КОМБИНИРОВАННАЯ ГРАДИРНЯ С РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
COMBINED COOLING TOWER WITH RATIONAL SYSTEM OF WATER REUSE

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменным аппаратам, и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций и промышленных предприятий, где применяются башенные и/или вентиляторные градирни.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами в нижней части, водораспределительную систему с форсунками, направленными выходными отверстиями вверх, и расположенную симметрично продольной оси вытяжной башни, водосборный бассейн, размещенный под корпусом градирни, вытяжное устройство, выполненное в виде вентилятора и расположенное над корпусом, водоуловительное устройство и каплезадерживающее устройство в виде пространственной конструкции (патент РФ N 2306513, МПК F28C 1/00, прототип).
Недостатком известного устройства, где охлаждение воды происходит с поверхности мелкофракционного капельного потока, является сравнительно малый диапазон гидравлических и тепловых нагрузок, при которых этот тип градирни эффективно охлаждает циркуляционный расход воды.
Технически достижимый результат повышение эффективности использования вторичных энергоресурсов путем увеличении величины активной области градирни без увеличения аэродинамического сопротивления.
Это достигается тем, что в комбинированной градирне, содержащей корпус, в нижней части которого расположена водосборная ванна, выполненная по форме корпуса из водосборных щитов, а над ванной установлено устройство для забора воздуха, выполненное в виде жалюзийных решеток, расположенных по периметру корпуса, при этом в верхней части корпуса градирни установлен корпус осевого вентилятора, выполненный из стеклопластика и включающий в себя конфузор, расположенный над каплеуловителем, соосно корпусу градирни, и жестко соединенный с ним, причем с конфузором соосно соединены цилиндрическая часть, внутри которой размещено с зазором рабочее колесо вентилятора, и диффузор, в котором закреплены, по крайней мере, три регулируемые растяжки для установки вентилятора со встроенным электродвигателем, при этом в средней части корпуса градирни расположена водораспределительная система с коллекторами переменного сечения и закрепленными на них форсунками, разбрызгивающими воду над оросительным устройством, фиксируемым в корпусе посредством ребер жесткости, система оборотного водоснабжения имеет раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, при этом в нижней части корпуса градирен располагают, по крайней мере, два бака для сбора воды, которые соединяют между собой компенсационной трубой, обеспечивая гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления, при этом один бак соединяют с насосом, который подает охлажденную в градирне воду потребителю, которая снова поступает через вентиль по трубопроводу во второй бак, из которого нагретую воду насосом через фильтр и вентиль подают по трубопроводу в коллектор с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни, а на участке между фильтром и вентилем устанавливают систему контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящую из манометра и вентиля, а корпус каждой из разбрызгивающих форсунок состоит из двух соосных, связанных между собой, цилиндрических втулок: втулки большего диаметра и втулки меньшего диаметра, при этом внутри втулки меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее, причем внешняя поверхность шнека представляет собой винтовую канавку, а внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой.
На фиг.1 изображена схема комбинированной градирни с рациональной системой оборотного водоснабжения, имеющей раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, на фиг.2 изображен общий вид форсунки для распыливания жидкостей.
Комбинированная градирня (фиг.1) с рациональной системой оборотного водоснабжения содержит корпус 1, в нижней части которого расположена водосборная ванна 2, выполненная по форме корпуса из водосборных щитов 3. Над ванной 2 установлено устройство для забора воздуха, выполненное в виде жалюзийных решеток 4, расположенных по периметру корпуса 1. В верхней части корпуса 1 градирни установлен корпус осевого вентилятора 14, выполненный из стеклопластика и включающий в себя конфузор 10, расположенный над каплеуловителем 9, соосно корпусу градирни, и жестко соединенный с ним. С конфузором 10 соосно соединены цилиндрическая часть 11, внутри которой размещено с зазором рабочее колесо 15 вентилятора 14, и диффузор 12, в котором закреплены, по крайней мере, три регулируемые растяжки 13 для установки вентилятора 14 со встроенным электродвигателем. В средней части корпуса 1 градирни расположена водораспределительная система 7 с коллекторами переменного сечения и закрепленными на них форсунками 8, разбрызгивающими воду над оросительным устройством 5, фиксируемым в корпусе посредством ребер жесткости 6.
Каждая из центробежных форсунок 8 (фиг.2) состоит из корпуса, состоящего из двух соосных, связанных между собой, цилиндрических втулок: втулки 33 большего диаметра и втулки 32 меньшего диаметра. Внутри втулки 32 меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек 29, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее. Внешняя поверхность шнека 29 представляет собой винтовую канавку с правой (или левой) нарезкой. При этом между внутренней поверхностью втулки 32 меньшего диаметра и внешней поверхностью шнека 29 образована винтовая внешняя полость 31 шнека 29.
Внутри шнека 29 выполнено отверстие 30 с левой (или правой) винтовой нарезкой.
При этом направление винтовой нарезки отверстия 30, выполненного внутри шнека 29, может быть противоположно направлению внешней винтовой канавки шнека.
Во втулке 33 большего диаметра, соосно ей, расположен штуцер 35, жестко закрепленный в ней, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку 34. Внутри штуцера 35 соосно выполнено цилиндрическое отверстие 36, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор 37, который соединен с цилиндрической камерой 38, образованной внутренней поверхностью втулки 32 меньшего диаметра, и торцевой поверхностью шнека 29.
Благодаря форсункам 8 происходит создание развитого капельного потока, состоящего из мелкофракционных капель. Его охлаждающая способность в области факела разбрызгивания идентична тепло- и массоотдаче в оросительном устройстве. Формирование капельного потока происходит за счет разбрызгивающих форсунок, например эвольвентного типа. Благодаря эффекту эжекции воздушный поток, выходящий из оросительного устройства, ускоряется. При достижении вертикальной скорости капельного потока нулевого значения капли устремляются вниз, где создают аэродинамическое сопротивление встречному потоку воздуха весьма малых величин. Отсюда область капельного потока оказывается нейтральной по аэродинамическим характеристикам и активной по тепло- и массообменным параметрам.
Система оборотного водоснабжения имеет раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды для градирни (возможен вариант с несколькими параллельно соединенными градирнями на чертеже не показано); она содержит два бака для сбора воды: бак 15 и бак 16 с системой подпитки 17 воды, затрачиваемой на испарение. Баки 15 и 16 (емкости) соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления.
Бак 15 соединен с насосом 20, который подает охлажденную в градирне воду потребителю 21. На участке между насосом 20 и потребителем 21 установлена система контроля гидравлического сопротивления системы, состоящая из манометра 22 и вентиля 23. После нагрева воды в потребителе 21 она снова поступает через вентиль 19 по трубопроводу 18 во второй бак 16, из которого нагретая вода насосом 24 через фильтр 25 и вентиль 28 подается по трубопроводу в водораспределительную систему 7 с форсунками 8, размещенными в верхней части оросительного устройства 5 градирни.
Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу и цикл тепломассообменного процесса повторяется. На участке между фильтром 25 и вентилем 28 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра 25, состоящая из манометра 27 и венгиля 26.
Комбинированная градирня с рациональной системой оборотного водоснабжения работает следующим образом.
Корпус вентилятора 14 обеспечивает тягу воздуха, который поступает в комбинированную градирню через жалюзийные решетки 4. Попадая в область, занятую оросительным устройством 5, воздушный поток выравнивает свое скоростное поле, и здесь происходит активный теплосъем. Далее воздух направляется через водораспределительную систему 7, снабженную разбрызгивающими форсунками 8, водоуловительное (каплеуловительное) устройство 9 и через корпус вентилятора выбрасывается в атмосферу. Через водораспределительную систему 3 осуществляется подача горячей циркуляционной воды, которая разбрызгивается форсунками 8 в поток поступающего снизу охлажденного в оросительном устройстве 5 воздуха. Здесь происходит охлаждение горячей циркуляционной воды, причем тем интенсивнее, чем больше напор воды на разбрызгивающие форсунки 8. Напор воды, охлаждаемой перед разбрызгивающей форсункой 8, находится в диапазоне 0,2÷1,0 атм. Отсюда упомянутое выше ограничение высотной отметки размещения разбрызгивающих форсунок 8 заключается в обеспечении возможно большего напора охлаждаемой воды на них, чем создается активная область мелкофракционного капельного потока, т.е. они расположены на удалении от верха оросительного устройства на расстоянии (0,1-1,0)×h, где h высота оросительного устройства.
Центробежная форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.
Жидкость подается по цилиндрическому отверстию 36 штуцера 35 в диффузор 37, а из него в камеру 38, из которой под давлением поступает одновременно по двум направлениям: во-первых, в винтовую внешнюю полость шнека 29, образуя внешний вращающийся поток жидкости, и во-вторых, в отверстие 30 с винтовой нарезкой, образуя внутренний вращающийся поток жидкости.
На выходе из форсунки встречаются два вращающихся потока жидкости, причем один поток, например внутренний, совершает вращение в сторону, противоположную внешнему потоку, идущему по шнеку 29, либо может совершать попутное (одинаковое) вращение, если направление винтовых канавок совпадает. При взаимодействии вращающихся потоков на выходе из форсунки происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет их соударения в попутных или противоположно вращающихся потоках жидкости (внешнего и внутреннего). При этом суммарный мелкодисперсный вращающийся поток на выходе может иметь направление вращения, которое определяется гидравлическим сопротивлением соответственно внешней или внутренней винтовых полостей и канавок шнека 29, а может быть стационарным, в случае противоположного направления вращения потоков, и равенства их приведенных массовых скоростей.
Шнек 29 форсунки может быть выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира.
При среднем давлении подаваемой через цилиндрическое отверстие 36 жидкости под давлением 6...9 МПа обеспечивается распыление от 400 до 1000 кг/ч жидкости. Форсунка проста в изготовлении и обслуживании.
3
2
2
Эффект охлаждения в градирне достигают за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками 8 и в виде пленки стекает в бак через сложную систему каналов оросителя навстречу потоку охлаждающего воздуха. Эффективный каплеотделитель 9 позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении 25 м/(час∙м) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирню. Производительность градирен характеризуется величиной плотности орошения - удельного расхода охлаждаемой воды, приходящегося на 1 м площади орошения. При размещении градирни внутри производственного помещения следует обеспечивать забор свежего воздуха снаружи помещения и выброс на улицу отработанного воздуха при помощи герметичных воздуховодов.