ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ
FAN COOLING TOWER

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам для охлаждения воды, и может найти применение в холодильных установках с циркуляционным контуром воды, идущей на конденсатор. Кроме того, вентиляторные градирни можно использовать как в химической, так и в нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.
Из уровня техники известна вентиляторная градирня (Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И. Градирни энергетических и промышленных предприятий: Справочное пособие. Под общей редакцией B.C. Пономаренко. М.: Энергоатомиздат, 1998, 376 с.), включающая корпус, воздуховходные окна, водораспределительную систему, ороситель, каплеотбойное устройство и электровентиляторный агрегат. Движущей силой процесса является разность влагосодержаний воздушного потока и насыщенного влагой воздуха на границе с поверхностью гравитационно-стекающей вниз пленкой охлаждаемой воды. Быстрое насыщение охлаждающего атмосферного воздуха влагой приводит к резкому замедлению процесса охлаждения оборотной воды.
К недостаткам такой конструкции градирни следует отнести невысокую интенсивность осуществления процессов тепло- и массообмена из-за быстрого насыщения влагой воздушного потока, двигающегося в противотоке с охлаждаемой водой.
Наиболее близко к предлагаемому изобретению относится техническое решение по патенту Германии (DE 19640865 С2, МПК: F28C 1/04, опубл. 17.02.2000), принятое нами за прототип, содержащее корпус с воздуховходными окнами, ороситель, выполненный из нескольких ступеней, водораспределитель, сепаратор капельной влаги и электровентиляторный агрегат.
Недостатком прототипа является поперечный поток атмосферного воздуха в градирне, т.к. он имеет более низкую охлаждающую эффективность по сравнению с противотоком. Также недостатком является наличие отдельной гидравлической системы для распределения охлаждаемой воды на каждую ступень градирни.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности тепло- и массообмена за счет увеличения равномерности распределения потока воздуха по отдельным ступеням оросителя.
Сущность изобретения состоит в том, что вентиляторная градирня содержит корпус с воздуховходными окнами, ороситель, выполненный из нескольких ступеней, водораспределитель, сепаратор капельной влаги. Отличие согласно изобретению состоит в том, что каждая ступень оросителя градирни снабжена индивидуальным воздуховходным окном. Общее число ступеней оросителя составляет, по крайней мере, три, а сами ступени оросителя размещены в корпусе градирни горизонтально и последовательно друг над другом, причем в каждом воздуховходном окне всех ступеней оросителя установлены осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты.
Кроме того, отличия состоят еще в том, что:
- осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты, установленные в каждом воздуховходном окне всех ступеней оросителя, выполнены с последовательно уменьшающейся производительностью: от максимальной -в нижней ступени оросителя до минимальной - в верхней ступени оросителя;
- осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты в воздуховходных окнах градирни могут быть установлены под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости, а сами воздуховходные окна снабжены решетками из поворотных лопаток, число которых составляет не менее 3÷4 в каждом воздуховходном окне.
Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в повышении тепло- и массообменной эффективности вентиляторной градирни за счет того, что осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты, установленные на входе в ступени оросителя, выполнены с постепенно уменьшающейся производительностью от максимальной в нижней ступени оросителя, до минимальной в верхней ступени оросителя. Это обеспечивает максимальную эффективность градирни, осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты могут быть установлены под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости, а сами воздуховходные окна снабжены решетками с поворотными лопатками, число которых составляет не менее 3÷4 в каждом воздуховходном окне.
Обоснование положительного эффекта состоит в следующем.
В предложенной заявке на изобретение имеется как минимум три воздуховходных окна и три вентиляторных агрегата, производительность которых падает от нижнего к верхнему окну, что обеспечивает:
а) минимальный унос капельной влаги;
б) уменьшение сопротивления потоку воздуха из-за снижения скорости воздушного потока: аэродинамическое сопротивление потоку газа, пропорциональное квадрату скорости, которая падает по направлению к вершине градирни.
Поскольку в классической градирне (см. описание прототипа) движущаяся сила процесса падает по высоте проточной части корпуса по экспоненциальному закону, что связано с насыщением воздуха влагой. Поэтому в верхнюю и среднюю зоны градирни вводится поток свежего холодного воздуха, который замедляет падение движущей силы, выравнивая ее.
Все вышеизложенное усиливается тем фактором, что массообменная часть процесса превышает теплообменную.
Сказанное подтверждается расчетом.
н
к
в
в
w
B
w
Весь поток воздуха проходит ороситель со скоростью 2 м/с, воздух имеет начальное влагосодержание d =7 г/кг при температуре t=18°C, далее воздух, проходя по градирне, насыщается до влагосодержания d =15 г/кг. Средняя движущая сила массопереноса будет пропорциональна разности насыщенного влагой воздуха у поверхности воды d″ и средней влажности воздуха d. Если принять d″=15 г/кг при средней температуре воды +20°C, то разность составит Δd=15-11=4 г/кг.
При трехэтапной подаче свежих потоков сухого воздуха движущая сила увеличивается:
в верхней части градирни средняя движущая сила
в средней части градирни
в нижней части градирни
В итоге, средняя разность влагосодержаний составит 7,6 г/кг, что почти в 2 раза выше среднего значения разности влагосодержаний по сравнению с классической градирней.
Предложенное изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - схема вентиляторной градирни, с установленными внутри воздуховходных окон осевыми нагнетательными электровентиляторными агрегатами, выполненной с тремя ступенями оросителя;
на фиг. 2 - схема вентиляторной градирни с наклонным расположением осевых электровентиляторных агрегатов.
Вентиляторная градирня (фиг. 1) состоит из корпуса 1, воздуховходных окон 2, размещенных под соответствующими ступенями 3, 4, 5 оросителя, осевых нагнетательных электровентиляторных агрегатов 8, установленных внутри воздуховходных окон 2 корпуса 1, водораспределительной системы 6 градирни, размещенной над верхней ступенью 3 оросителя и сепаратора капельной влаги 7, установленного над водораспределительной системой 6.
Кроме того, осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты 8 в воздуховходных окнах 2 градирни могут быть установлены под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости (фиг. 2), а сами воздуховходные окна 2 снабжены решетками из поворотных лопаток 9, число которых составляет не менее 3÷4 в каждом воздуховходном окне 2.
Предложенная вентиляторная градирня работает следующим образом. Отепленная вода через водораспределительную систему 6 подается на оросители, выполненные не менее чем из трех горизонтально расположенных ступеней: верхней 3, средней 4 и нижней 5. Стекание воды по ступеням 3, 4, 5 оросителя осуществляется в виде пленки, с которой контактирует встречный поток воздуха, подаваемый через соответствующие воздуховходные окна 2 осевыми нагнетательными электровентиляторными агрегатами 8. В результате взаимодействия воды и воздуха происходит интенсивный тепло- и  массообмен и охлаждение воды, которая собирается в нижней части корпуса 1. Отепленный воздух несет мелкие капли, которые отделяются в сепараторе капельной влаги 7.
Для обеспечения максимальной эффективности градирни производительность каждого осевого нагнетательного электровентиляторного агрегата 8 выполнена увеличивающейся: от верхнего до нижнего. Последнее обеспечивает преодоление сопротивления каждой ступени 3, 4, 5 оросителя соответствующим потоком воздуха.
Предлагаемая схема вентиляторной градирни гарантирует эффективную работу градирни в отличие от схемы прототипа, поскольку в ней реализована поперечная схема движения потоков и градирня состоит только из двух ступеней с независимыми системами водораспределения, что приводит к дополнительным гидравлическим сопротивлениям и удорожанию градирни в целом. Наклонное расположение осевых электровентиляторных агрегатов в воздуховходных окнах предлагаемой градирни под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости в совокупности с решетками из поворотных лопаток в воздуховходных окнах градирни обеспечивает увеличение равномерности распределения воздушного потока в поперечном сечении корпуса градирни и тем самым увеличивает эффективность осуществления процессов тепло- и массообмена в градирни.