Оголовок для вентиляторной градирни
HEADER FOR A FAN COOLING TOWER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использована при воздушном охлаждении оборотной воды в градирнях ТЭЦ, АЭС и промышленных предприятий.
Известна градирня, содержащая башню в виде усеченной пирамиды или гиперболоида вращения, устье которой заканчивается верхним кольцом жесткости, причем по всему периметру устья башни на плоскости верхнего кольца жесткости установлено ветронаправляющее секционное устройство таким образом, чтобы образовывалось сплошная поверхность (ограждение), состоящая из расположенных одна над другой рассекающих и направляющих атмосферный воздух пластин-створок, расположенных по высоте друг над другом на расстоянии между их осевыми линиями 150-1000 мм на высоту 1,0-5,0 м от верхнего кольца жесткости, при этом угол положения плоскостей пластин-створок к горизонту составляет 0-80°, что позволяет снизить аэродинамическое сопротивление и повысить охлаждающую эффективность башенной градирни  [Патент РФ №2554370, МПК Е04 Н5/12, 2015].
Основным недостатком известной градирни является повышенный унос капель охлаждаемой воды и водяного пара, обусловленный восходящими потоками воздуха, поступающего из щелей между пластинами–створками, что снижает ее экономическую и экологическую эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является летний оголовок для градирни, содержащий сплошное вертикальное ограждение высотой Н, прикрепленное к вертикальным стойкам, расположенным по периметру устья градирни, прикрепленным нижними торцами  к верхнему кольцу жесткости устья и соединенным между собой на высоте h опорным уголком, на который уложен водопароуловитель, собранный из секций, каждая из которых состоит из наклоненных в сторону ограждения под углом α, несколько большим угла естественного откоса воды, лотков, в которые опущены, не касаясь их днища и стенок, водопароулавливающие пластины, выполненные из гидрофильного материала или покрытые им, перфорированные коническими отверстиями, причем конические отверстия пластин обращены большими отверстиями вниз, сами пластины  по своей длине наклонены в сторону ограждения под углом α, а по высоте наклонены под углом равным 45°, направленным в сторону вращения лопаточного колеса вентилятора [Патент РФ №2261, МПК F28 F25/ 06, F28 С1/00, 2017].
Основным недостатком конструкции известной градирни является сложность ее конструкции, невозможность повышения ее охлаждающей способности при значительном повышении температуры наружного воздуха и высокое аэродинамическое сопротивление, что уменьшает ее эффективность.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретения, является повышение эффективности оголовка для вентиляторной градирни.
1
2
Технический результат достигается оголовком для вентиляторной градирни, содержащим сплошное вертикальное ограждение высотой Н, прикрепленное снизу к верхним внутренним кромкам отбойных направляющих вертикальных пластин высотой Н водопароуловителя, выполненных или покрытых гидрофильным материалом, верхние наружные кромки которых соединены с верхним опорным кольцом, нижние кромки вышеупомянутых пластин выполнены под углом α, несколько большим угла естественного откоса воды, направленным наружу и снабжены сливными лотками, не доходящими до наружной боковой кромки пластины на величину Δ, образуя сливной зазор, кроме того нижние внутренние и наружные кромки вертикальных пластин соединены с нижними опорными кольцами, а их наружные боковые кромки прикреплены к кромкам устья градирни, в котором размещен вентилятор, причем все вертикальные пластины выполнены с горизонтальным углом наклона относительной касательной нижней кромки цилиндрического ограждения равным β, направленным в противоположную сторону вращения лопастей вентилятора.
Предлагаемый оголовок для вентиляторной градирни (ОВГ) изображен на фиг. 1–5 (фиг. 1, 2 – общий вид и вид сверху, фиг 3,4 – узел секции водопароуловителя, фиг. 5 – узел стыковки водопароуловителя с вертикальным цилиндрическим ограждением.
1
2
ОВГ содержит сплошное вертикальное цилиндрическое ограждение 1 высотой Н, прикрепленное снизу к верхним внутренним кромкам отбойных направляющих вертикальных пластин 2 высотой Н водопароуловителя 3, выполненных или покрытых гидрофильным материалом, верхние наружные кромки которых соединены с верхним опорным кольцом 4, нижние кромки вышеупомянутых пластин 2 выполнены под углом α, несколько большим угла естественного откоса воды, направленным наружу и снабжены сливными лотками 5, не доходящими до наружной боковой кромки пластины 2 на величину Δ, образуя сливной зазор 6, кроме того нижние внутренние и наружные кромки пластин 2 соединены с нижними опорными кольцами 7 и 8, а их наружные боковые кромки прикреплены к кромкам устья градирни 9, в котором размещен вентилятор 10 (узлы крепления и соединения на фиг. 1–5 не показаны), причем все пластины 3 выполнены с горизонтальным углом наклона относительной касательной нижней кромки цилиндрического ограждения 1 β, направленным в противоположную сторону вращения лопастей вентилятора 10.
1
В основе повышения эффективности работы предлагаемого оголовка для вентиляторной градирни лежат следующие факторы: снижение давления в сплошном цилиндрическом ограждении оголовка высотой Н за счет выброса части водопаровой смеси через живое сечение водопароуловителя в атмосферу, которое обеспечивает поступление в полость цилиндрического ограждения сверху более тяжелого наружного воздуха, который смешивается с парогазовой смесью над вентилятором, снижает ее температуру, увеличивая тем самым скорость конденсации водяных паров; сродство гидрофильных поверхностей вертикальных пластин водопароуловителя к воде, за счет которого вода быстро и полностью покрывает их [Е.Д. Щукин и др. Коллоидная химия. М; 2004, 445 с.]; эффект снижения температуры воды при образовании ею свободной поверхности, в результате снижения ее внутренней энергии, израсходованной на адсорбцию на поверхности какого–либо тела [Э. А.Мелвин–Хьюз. Физическая химия, кн. II. М; 1962, 1150 с.]. Суммарное воздействие вышеприведенных факторов обеспечивает значительное уменьшение уноса водяных паров в атмосферу и снижение температуры оборотной воды.
Предлагаемый ОВГ используют, если градирня при повышении температуры наружного воздуха не обеспечивает охлаждения оборотной воды до требуемой температуры и происходят ее большие потери за счет высокого уноса в атмосферу, в результате чего, в конечном счете, уменьшается эффективность работы паровых турбин.
1
2
При этом, высоту Н цилиндрического ограждения 1, его диаметр, высоту Н и ширину вертикальных пластин 2 водопароуловителя 3, их количество и угол β находят расчетным путем, исходя из напора, создаваемого вентилятором 10, количества выбрасываемой парогазовой смеси через живое сечение водопароуловителя 3 в атмосферу, разряжения, создаваемого при этом в полости цилиндрического ограждения 1 и количества наружного воздуха, поступающего за счет него. Ширину сливных лотков 5 и величину зазоров 6 Δ также находят расчетным путем, исходя из количества образующегося конденсата. Кроме того, при расчете ОВГ следует учитывать максимальное ветровое давлением в данном регионе, от которого также зависит число вертикальных пластин 2. Материал ограждения 1 и водопароуловителя 3 выбирают, исходя из условий прочности, коррозионностойкости, удобства монтажа и демонтажа (например, материал пластин 2 – стеклопластик выбирают, исходя из его гидрофильных свойств, прочности и коррозионностойкости).
Оборудование градирни предлагаемой ОВГ производят следующим образом. Предварительно производят сборку ОВГ для чего нижние внутренние и наружные кромки вертикальных пластин 2 водопароуловителя 3 соединяют с нижними опорными кольцами 7 и 8, а верхние наружные кромки пластин 2 крепят к верхнему опорному кольцу жесткости 4, после чего к верхним внутренним кромкам пластин 2 прикрепляют нижние кромки цилиндрического ограждения 1 (на фиг. 1–5 узлы крепления не показаны). Далее, собранный ОВГ крепят к кромке устья корпуса градирни 9.
Предлагаемый ОВГ работает следующим образом. Воздушный поток, в котором находятся, в основном мелкие капли воды (крупные капли уловлены в водоуловителе градирни, расположенном ниже вентилятора 9) и водяной пар, поднимается в полость выше вентилятора 9, где смешивается с наружным воздухом, поступающим сверху по цилиндрическому ограждению 1, в результате чего происходит снижение его температуры и дополнительная конденсация водяного пара. Полученная водопаровая смесь за счет центробежной силы, создаваемой вращающимися лопастями вентилятора 9, поступает в живое сечение водопароуловиле 3, ударяется о гидрофильную поверхность вертикальных пластин 10, которая сорбирует эти мелкие капли. Эти капли, растекаясь по поверхности пластин 10 образуют свободную поверхность, в результате чего снижается внутренняя энергия воды, израсходованная ее на адсорбцию и, соответственно, ее температура. Далее, капли под действием силы тяжести стекают по стенкам пластин 2 в сливные лотки 5, где формируются в поток, который под действием силы тяжести стекает через сливные зазоры 6 на периферию устья градирни 9. и отдельными струями из каждого лотка 5 у стенок устья под действием силы тяжести, стекает в башню градирни 9, не попадая на лопасти колеса вентилятора 10. Несконденсировавшаяся часть паровоздушной смеси через живое сечение водопароуловителя 3 выбрасывается в атмосферу. При этом, в результате снижения температуры водопаровоздушной смеси над вентилятором 10 за счет смешения с наружным воздухом, поступающим из полости цилиндрического ограждения 1, происходит существенное уменьшение уноса оборотной воды в атмосферу и уменьшение ее температуры.
Таким образом, предлагаемый оголовок для вентиляторной градирни позволяет в периоды максимальной нагрузки за счет использования конструкции водопароуловителя 3, улавливающего капли воды и частицы водяного пара, наличия цилиндрического ограждения 1, уменьшить унос воды в окружающую атмосферу и снизить температуру охлаждаемой оборотной воды без увеличения  нагрузки на вентилятор, что повышает  экономическую и экологическую эффективность работы градирни.