ГРАДИРНЯ

Полезная модель относится к тепломассообменным аппаратам, а именно, к градирням с естественной тягой, предназначенным для охлаждения оборотной воды на электростанциях и промышленных предприятиях.
Кроме того, заявляемое техническое решение может быть использовано на предприятиях, имеющих выбросы вредных веществ в атмосферу, воду, грунт, что не способствует сохранению экологии и здоровью проживающих поблизости людей.
Тепловая эффективность башенных испарительных градирен с естественной тягой, применяемых для охлаждения оборотной воды конденсаторов турбин электростанций, подвержены плохо прогнозируемой и неуправляемой зависимости от внешних климатических условий, что особенно негативно сказывается на потерях в генерации энергии.
На Международной конференции «Возобновляемая и альтернативная энергетика в системах теплоснабжения» (октябрь 2013 г., г. Москва) отмечена необходимость серьезной инновационной работы по повышению эффективности охлаждающей способности теплоносителей в башенных градирнях и борьбы с потерями оборотной воды, достигающими несколько тонн воды в сутки в каждой градирне, причем оборотная вода подвергается специальной дорогостоящей обработке.
Таким образом, можно отметить, что заявляемое техническое решение является актуальным для повышения тепловой эффективности башенных испарительных градирен с естественной тягой.
Известен «Способ обработки воды» (Авт. св. СССР №1616052, МПК-5 C02F 1/48, F28C 1/00, БИ-47-90 г., ДСП), подаваемой на насадку тепломассообменного аппарата, преимущественно водо-водяного ядерного реактора, путем омагничивания потока охлаждаемой воды перед подачей ее на разбрызгивающее устройство, при этом омагничиваемый поток воды направляют по криволинейной траектории, а само омагничивание воды ведут во вращающемся магнитном поле суммарной напряженностью до 1200 Э, при достижении которой уменьшают расход на разбрызгивающие устройства не более, чем на 10% путем отбора воды с периферийной части траектории.
2
Недостатком известного способа является его специфичность, обусловленная наличием в охлаждаемой воде тяжеловодной составляющей DO.
Известен «Водоуловитель градирни» (Авт. св. СССР №1562663, МПК-5 F28F 25/04, F28C 1/00, БИ-17-90 г.), содержащий пакет пластин V-образного профиля, соединенных между собой посредством размещенных в установочных отверстиях, выполненных в вершине V-образного профиля пластин, стержней и размещенных на последних и между пластинами дистанционирующих элементов, контактирующих с боковыми поверхностями пластин, причем дистанционирующие элементы дополнительно снабжены установленными на краях эластичными участками, элементы жестко установлены на стержнях, а установочные отверстия пластин водоуловителя выполнены в виде щелей, соответствующих поперечному сечению дистанционирующих элементов без эластичных участков и размещенных перпендикулярно к ним в собранном положении.
Недостатком известного устройства является невозможность конденсации части пара, уходящего к вершине градирни в процессе охлаждения оборотной воды.
Известен «Способ осаждения пара в градирне» (Патент РФ №2339888, МПК F28C 1/00, опубл. 27.11.2008 г.), включающий размещение по окружности внутри градирни динамических громкоговорителей, создающих стоячие звуковые волны в пространстве внутри градирни и способствующие коагуляции пара, который в виде капель воды стекает вниз и остывает.
Недостатком известного способа, несмотря на его перспективность, является сложность настройки и эксплуатации оборудования, требующая высокой квалификации персонала, а также достаточно высокая зависимость эффективности способа от атмосферных условий.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату в выбранной в качестве прототипа является «Градирня» (Авт. св. СССР №1386836, МПК-4 F28C 1/00, БИ-13-88 г.), содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами, размещенные в башне водораспределитель, ороситель, слой подвижной насадки, выполненной в виде полых шаров, заполненных газом легче воздуха, с размещенной над ними сеткой, при этом насадка размещена над водораспределителем, а сетка выполнена в виде шторы и прикреплена к башне с помощью подвижного соединения для образования окон для выпуска шаров.
Недостатком прототипа является невозможность конденсации части пара на насадке, выполненной в виде полых шаров, заполненных газом легче воздуха, при этом левитирущая способность насадки в значительной степени зависит от температуры окружающего воздуха и времени ее эксплуатации.
Задачей настоящей полезной модели является разработка простой конструкции градирни с достижением технического результата - уменьшения потерь оборотной воды в процессе ее охлаждения.
Поставленная задача выполняется тем, что в «Градирне», содержащей вытяжную башню с воздуховходными окнами и бассейном, размещенные в башне водораспределитель, ороситель и сетку, укрепленную внутри башни,
сетка выполнена в виде, по меньшей мере, двух слоев, расположенных друг над другом, при этом слои сетки укреплены внутри башни и электроизолированы от ее стенок, причем устройство содержит высоковольтный блок питания, постоянное напряжение положительной полярности с которого подано на один слой сетки, а отрицательной полярности - на другой слой сетки, кроме того, слои сетки оборудованы устройством периодического импульсного встряхивания, состоящего из растяжек и электромагнитов, запитанных от блока питания,
кроме того,
- слои сетки выполнены из металла,
- слои сетки выполнены из электропроводящего полимера,
- слои сетки расположены горизонтально,
- слои сетки расположены наклонно относительно вертикальной оси градирни,
- высоковольтный блок питания слоев сеток и блок питания электромагнитов подключены к однофазной сети 220 В,
- высоковольтный блок питания слоев сеток и блок питания электромагнитов подключены к аккумуляторной батарее.
Существенными признаками заявляемого устройства, совпадающими с прототипом, являются следующие признаки:
- вытяжная башня с воздуховходными окнами и бассейном;
- размещенные в башне водораспределитель и ороситель;
- сетка, укрепленная внутри башни.
Отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого устройства являются следующие признаки:
- сетка выполнена в виде, по меньшей мере, двух слоев, расположенных друг над другом;
- слои сетки укреплены внутри башни и электроизолированы от ее стенок;
- устройство содержит высоковольтный блок питания, постоянное напряжение положительной полярности с которого подано на один слой сетки, а отрицательной полярности - на другой слой сетки;
- слои сетки оборудованы устройством периодического импульсного встряхивания, состоящего из растяжек и электромагнитов, запитанных от блока питания.
Частными отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого устройства являются следующие признаки:
- слои сетки выполнены из металла;
- слои сетки выполнены из электропроводящего полимера;
- слои сетки расположены горизонтально;
- слои сетки расположены наклонно относительно вертикальной оси градирни;
- высоковольтный блок питания слоев сеток и блок питания электромагнитов подключены к однофазной сети 220 В;
- высоковольтный блок питания слоев сеток и блок питания электромагнитов подключены к аккумуляторной батарее.
Между существенными признаками заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом - уменьшением потерь оборотной воды в процессе ее охлаждения - существует следующая причинно-следственная связь.
Действительно, наличие двух слоев сетки с различными по полярности электростатическими зарядами позволяет существенно уменьшить потери пара при охлаждении оборотной воды, т.к. проходя через нижний слой сетки молекулы пара заряжаются одним (например, отрицательным) электростатическим потенциалом, а поднимаясь вверх эти молекулы пара с отрицательным зарядом за счет сил электростатического притяжения оседают на втором слое сетки, заряженной положительным электростатическим потенциалом.
Таким образом, происходит коагуляция и осаждение пара на втором слое сетки с образованием капелек воды.
Слоев сетки может быть не два, а несколько, например, три или четыре.
В варианте с тремя слоями сетки, молекулы пара, которые прошли без заряда мимо первого слоя сетки, получают положительный заряд от второго слоя сетки и поднимаясь вверх, достигают третьего слоя сетки, заряженной отрицательным электростатическим потенциалом, к которой они притягиваются за счет сил электростатического притяжения и оседают на нем с образованием капелек жидкости.
Аналогично работает процесс электростатического осаждения молекул пара при любом количестве слоев сетки - от двух и более.
Слои сетки могут быть расположены горизонтально или наклонно относительно вертикальной оси градирни - в последнем случае улучшаются условия стекания капелек воды со слоев сетки.
Слои сетки оборудованы устройством периодического импульсного встряхивания для удаления капелек воды со слоев сетки вниз в бассейн градирни, что повышает эффективность работы электростатической коагуляции молекул воды в заявляемом устройстве, а также исключает образование наледи на слоях сетки в зимнее время, т.к. за счет скрытой теплоты конденсации капельки воды не успевают замерзнуть на элементах слоев сетки и быстро сбрасываются с них.
Высоковольтный блок питания и электромагниты устройства периодического импульсного встряхивания сеток могут быть запитаны от сети переменного напряжения, но при небольших дополнительных затратах их можно запитать от одного или двух аккумуляторов.
Использование аккумуляторных батарей позволяет существенно повысить электробезопасность эксплуатации градирни, т.к. при этом исключаются случаи поражения электрическим током персонала в случае повреждения электропроводки и аппаратуры переменного тока, находящихся под сетевым напряжением.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, содержащих информацию об аналогах заявляемого технического решения, позволяет установить, что заявителем не выявлено аналога, который характеризуется всей совокупностью признаков, идентичной всем существенным признакам заявляемой полезной модели.
Поэтому можно утверждать, что полезная модель отвечает условию охраноспособности по критерию «новизна».
Заявляемая полезная модель может быть использована в теплоэнергетике, в тепломассообменных аппаратах, а именно, в градирнях с естественной тягой, предназначенных для охлаждения оборотной воды на электростанциях и промышленных предприятиях, поэтому можно утверждать, что «Градирня» отвечает условию промышленной применимости.
Таким образом, можно сделать вывод, что заявляемая «Градирня» отвечает критериям патентоспособности полезной модели - новизне и промышленной применимости.
Полезная модель иллюстрирована чертежом.
На фиг. 1 показан разрез градирни.
Заявляемая градирня содержит вытяжную башню 1 с воздуховходными окнами 2 и бассейном 3.
В башне 1 размещены водораспределитель с оросителем 4, укрепленные внутри башни 1.
Сетка 5 выполнена в виде, по меньшей мере, двух слоев 6 и 7, расположенных друг над другом.
Слои 6 и 7 сетки 5 выполнены из металла или электропроводящего полимера и укреплены внутри башни 1 изолированно от ее стенок.
Градирня содержит высоковольтный блок питания (условно не показан), постоянное напряжение отрицательной полярности с которого подано на один слой (например, 6) сетки 5, а положительной полярности - на другой слой 7 сетки 5.
Высоковольтный блок питания (условно не показан) запитан от однофазной сети 220 В или от аккумуляторной батареи (условно не показаны).
Слои 6 и 7 сетки 5 оборудованы устройством периодического импульсного встряхивания 8, состоящего из растяжек 9 и 10 и электромагнитов 11 и 12, запитанных от однофазной сети 220 В или от аккумуляторной батареи (условно не показаны).
Слои 6 и 7 сетки 5 могут быть расположены горизонтально или наклонно (относительно вертикальной оси градирни 1).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Охлаждаемая вода по трубопроводу 13 поступает в водораспределитель с оросителем 4.
Охлаждаемая вода, поступающая под давлением в водораспределитель с оросителем 4, разбрызгивается и собирается в бассейне 3.
Через воздуховходные окна 2 внутрь башни 1 градирни снизу вверх поступает наружный воздух, образуя естественную тягу воздушного потока внутри башни 1 градирни.
В процессе разбрызгивание из охлаждаемой воды выделяется пар, который поднимается вверх башни 1 градирни и достигает первого слоя 6 сетки 5, на который подано высокое напряжение (порядка 3-10 кВ) от высоковольтного блока питания (условно не показан), запитанного от однофазной сети 220 В или от аккумуляторной батареи (условно не показаны).
Проходя через первый (нижний) слой 6 сетки 5 молекулы пара заряжаются одним (например, отрицательным) электростатическим потенциалом, а поднимаясь вверх эти молекулы пара с отрицательным зарядом за счет сил электростатического притяжения оседают на втором (верхнем) слое 7 сетки 5, заряженном положительным электростатическим потенциалом от высоковольтного блока питания (условно не показан).
Из электростатики известно, что противоположно заряженные частицы и тела притягиваются друг к другу, поэтому молекулы пара, получившие отрицательный заряд от первого (нижнего) слоя 6 сетки 5 притягиваются вторым (верхним) слоем 7 сетки 5, заряженным положительным электростатическим зарядом.
Таким образом, происходит коагуляция и оседание пара на втором (верхнем) слое 7 сетки 5 с образованием капелек воды.
Слои 6 и 7 сетки 5 оборудованы устройством периодического импульсного встряхивания 8 для удаления капелек воды со слоев 6 и 7 сетки 5 вниз в бассейн 3 градирни 1, что повышает эффективность работы электростатической коагуляции молекул воды в заявляемом устройстве, а также исключает образование наледи на слоях сетки в зимнее время, т.к. за счет скрытой теплоты конденсации капельки воды не успевают замерзнуть на элементах слоев 6 и 7 сетки 5 и быстро сбрасываются с них.
Реализация заявленного устройства в конкретной конструкции градирни с естественной тягой позволит снизить потери оборотной воды от 1,0 до 100 000 метров/кубических (тонн/сутки) (в зависимости от производственной мощности предприятия).
На основании всего вышеизложенного можно сделать вывод, что задача, поставленная в настоящей полезной модели - разработка простой конструкции градирни - решена с достижением технического результата - уменьшения потерь оборотной воды в процессе ее охлаждения.