Башенная градирня

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к градирням систем оборотного водоснабжения электростанций и промышленных предприятий.
Известна секционная градирня, содержащая башню, размещенные в последней водораспределительные секции, снабженные индивидуальными подводящими трубопроводами и водораспределительными системами, и установленный под водораспределительными секциями ороситель, при этом в нижней части башни выполнен бассейн, в котором проложены подводящие трубопроводы (см. Авторское свидетельство СССР №283997, кл. F28C 1/00, 14.10.1970).
Недостатками такой градирни являются сложность конструкции, невысокая эксплуатационная надежность, низкая эффективность регулирования тепловой нагрузки в зимнее время.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является башенная градирня, содержащая башню с установленными в ней водораспределительной системой, подключенной к водоподводящим трубопроводам, и оросителем (см. патент на полезную модель CN №203454904, кл. F28F 25/02, 26.02.2014).
Однако в данной башенной градирне в зимнее время предусмотрена работа только с частью водораспределительной системы для предотвращения обледенения оросителя, что снижает тепломассообменные характеристики башенной градирни и снижает область ее использования.
Техническая проблема, решаемая в данной полезной модели, заключается в устранении выявленных в известных технических решениях недостатков.
Технический результат заключается в повышении тепломассообменных характеристик башенной градирни с одновременным предотвращением обледенения оросителя при работе в зимнее время.
Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что башенная градирня содержит башню с установленными в ней водораспределительной системой, подключенной к водоподводящим трубопроводам, и оросителем, при этом башня выполнена в виде усеченной пирамиды и в поперечном сечении выполнена в виде правильного многоугольника, а водораспределительная система выполнена двухярусной с верхним ярусом, расположенным над оросителем, и нижним ярусом, расположенным между оросителем и поддоном для охлажденной воды выше верхних кромок воздуховходных окон, при этом каждая секция водораспределительной системы образована трапецеидальными секциями, составленными из радиальных и подключенных к ним водораздающих трубопроводов, образующих системы многоугольных замкнутых трубопроводов в виде правильных многоугольников с установленными на водораздающих трубопроводах водоразбрызгивающими форсунками и количеством сторон многоугольников, равным количеству сторон правильного многоугольника, образованного стенками башни градирни в ее поперечном сечении, причем установленные на водораздающих трубопроводах форсунки равномерно распределены по поперечному сечению башни градирни с формированием направленных вверх объемных мелкозернистых водяных факелов, причем форсунки верхнего и нижнего ярусов водораспределительной системы автономно подключены к водоподводящим трубопроводам с образованием в каждом ярусе центральной и периферийной областей разбрызгивания охлаждаемой воды, стороны правильных многоугольников, образованных водораздающими трубопроводами верхнего яруса, параллельны стенкам башни градирни, напротив которых они расположены, образованные водораздающими трубопроводами нижнего яруса водораспределительной системы правильные многоугольники своими вершинами направлены к центру сторон стенок башни градирни, напротив которых они расположены, а форсунки, установленные на водораздающих трубопроводах нижнего яруса водораспределительной системы, направлены вертикально вверх в центральной области нижнего яруса и наклонены от вертикали к центру под углом от 30° до 40° в периферийной области нижнего яруса водораспределительной системы.
В ходе проведенного исследования была выявлена возможность одновременно повысить тепломассообменные характеристики и предотвратить или значительно снизить возможное обледенение оросителя башенной градирни при работе в зимнее время путем выполнения башенной градирни с вышеуказанной совокупностью признаков. Указанное выше выполнение башни градирни в поперечном сечении и ярусов водораздающей системы в виде правильного многоугольника позволило обеспечить равномерное распределение подачи охлаждаемой воды практически по всей поперечной площади башенной градирни, причем автономное подключение центральной и периферийной областей ярусов водораспределительной системы позволило гибко регулировать подачу воды в форсунки ярусов в зависимости от температуры охлаждаемой воды, а установка форсунок нижнего яруса под указанными выше углами и установка нижнего яруса в башне градирни как описано выше позволяет одновременно повысить турбулизацию потоков воды и предотвратить попадание воды на холодные стенки башни градирни в наиболее холодной нижней ее части, причем указанные в наклоном установленные форсунки за счет эффекта эжекции формируют вдоль стенки башни в нижней ее части поток засасываемого ими сухого воздуха из окружающей среды оттесняющего капли воды из форсунок от стенок башни и одновременно холодный воздух, поступающий в градирню в зимнее время, не попадает непосредственно без теплообмена с охлаждаемой водой на нижнюю наиболее холодную часть оросителя, что предотвращает его обледенение, а периферийная часть потока воздух, двигаясь вдоль стенок башни, постепенно нагревается, и уже не является угрозой для обледенения стенок башни и оросителя. В тоже время турбулизация потоков воды из форсунок позволяет интенсифицировать теплообмен между холодным воздухом и охлаждаемой водой с соответствующей интенсификацией теплообмена между ними. В результате достигается интенсификация теплообмена между водой и охлаждающим ее воздухом с возможностью гибкого регулирования подачи охлаждаемой воды с одновременным предотвращением обледенения башни градирни и установленного в ней оросителя при работе в зимнее время.
На фиг. 1 показан продольный разрез башенной градирни.
На фиг. 2 показан вид сверху на верхний ярус водораспределительной системы.
На фиг. 3 показан вид сверху на нижний ярус водораспределительной системы.
Башенная градирня содержит башню 1 с установленными в ней водораспределительной системой 2, подключенной к водоподводящим трубопроводам 3, и оросителем 4.
Башня 1 выполнена в виде усеченной пирамиды и в поперечном сечении выполнена в виде правильного многоугольника. Водораспределительная система 2 выполнена двухярусной с верхним ярусом 5, расположенным над оросителем 4, и нижним ярусом 6, расположенным между оросителем 4 и поддоном 7 для охлажденной воды выше верхних кромок воздуховходных окон 8.
Каждая секция водораспределительной системы 2 образована трапецеидальными секциями, составленными из радиальных 9 и подключенных к ним водораздающих 10 трубопроводов, образующих системы многоугольных замкнутых трубопроводов в виде правильных многоугольников с установленными на водораздающих трубопроводах 10 водоразбрызгивающими форсунками (не показаны на чертежах) и количеством сторон многоугольников, равным количеству сторон правильного многоугольника, образованного стенками башни 1 градирни в ее поперечном сечении.
Установленные на водораздающих трубопроводах 10 форсунки равномерно распределены по поперечному сечению башни 1 градирни с формированием направленных вверх объемных мелкозернистых водяных факелов, причем форсунки верхнего 5 и нижнего 6 ярусов водораспределительной системы 2 автономно подключены к водоподводящим трубопроводам 3 с образованием в каждом ярусе 5 и 6 центральной и периферийной областей разбрызгивания охлаждаемой воды.
Стороны правильных многоугольников, образованных водораздающими трубопроводами 10 верхнего яруса 5, параллельны стенкам башни 1 градирни, напротив которых они расположены, а образованные водораздающими трубопроводами 10 нижнего яруса 6 водораспределительной системы 2 правильные многоугольники своими вершинами направлены к центру сторон стенок башни 1 градирни, напротив которых они расположены.
Форсунки, установленные на водораздающих трубопроводах 10 нижнего яруса 6 водораспределительной системы 2, направлены вертикально вверх в центральной области нижнего яруса 6 и наклонены от вертикали к центру под углом от 30° до 40° в периферийной области нижнего яруса 6 водораспределительной системы 2.
Башенная градирня работает следующим образом.
Охлаждаемая вода по подводящим трубопроводам 3 поступает в водораспределительную систему 2 с форсунками на водораздающих трубопроводах 10 и, истекая из форсунок, разбрызгиваемая охлаждаемая вода в результате теплообмена с воздухом охлаждается, нагревая одновременно воздух, что создает в башне 1 тягу и поступление в башню 1 через воздуховходные окна 8 более холодного воздуха из окружающей башню 1 воздушной среды. Падая на расположенный под форсунками верхнего яруса 5 водораспределительной системы 2 ороситель 4, капли воды дополнительно охлаждаются и стекают по оросителю 4 и под последним стекаемая вода перемешивается с водой, поступающей из форсунок нижнего яруса 6 водораспределительной системы 2 и более холодным воздухом, поступающим из воздуховходных окон 8, что позволяет дополнительно охладить воду и одновременно подогреть холодный воздух, что в зимнее время позволяет предотвратить обледенение нижней части оросителя 4 в поддон 7, а часть холодного воздуха из воздуховходных окон 8 проходит вдоль стенок башни 1 в нижней ее части, оттесняя от стенок башни 1 капли воды и одновременно подогреваясь, поднимается вверх и подогревается от тепла оросителя 4, а затем в верхней части оросителя встречается с разбрызгиваемой форсунками верхнего яруса 5 водораспределительной системы 2. Из поддона 7 охлажденную воду подают по назначению.
Настоящая полезная модель может быть использована в системах оборотного водоснабжения электростанций и промышленных предприятий, а также в различно рода других установках, например холодильных установках, установках кондиционирования воздуха компрессорных станций и других промышленных установок, где требуется охлаждение оборотной воды.