоне нет и эффективного охлаждения. Габариты этой зоны зависят от высоты воздуховходных окон и самой башни, площади орошения и температурного напора. Ее размер может достигать 30% и более от общей площади орошения.
3
Практика эксплуатации типовых башенных градирен показывает, что указанные выше причины позволяют иметь удельный расход воздуха в среднестатистической градирне не более 600 м на один кубометр охлаждаемой воды. Таким образом, имеется дефицит воздуха в активной зоне агрегатов, в особенности, когда его относительная влажность достаточно высока. Интегральным результатом такого способа организации процесса тепломассообмена является недостаточная охлаждающая способность башенных градирен.
Еще одной особенностью башенных градирен является малая величина давлений воды в системе. В подавляющем большинстве случаев давление воды на входе градирни изменяется в пределах 0,1-0,12 МПа.
Задачей данного изобретения является: повышение охлаждающей способности башенных градирен при столь низких рабочих давлениях.
Для решения этой задачи предложена комбинированная эжекционно-башенная градирня, имеющая вытяжную башню с воздуховходными окнами, установленную над заглубленным водосборным бассейном. В периферийной части расположены ороситель и над ним водораспределительная система. В центральной части по периметру «мертвой зоны» смонтирован эжекционный блок, представляющий собой систему эжекционных узлов, расположенных наклонно в форме правильного многогранника симметрично оси башни.
Принципиальная схема градирни представлена на фигурах 1, 2 и 3. На фиг. 1 - разрез по оси башни. На фиг. 2 - поперечный разрез по фиг. 1. На фиг. 3 - разрез по фиг. 2.
По схеме градирня, имеющая вытяжную башню 1 с воздуховходными окнами, установленную над заглубленным водосборным бассейном 2. В периферийной части градирни расположены ороситель 3 и над ним водораспределительная система 4. В центральной части по периметру «мертвой зоны» смонтирован эжекционный блок в форме правильного многогранника симметрично оси градирни. Основанием блока является технологическая площадка 5, которая может располагаться на разной высоте в зависимости от величины рабочего давления воды в системе. По внутренней кромке площадки базируется коллектор общий 6, повторяющий форму площадки. Эжекционный блок имеет опорную несущую конструкцию 7, расположенную по внутреннему контуру оросителя концентрично с коллектором общим. В пределах каждого сектора эжекционного блока смонтированы эжекционные узлы, имеющие по периметру эжекционный канал 8 и систему наклонных плечевых коллекторов 9. Нижние концы этих коллекторов соединены с коллектором общим, а верхние закреплены на опорной конструкции. На плечевых коллекторах установлены ряды форсунок 10, направленных вверх с уклоном к оси градирни. Для локализации активной зоны эжекционного блока в его конструкции предусмотрены перегородки ветровые 11 и 12, отделяющие ее от периферийной части градирни. Причем, панели перегородки 11, входят в проем оросителя, а нижняя часть перегородок 12 погружена в воду. По нижней кромке перегородки ветровой 11 снаружи смонтирован водоотбойный козырек 13, защищающий обслуживающий персонал от падающего дождя. В одном из секторов градирни устраивают крытый переход, обеспечивающий свободный доступ на площадку технологическую даже во время работы агрегата.
3
Градирня работает следующим образом. Периферийная часть за пределами «мертвой зоны» работает по традиционной схеме башенной градирни. Охлаждаемая вода распределяется по поверхности оросителя и далее стекает в водосборный бассейн 2. Весь воздух, перемещаемый самотягой башни и движущийся по криволинейным траекториям, проходит через ороситель. В результате такого контакта теплоносителей происходит достаточно эффективный процесс охлаждения части оборотной воды. Другая часть воды, ранее не охлаждавшаяся в пределах «мертвой зоны», подается в эжекционный блок. В эжекционных узлах для диспергирования воды используются форсунки струйно-вихревого типа с эжектирующим факелом, конструкция которых представлена в патенте РФ на изобретение №2561107. Эти форсунки обладают повышенной эжектирующей способностью и уже при давлении 0,1 МПа обеспечивают коэффициент объемной эжекции порядка 1200. Увеличению расхода воздуха также способствует устранение аэродинамического сопротивления в пределах «мертвой зоны», в виду отсутствия в ней оросителя, что приводит к возникновению в ней некоторой дополнительной самотяги. При работе эжекционных узлов в сочетании с появившейся дополнительной самотягой удельный расход воздуха через «мертвую зону» возрастает до 1400 м и более на каждый кубометр охлаждаемой воды. Одновременно, в активной зоне эжекционного блока несколько повышается давление воздуха. Рециркуляцию отработавшего воздуха из зоны локального повышенного давления снова на всас эжекционных узлов предотвращают перегородки ветровые 11 и 12. Кроме того, схема расположения форсунок и их количество подобраны так, что факелы диспергированной воды полностью перекрывают проем каждого эжекционного узла, предотвращая обратный ток воздуха В результате работы эжекционного блока общий расход воздуха через башню увеличивается на 40-45% по сравнению башенной градирней. Воздух поступает к эжекционным узлам, просеиваясь сквозь струи дождя, падающего из объема оросителя и его относительная влажность значительно возрастает. Это несколько снижает охлаждающую способность эжекционного блока, но оно компенсируется очень большим удельным расходом воздуха. Более глубокому охлаждению воды также способствует выбранная ориентация форсунок, обеспечивающая максимальное время контакта теплоносителей. Кроме того, дополнительные объемы эжектированного воздуха до момента входа его в эжекционный блок взаимодействуют со струями воды в объеме под оросителем, до охлаждая ее. В конечном итоге, при такой схеме организации процесса тепломассообмена температура охлаждаемой воды снизится на 3-4°С по сравнению с башенной градирней при прочих равных условиях.
Таким образом, технологическая схема процесса охлаждения и конструкция комбинированной эжекционно-башенной градирни обеспечивают решение поставленной задачи. Предложенные технические решения могут быть использованы не только при проектировании и строительстве новых градирен, но и при реконструкции старых башенных градирен с целью существенного улучшения их охлаждающей способности.