ГРАДИРНЯ
COOLING TOWER

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может найти широкое применение при модернизации действующих и проектировании новых градирен.
В известном изобретении [1] градирня содержит башню с установленными в ней последовательно сверху вниз водоуловителем, водораспределителем с разбрызгивателями и оросителем. В нижней части башни выполнены воздуховпускные (воздуховходные) окна и бассейн. В воздуховвходных окнах эксцентрично установлены на вертикальных осях с возможностью поворота под действием ветра или ручного привода заслонки. Каждая заслонка установлена с возможностью открытия от входящего потока воздуха в градирню и герметичного закрытия от выходящего из градирни потока воздуха. За счет выполнения площади заслонки неодинаковой с возможностью поворота большей по площади части заслонок внутрь башни достигается возможность автоматического под действием ветра открытия воздуховходных окон со стороны набегания ветра на башню и закрытия воздуховходных окон с подветренной стороны башни. Размещение в воздуховходных окнах поворотных заслонок позволяет использовать ветер для повышения эффективности охлаждения воды и усиления тяги в башне при исключении бокового капельного уноса воды из башни. Уносимая вверх за счет тяги мелкодисперсная водяная среда задерживается водоуловителем.
Недостаток данного изобретения заключается в том, что с помощью предлагаемых заслонок нельзя существенно увеличить эффективность охлаждения воды. Это объясняется тем, что область контакта водяных капель с воздушным потоком остается ограниченной из-за его низкой турбулентности.
В известном изобретении [2] воздуховвод (воздуховходное окно) башенной испарительной градирни с турбулизацией вихревого потока выполняется в виде ветронаправляющих щитов с шероховатой (волнистой или бугристой) поверхностью, омывающейся эжектируемым потоком наружного воздуха. Щиты располагаются в подветренных воздуховходных окнах башни градирни, по касательной к окружности, вписанной в ее основание. Они предназначены для создания в подоросительном пространстве турбулизации вихревого течения воздушных масс, заключающейся в организации течения с различной степенью турбулентности, которая обеспечивается шероховатостью поверхности, имеющей разную высоту и густоту выступов.
Градирня работает следующим образом. Поток наружного холодного воздуха, взаимодействуя с поверхностью воздухонаправляющих щитов, поступает через воздуховходные окна башни, приобретая тангенциальную составляющую скорости за счет углового расположения щитов, а также турбулизируется шероховатой поверхностью щитов.
Недостаток данного изобретения заключается в том, что выступы являются пассивным турбулизирующим элементом и одновременно препятствием, уменьшающим проходное сечение воздуховходных окон и создающим сопротивление потоку. С их помощью нельзя турбулизировать воздушный поток требуемой интенсивности, не создавая большого сопротивления. Другая причина низкой эффективности состоит в том, что потоки сильного ветра у верхнего конца башни приводят к образованию застойных зон внутри башни, в которые холодный воздух не поступает через входные отверствия, поэтому охлаждения воды в этих зонах не происходит.
Наиболее близким аналогом является градирня [3] (прототип), содержащая башню, расположенные в нижней части башни окна с однонаправленными поворотными щитами, которые образуют тангенциальные воздуховходные каналы, водоразбрызгивающую и оросительную систему. Щиты установлены с возможностью фиксации под углом 60-75° к касательной, проведенной к окружности основания башни через ось поворота щита. Создание тангенциального входа воздушного потока приводит к уменьшению расхода воздуха из-за сокращения проходного сечения воздуховходных окон. Установка щитов под углом 60-75° позволяет увеличить эффективность охлаждения воды в градирне за счет интенсивной циркуляции закрученного воздушного потока в подоросительном пространстве и оптимального расхода воздуха.
Недостатком данного изобретения является значительная стоимость изготовления щитов и сложность их монтажа в связи с необходимостью создания фундамента и других строительных элементов для установки щитов.
Задачей изобретения является повышение эффективности охлаждения воды в градирне путем создания закрутки входящего воздушного потока в подоросительном пространстве при использовании более дешевых и простых в эксплуатации воздухонаправляющих устройств.
Задача решается следующим образом.
Известная градирня содержит башню, расположенное в нижней части окно с установленными в нем щитами под углом 60-75° к касательной, проведенной к окружности основания башни, водоразбрызгивающую и оросительную системы.
Согласно предлагаемому изобретению щиты выполнены в виде трубчатых элементов, установленных с шагом не более длины трубчатого элемента и связанных между собой трубопроводом от водораспределительной системы. По нижней поверхности трубчатых элементов равномерно расположены отверстия, через которые плотным слоем распыляется вода и создается вертикальная водяная завеса. Между водяными завесами, созданными за счет распыления оборотной воды через равномерно расположенные по нижней поверхности трубчатых элементов отверстия, образуются тангенциальные воздуховходные каналы, которые способствуют образованию вихревого течения воздуха в подоросительном пространстве градирни. Закрутка входящего потока воздуха интенсифицирует тепломассообмен между воздухом и водой за счет увеличения времени контакта воздушного потока и охлаждаемой воды. Закрутка также способствует снижению уноса воды в капельной форме и возникновению поперечного градиента давлений по сечению градирни. В центре градирни создается зона разрежения. Под воздействием перепада давлений холодный воздух от периферии перемещается к центру над поверхностью водосбросного бассейна и взаимодействует с охлаждаемой водой в центральной части градирни, в то время как в обычных градирнях центральная зона слабо продувается воздушным потоком. Вода, образующая водяные завесы, попадает на наклонную поверхность, образованную по периметру градирни под углом 10-15°, по которой стекает в водосборный бассейн.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения воды в градирне за счет интенсификации тепломассообмена внутри градирни путем создания закрутки входящего воздушного потока направляющими водяными завесами, образованными более дешевыми и простыми в эксплуатации трубчатыми элементами. На фиг.1 представлена схема общего вида градирни. На фиг.2 представлена схема установки трубчатых элементов. В градирне, в том числе на уже действующих, в воздуховходном окне 1 устанавливают трубчатые элементы 2 под углом 60-75° к касательной, проведенной к окружности основания башни 3, с шагом, не более длины трубчатого элемента (фиг.2). Трубчатые элементы 2 связаны между собой трубопроводом 4 от водоразбрызгивающей системы 5 градирни. По нижней поверхности трубчатых элементов 2 равномерно расположены отверстия 6, через которые оборотная вода распыляется плотным слоем, создавая вертикальную водяную завесу 7 (фиг.1). Между водяными завесами 7, созданными за счет распыления оборотной воды через отверстия 6, образуются тангенциальные воздуховходные каналы 8, которые обеспечивают закрутку входящего в градирню воздушного потока. Закрутка входящего воздушного потока способствует интенсификации тепломассобмена между воздухом и оборотной водой в пространстве под оросителем 9 и, как следствие, повышает охлаждающую способность градирни. Оборотная вода стекает в водосборный бассейн 10 по наклонной поверхности 11, расположенной по периметру градирни под углом 10-15° к поверхности водосборного бассейна 10.
Градирня работает следующим образом.
Нагретая оборотная вода поступает в водоразбрызгивающую систему 5, где разбрызгивается в виде мелких капель внутри башни 3. Образующиеся капли в результате теплообмена с воздухом охлаждаются, нагревая одновременно воздух, что создает в башне 3 тягу и поступление в башню 3 через воздуховходное окно 1 охлаждающего воздуха из окружающей среды. Разбрызгиваемые капли падают на ороситель 9, где дополнительно охлаждаются и стекают в водосборный бассейн 10, а из него охлажденную воду подают по назначению. За счет тяги в башне 3 через воздуховходное окно 1 поступает поток наружного холодного воздуха, который, взаимодействуя с водяными завесами 7, приобретает тангенциальную составляющую скорости за счет углового (под углом 60-75°) расположения трубчатых элементов 2 с равномерно расположенными отверстиями 6 по нижней поверхности трубчатых элементов 2 (фиг.2). Водяная завеса 7 представляет собой плотный вертикальный слой воды, который образуется за счет падающей оборотной воды из равномерно расположенных отверстий 6 по нижней поверхности трубчатых элементов 2 (фиг.1). Трубчатые элементы 2 связаны между собой трубопроводом 4 (фиг.2). Между водяными завесами 7, созданными за счет распыления оборотной воды через отверстия 6, образуются тангенциальные воздуховходные каналы 8, которые обеспечивают закрутку входящего в градирню воздушного потока. Охлаждающий воздушный поток, имеющий тангенциальную составляющую скорости, проходит тангенциальные воздуховходные каналы 8 и попадает в башню 3, где взаимодействует с падающими каплями охлаждаемой оборотной воды. Таким образом, скорость воздуха внутри башни 3 имеет три составляющие - вертикальную, горизонтальную и тангенциальную. Тангенциальная составляющая скорости приводит к образованию вихревого течения воздуха в подоросительном пространстве градирни, к более глубокому проникновению воздушного потока в горизонтальном сечении, к разрушению застойных зон. Кроме того, закрутка входящего потока воздуха интенсифицирует тепломассообмен между воздухом и водой за счет увеличения времени контакта воздушного потока и охлаждаемой воды. Закрутка также способствует снижению уноса воды в капельной форме и перераспределению поперечного градиента давлений по сечению градирни. В центре башни 3 градирни создается зона разрежения. Под воздействием перепада давлений охлаждающий воздух над поверхностью водосбросного бассейна от периферии перемещается к центру, улучшая охлаждение оборотной воды в центральной части градирни, в то время как в обычных градирнях воздушный поток слабо поступает в центральную зону. Вода, образующая водяные завесы 7, попадает на наклонную поверхность 11, расположенную по периметру градирни под углом 10-15°, и стекает в водосборный бассейн 10.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения воды в градирне за счет интенсификации тепломассообмена внутри градирни путем создания закрутки входящего воздушного потока направляющими водяными завесами, образованными более дешевыми и простыми в эксплуатации трубчатыми элементами. Установка трубчатых элементов под углом 60-75° к касательной, проведенной к окружности основания башни, позволяет интенсифицировать тепломассообмен между воздухом и водой за счет создания закрутки входящего воздушного потока в подоросительном пространстве. Закрутка воздушного потока приводит к образованию вихревого течения воздуха в подоросительном пространстве градирни, к более глубокому проникновению воздушного потока в горизонтальном сечении, к разрушению застойных зон. В центре градирни создается зона разрежения. Под воздействием перепада давлений охлаждающий воздух над поверхностью водосбросного бассейна от периферии перемещается к центру, улучшая охлаждение оборотной воды в центральной части градирни.
Источники информации
1. Патент РФ 2355968, МПК F28C 1/00, 2007.
2. Патент РФ 2196947, МПК F28C 1/00, Е04Н5/12, 2001.
3. Патент РБ №1293, МПК F28C 1/00, 1996 (прототип).