БЕЗРЕАГЕНТНАЯ ИСПАРИТЕЛЬНАЯ ГРАДИРНЯ

Полезная модель предназначена для охлаждения оборотной воды и может быть использована в энергетике, химической, нефтехимической, металлургической и пищевой промышленности.
Известна вентиляторная градирня [см. патент RU 2037764, F28C 1/00, 1995], содержащая корпус с воздухозаборными окнами в верхней части, в котором установлены центральная воздухоотводящая труба, ороситель с центробежно-струйными форсунками, выходные отверстия которых направлены вверх, двухступенчатый кольцевой экран, размещенный над форсунками. Отличительной особенностью данного устройства является винтовая насадка, выполненная из тканевого материала, расположенная под оросителем.
Недостатком аналога является значительный каплеунос, обусловленный повышением скорости воздуха вследствие снижения поперечного сечения зоны взаимодействия рабочих сред из-за установленной там воздухоотводящей трубы.
Известна вентиляторная градирня с системой оборотного водоснабжения [см. патент RU 2659011, F28C 1/00, 2018], содержащая корпус, разбрызгивающее устройство, бак для сбора жидкости и вентилятор. Корпус состоит из двух частей - верхней части, включающей ороситель и каплеотделитель, между которыми расположен коллектор разбрызгивающего устройства с цельнофакельными форсунками, и нижней части, в которой расположен бак для сбора жидкости для сбора охлаждаемой воды с установленным на нем вентилятором.
Недостатком аналога является невысокая степень перераспределения жидкости по поперечному сечению градирни, приводящая к снижению эффективности процесса охлаждения воды.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является вентиляторная испарительная градирня с самораспределением жидкости [см. патент RU 193253, F28C 1/00, F28F 25/08, 2019], содержащая корпус, коллектор подвода жидкости, бак для сбора жидкости и вентилятор. Корпус включает в себя ороситель, состоящий из трубчатых элементов, сваренных между собой по торцевым поверхностям. Трубчатые элементы представляют собой гофрированные пластины, расположенные под углом 30-45° к основанию корпуса и установленные симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя. Гофры выполнены в виде округлого профиля с отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр.
Недостатком аналогов и прототипа является использование огромных объемов химических реагентов в системе оборотного водоснабжения, предназначенных для обеззараживания воды вследствие того, что в градирнях создаются благоприятные условия для развития различных бактерий и микроорганизмов.
Задачей полезной модели является разработка безреагентной испарительной градирни, в которой устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является существенное снижение объемов используемых химических реагентов за счет подачи основной части охлаждаемой воды в трубчатый радиатор, в котором теплопередача происходит через стенку радиатора без непосредственного контакта с атмосферным воздухом при сохранении высокой эффективности охлаждения оборотной воды.
Технический результат достигается тем, что в безреагентной испарительной градирне, состоящий из корпуса, коллектора подвода жидкости, бака для сбора жидкости и вентилятора, корпус включает в себя ороситель, состоящий из трубчатых элементов, сваренных между собой по торцевым поверхностям. При этом трубчатые элементы представляют собой гофрированные пластины, расположенные под углом к основанию корпуса и установленные симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя. Кроме того, гофры выполнены в виде округлого профиля с отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр. Согласно настоящей полезной модели коллектор подвода жидкости имеет два штуцера, радиатор, расположенный внутри корпуса по всей высоте оросителя в виде трубчатого змеевика, торцевые поверхности которого расположены перпендикулярно наклонным гофрированным пластинам оросителя. Кроме того, установлен насос для подачи охлаждающей жидкости.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 изображена предлагаемая безреагентная испарительная градирня;
на фиг. 2 - схема расположения блоков оросителя.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - корпус;
2 - ороситель, состоящий из наклонных гофрированных пластин;
3 - трубчатый радиатор;
4 - вентилятор;
5 - бак для сбора жидкости;
6 - насос;
7 - штуцер подвода основного потока охлаждаемой жидкости;
8 - штуцер подвода охлаждающей жидкости;
9 - штуцер отвода основного потока охлаждаемой жидкости;
10 - запорная арматура.
Безреагентная испарительная градирня содержит корпус 1 с установленным в нем оросителем 2, представляющий собой наклонные гофрированные пластины со сливными отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр, вентилятор 4, коллектор подвода жидкости, имеющий штуцер 7 для подачи основного потока охлаждаемой жидкости и штуцер 8 для подачи охлаждающей жидкости, перекачиваемой из бака 5, предназначенный для сбора жидкости, насосом 6. Отвод основного потока охлаждаемой жидкости осуществляется через штуцер 9. Внутри корпуса 1 по всей высоте блока оросителя 2 установлен трубчатый радиатор 3 в виде змеевика, предназначенный для охлаждения основного потока жидкости без непосредственного контакта с атмосферным воздухом. Запорная арматура 10 служит для регулирования величины потока охлаждаемой жидкости, поступающей из коллектора подвода.
Предлагаемая безреагентная испарительная градирня работает следующим образом.
Нагретая в технологическом оборудовании вода, поступая в коллектор подвода жидкости, разбивается на два потока таким образом, что основной поток (а) охлаждаемой жидкости попадает в трубчатый радиатор 3 через штуцер 7, не контактируя с атмосферным воздухом. Второй поток воды (b), проходя через штуцер 8, равномерно распределяется в объеме оросителя 2 и взаимодействует с потоком воздуха, охлаждаясь при этом путем частичного испарения. Этот поток жидкости выступает в качестве хладагента и подается на орошение трубчатого радиатора 3, отводя тепло охлаждаемой жидкости через стенку труб. Поток воды (b) состоит из 5-6% горячей воды, поступающей от технологического оборудования и охлажденной воды, находящейся в баке 5, которая направляется обратно в штуцер 8 с помощью насоса 6. В баке 5 поддерживается постоянный уровень жидкости за счет добавки свежей подпиточной воды, необходимой для восполнения части испарившейся жидкости. Таким образом, обеспечивается замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости.
В блоке оросителя предлагаемой градирни наблюдается интенсивный процесс тепло- и массообмена за счет следующих явлений. Охлаждающая вода, поступающая через штуцер 8, выполненный в стенке корпуса 1, распределяется по наклонной гофрированной пластине оросителя 2. Наличие гофр на поверхности тепло- и массообмена создает значительную турбулизацию движущейся жидкости при сравнительно малой скорости потока. Поток жидкости движется в углублениях гофр сверху вниз по Z-образной траектории, омывая трубчатый радиатор 3. При этом часть жидкости проваливается вниз, вдоль поверхности стенки корпуса, другая часть попадает на ниже расположенную гофрированную пластину. В это же время стекающая пленка воды контактирует с потоком восходящего воздуха, создаваемого вентилятором 4. На выступах гофрированных пластин выполнены отверстия для прохода охлаждающего воздуха. Излишки воды проваливаются в эти отверстия и, контактируя с воздухом, распределяются в объеме оросителя 2. Воздух проходит через отверстия пластины (на фиг. 2 траектория потока обозначена штриховой линией), огибает трубы 3 и разбрызгивает капли воды в разные стороны, тем самым распыляя жидкость по всему объему оросителя, включая внешнюю поверхность труб радиатора 3. Охлаждающая жидкость, частично испарившись, стекает в бак для сбора жидкости 5. Основной поток охлажденной жидкости отводится через штуцер 9.
В предлагаемой безреагентной испарительной градирне можно выделить несколько типов взаимодействия газовой и жидкой фаз, такие как контакт воздуха с водой при пленочном течении жидкости по гофрированным пластинам и радиатору; контакт с воздухом при струйном течении воды, проходящим через отверстия в пластинах; контакт атмосферного воздуха с крупными каплями жидкости при дроблении струй, а также в случае соударения жидкости о поверхность пленки на пластине. Согласно исследованиям различных авторов, распыление и соударение капель жидкости о поверхность труб позволяет увеличить коэффициенты теплоотдачи до 30 раз с поверхности труб за счет испарения орошающей жидкости.
В предлагаемой безреагентной испарительной градирне по сравнению с аналогами и прототипом основная часть охлаждаемой жидкости не контактирует с воздухом, при этом различные примеси не поглощаются из него, следовательно, развитие микроорганизмов в среде становится невозможным. Применение наклонных гофрированных пластин в качестве блока оросителя позволяет создавать равномерное распределение контактирующих фаз, и, как следствие, обеспечить высокую эффективность охлаждения воды в безреагентной испарительной градирне.
Таким образом, использование предлагаемого способа охлаждения оборотной воды за счет подачи основной части охлаждаемой жидкости в трубчатый радиатор блока оросителя с гофрированными пластинами позволяет существенно сократить использование химических реагентов в системе оборотного водоснабжения.