ЭЖЕКЦИОННАЯ ГРАДИРНЯ

Полезная модель относится к области теплообменных аппаратов, в частности, к градирням эжекционного типа, и может найти применение для охлаждения оборотной воды в системах оборотного водоснабжения производственного оборудования промышленных предприятий.
Известно эжекционное устройство с водовоздушным теплообменником для охлаждения оборотной воды (см. патент RU 111269 на полезную модель, F28C 1/00, опубл. 10.12.2011).
Устройство содержит корпус и соединенный с ним посредством трубопровода водосборный резервуар, расположенный под корпусом. В верхней части корпуса образована воздуховыходная шахта, выполненная в виде конфузора, в котором установлен каплеуловитель. Внутри корпуса расположены вертикальный и горизонтальный эжекционные каналы, соединенные с воздуховходными окнами. При этом окно вертикального канала выполнено в верхней стенке корпуса. На входах каналов размещены форсунки, соединенные трубопроводом с теплообменником, который в свою очередь соединен с системой охлаждения производственного оборудования. Теплообменник установлен снаружи корпуса над воздуховходной шахтой.
Недостатком известной конструкции устройства является недостаточный теплосъем вследствие низкой интенсивности испарения оборотной воды внутри корпуса. Это обусловлено снижением скорости и объема подаваемого в вертикальный канал воздуха в связи с попаданием в верхнее воздуховходное окно атмосферных осадков и мусора при работе градирни.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды (патент RU 15930 на полезную модель, F28C 1/00, опубл. 20.11.2000). Устройство содержит корпус, в нижней части которого размещен водосборный резервуар со сливным патрубком. В верхней части корпуса образована воздуховыходная шахта, выполненная в виде конфузора, в которой установлен каплеуловитель и поверхностный трубчатый теплообменник. Внутри корпуса расположен вертикальный эжекционный канал, соединенный с воздуховходным окном в верхней стенке корпуса, и горизонтальный эжекционные каналы, соединенный с воздуховходным окном в боковой поверхности корпуса. Каналы имеют постоянное поперечное сечение. Во избежание смешения водовоздушных потоков обоих каналов при функционировании устройства на верхней поверхности горизонтального канала (на выходе канала) перпендикулярно ей установлена вертикальная перегородка. На входах каналов соплами внутрь каналов установлены форсунки, соединенные с коллекторным трубопроводом. Коллекторный трубопровод соединен с системой охлаждения производственного оборудования.
Известное техническое решение, выбранное в качестве прототипа, обладает относительно низким теплосъемом. Это обусловлено следующим. При функционировании устройства в воздуховходное окно, расположенное в верхней стенке корпуса, попадают атмосферные осадки и мусор (например, песчаная пыль), что приводит снижению скорости и объема подаваемого в эжекционный канал воздуха, и, как следствие, к замедлению процесса испарения оборотной воды внутри корпуса. Кроме того, в условиях наличия ветра в окно попадают водяные пары, поднимающиеся из воздуховыходной шахты, в результате чего подаваемый в канал воздух насыщается влагой, что также приводит к замедлению процесса испарения оборотной воды внутри корпуса. Замедленное испарение оборотной воды в свою очередь обусловливает снижение теплосъема устройства.
Выполнение каналов с постоянным поперечным сечением в совокупности с образованием острого угла на кромке на выходе горизонтального канала и резкого поворота верхнего канала обусловливает турбулизацию потока водовоздушной смеси внутри корпуса, возникновение застойных зон. Это приводит к снижению развития поверхности оборотной воды, что в свою очередь способствует замедлению процесса испарения оборотной воды внутри корпуса и, соответственно, снижению теплосъема устройства.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение удельного теплосъема эжекционной градирни.
Технический результат заключается в повышении интенсивности процесса испарения оборотной воды внутри корпуса градирни.
Технический результат достигается тем, что в известной эжекционной градирне, включающей корпус с воздуховходными окнами, водосборный резервуар со сливным патрубком, размещенный в нижней части корпуса, воздуховыходную шахту, расположенную в верхней части корпуса, каплеуловитель, расположенный в верхней части воздуховыходной шахты, два эжекционных канала, каждый из которых соединен с одним воздуховходным окном, при этом один из каналов расположен вертикально, второй - горизонтально, а воздуховходное окно горизонтального эжекционного канала выполнено в боковой поверхности корпуса, коллекторный трубопровод с форсунками, установленными на входах указанных каналов, при этом сопла форсунок направлены внутрь каналов, а коллекторный трубопровод соединен с системой охлаждения производственного оборудования, согласно полезной модели, воздуховходное окно вертикального эжекционного канала выполнено в боковой поверхности корпуса, эжекционные каналы выполнены с переменным поперечным сечением с расширением внутрь корпуса, при этом соединение вертикального эжекционного канала с вохдуховходным окном выполнено закругленным, верхняя грань горизонтального эжекционного канала выполнена закругленной вверх. Эффективным является выполнение каналов таким образом, что отношение площади поперечного сечения каждого из них на входе к площади поперечного сечения на выходе внутри корпуса составляет от 1,2 до 1,6; выполнение радиуса закругления соединения вертикального канала с вохдуховходным окном соответствующим высоте упомянутого воздуховходного окна. Предпочтительным является снабжение коллекторного трубопровода вентилем, снабжение воздуховходных окон и воздуховыходной шахты крышками с регулируемым положением открытия, а также использование эжекционных центробежных форсунок с тангенциальным входом и переменным сечением выходного сопла.
Выполнение воздуховходного окна вертикального эжекционного канала в боковой поверхности корпуса и в совокупности с выполнением их соединения закругленным позволяет исключить попадание атмосферных осадков, мусора и поднимающихся из воздуховыходной шахты водяных паров в канал, что приводит к повышению скорости и объема подаваемого в указанный канал воздуха, предотвращает предварительное насыщение воздуха, и, как следствие, приводит к интенсификации процесса испарения оборотной воды внутри корпуса. Особенности выполнения эжекционных каналов (переменное поперечное сечение, соединение с воздуховходными окнами и закругленная верхняя грань горизонтального канала) обеспечивают плавное равномерное движение потока водовоздушной смеси по каналам с последующим развитием поверхности оборотной воды на выходе каналов и, как следствие, интенсификации процесса испарения оборотной воды внутри корпуса градирни. Таким образом, заявляемое техническое решение всей совокупностью существенных признаков позволяет повысить уровень теплосъема оборотной воды производственного оборудования.
Авторами экспериментально установлено, что выполнение эжекционных каналов с соотношением площади поперечного сечения каждого из эжекционных каналов на входе к площади поперечного сечения на выходе внутри корпуса от 1,2 до 1,6 при работе градирни в различных условиях (в различных погодных условиях, при охлаждении различной по химическому составу оборотной воды) является оптимальным для развития необходимой площади поверхности оборотной воды, что обуславливает интенсивное испарение оборотной воды внутри корпуса. При эксплуатации градирни, площади поперечного сечения каналов которой находились ниже и выше заявленного диапазона, отмечалось значительное отклонение от требуемых показателей (уменьшалась глубина охлаждения - степень приближения температуры охлажденной воды к температуре смоченного термометра). Так, например, при эксплуатации эжекционной градирни в различных условиях (температура поступающей нагретой воды, температура окружающей среды, погодные условия и проч.) максимальная глубина охлаждения оборотной воды составляла от 2°С до 4°С. Выполнение каналов с указанным соотношением площадей поперечного сечения каналов в совокупности с выполнением радиуса закругления соединения вертикального канала с вохдуховходным окном соответствующим высоте упомянутого воздуховходного окна, снабжением воздуховыходной шахты и воздуховходных окон крышками с регулируемым положением открытия, а также использованием эжекционных центробежных форсунок с тангенциальным входом и переменным сечением выходного сопла это дополнительно способствует интенсификации процесса испарения оборотной воды внутри корпуса и, соответственно, повышению удельного теплосъема эжекционной градирни.
В частных случаях использования градирни снабжение воздуховыходной шахты крышкой с регулируемым положением открытия позволяет исключить унос поднимающихся из воздуховыходной шахты водяных паров, что способствует исключению их попадания в эжекционные каналы, повышает интенсивность процесса испарения оборотной воды внутри корпуса градирни, и, соответственно, дополнительно увеличивает удельный теплосъем эжекционной градирни.
В частных случаях использования градирни (например, при работе производственного оборудования в сокращенной мощности) снабжение коллекторного трубопровода вентилем позволяет регулировать гидравлическую нагрузку на градирню, меняя рабочую характеристику эжекционных форсунок, регулируя удельный теплосъем эжекционной градирни.
В частных случаях использования градирни (например, при изменении параметров атмосферного воздуха (зимний период) и погодных условий (порывистый ветер, в том числе с пылью, сильный дождь) снабжение воздуховходных окон крышками с регулируемым положением открытия также способствует исключению попадания атмосферных осадков, мусора и поднимающихся из воздуховыходной шахты водяных паров в каналы, интенсификации процесса испарения оборотной воды внутри корпуса, и, следовательно, дополнительно увеличивает удельный теплосъем эжекционной градирни.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид модульной эжекционной градирни, вид спереди, на фиг. 2 - сечение градирни, вид А-А (работающая градирня), на фиг. 3 - сечение градирни, вид А-А (неработающая градирня).
Эжекционная градирня содержит корпус 1. В нижней части корпуса 1 размещен водосборный резервуар 2 со сливным патрубком 3, который соединен трубопроводом (на фиг. не показан) с системой охлаждения производственного оборудования. В верхней части корпуса 1 выполнена воздуховыходная шахта 4, снабженная крышкой 5 с регулируемым положением открытия. Положения крышки 5 соответствуют:
- полному ее открытию (крышка 5 откинута на верхнюю поверхность корпуса, при проведении монтажных работ, а также для достижения максимальных скоростей работы градирни);
- частичному открытию (фиг. 1, в зависимости от погодных условий и режима работы градирни положение крышки 5 соответствует 30-160 градусов).
- полному ее закрытию (фиг. 3, крышка 5 полностью закрывает отверстие воздуховыходной шахты 4, остановка градини).
В верхней части воздуховыходной шахты 4 установлен каплеуловитель 6 (фиг. 2, 3). Внутри корпуса 1 расположены вертикальный эжекционный канал 7 и горизонтальный эжекционный канал 8, выполненные с переменным поперечным сечением с расширением внутрь корпуса 1. Размеры поперечного сечения каналов 7, 8 выполнены таким образом, что отношение площади сечения на входе канала к площади сечения на выходе внутри корпуса составляет от 1,2 до 1,6. Эжекционные каналы 7, 8 соединены с воздуховходными окнами 9 и 10 соответственно, выполненными в одной поверхности корпуса 1. Указанные окна 9, 10 могут быть дополнительно снабжены крышками 11, 12 с регулируемым положением открытия (аналогично крышке воздуховыходной шахты 4). При этом соединение 13 вертикального эжекционного канала 7 с вохдуховходным окном 9 выполнено закругленным, а радиус закругления соответствует высоте его воздуховходного окна 9. Верхняя грань 14 горизонтального эжекционного канала 8 выполнена закругленной вверх, например, формированием срезанного угла (фиг. 2, 3).
На входах каналов 7, 8 установлены форсунки 15, сопла которых направлены внутрь каналов 7, 8. Форсунки 15 могут быть выполнены центробежными с тангенциальным входом и переменным сечением выходного сопла. Форсунки 15 соединены посредством коллекторного трубопровода 16 с системой охлаждения производственного оборудования (на фиг. не показана). Трубопровод 16 может быть дополнительно снабжен вентилем (на виг. не показан) для регулировки гидравлической нагрузки на градирню, изменения рабочих характеристик форсунок 15, и регулировки теплосъема градирни.
Эжекционная градирня работает следующим образом. Для начала работы эжекционной градирни крышка 5 воздуховыходной шахты 4 устанавливается в открытом положении, например, 100 градусов (в зависимости от погодных условий и режима работы градирни), крышки 11, 12 воздховходных окон 9, 10 устанавливаются в открытом положении. Нагретая оборотная вода от производственного оборудования под давлением (посредством насосов, на фиг. не показаны) подается по коллекторному трубопроводу 16 на форсунки 15 вертикального эжекционного каната 7 и горизонтального эжекционного канала 8. Через форсунки 15 вода распыляется в каналы 7, 8, в которых возникает гидрозатвор, появляется область разряжения на входе каналов 7, 8 и происходит эжектирование (засасывание) атмосферного воздуха внутрь каналов 7, 8. Нагретые и насыщенные распыляемой форсунками 15 влагой потоки воздуха проходят по каналам 7, 8, на выходах каждого из которых (в расширенных частях каналов) достигается максимальное развитие площади поверхности оборотной воды (максимальная площадь поверхности контакта вода-воздух). По пути движения потоков по каналам 7, 8 оборотная вода испаряется. Далее водовоздушные потоки с высокоразвитой поверхностью выходят в воздуховыходную шахту 4, в которой продолжается испарение оборотной воды. При этом благодаря выполнению верхней грани 14 горизонтального эжекционного канала 8 закругленной вверх полностью исключается возникновение застойных зон в каналах и снижена турбулизация потоков при сохранении развитости поверхности оборотной воды. Основная масса воды водовоздушных потоков собирается в водосборном резервуаре 2 и выводится через сливной патрубок 3 обратно в систему охлаждения производственного оборудования. Остальные капли воды, подхваченные воздушным потоком, проходят через каплеуловитель 6, на котором оседают и затем падают вниз в водосборный резервуар 2, откуда выводится через сливной патрубок 3 обратно в систему охлаждения производственного оборудования. Насыщенные испарившейся влагой потоки воздуха, выходят из воздуховыходной шахты 4 в окружающую среду. Посредством изменения положения открытия крышек 11, 12 воздуховходных окон 9, 10 возможно регулирование объема подаваемого в каналы 7, 8 воздуха, а посредством изменения положения открытия крышки 5 воздуховыходной шахты 4 возможно регулирование объема выходящего воздуха и направления выхода водяного пара.
Заявляемая эжекционная градирня иллюстрируется представленными ниже примерами. Проводилось измерение количества снимаемого тепла с оборотной воды металлургического оборудования. Температура оборотной воды на входе и выходе из градирни измерялась электронными датчиками ОВЕН ДТС в комплекте с измерителем двухканальным ОВЕН 2ТРМ0.
Пример 1
Соотношение площадей вертикального эжекционного канала градирни составляло 1,3, горизонтального эжекционного канала - 1,4 (размеры сечений вертикального эжекционного канала 50,5 см * 230 см и 66 см * 230 см, размеры сечений горизонтального эжекционного канала 50,5 см * 230 см и 71 см * 230 см. Крышка воздуховыходной шахты частично открыта (60 градусов), крышки воздуховходных окон полностью открыты. В результате испытаний установлено: температура нагретой воды составляла +40°С, температура охлажденной воды +22°С, температура атмосферного воздуха по смоченному термометру +18°С.
Пример 2
Соотношение площадей вертикального эжекционного канала градирни составляло 1,5, горизонтального эжекционного канала - 1,6 (размеры сечений вертикального эжекционного канала 50,5 см * 230 см и 76 см * 230 см, размеры сечений горизонтального эжекционного канала 50,5 см * 230 см и 81 см * 230 см. Крышка воздуховыходной шахты полностью открыта, крышки воздуховходных окон полностью открыты. В результате испытаний установлено: температура нагретой воды составляла +45°С, температура охлажденной воды +21°С, температура атмосферного воздуха по смоченному термометру +18,3°С.
Пример 3
Соотношение площадей вертикального эжекционного канала градирни составляло 1,3, горизонтального эжекционного канала - 1,2 (размеры сечений вертикального эжекционного канала 50,5 см * 230 см и 66 см * 230 см, размеры сечений горизонтального эжекционного канала 50,5 см * 230 см и 61 см * 230 см. Крышка воздуховыходной шахты частично открыта (50 градусов), крышки воздуховходных окон полностью открыты. В результате испытаний установлено: температура нагретой воды составляла +40°С, температура охлажденной воды +27°С, температура атмосферного воздуха по смоченному термометру +16°С. Далее крышку воздуховыходной шахты открыли полностью. При этом температура охлажденной воды опустилась до 22°С.
Таким образом, заявленные конструктивные особенности эжекционной градирни в различных условиях эксплуатации обеспечивают требуемые показатели теплосъема за счет повышения интенсивности процесса испарения оборотной воды внутри корпуса градирни.