БАШЕННАЯ ИСПАРИТЕЛЬНАЯ ГРАДИРНЯ С ВНЕШНИМ ТЕПЛООБМЕНОМ
NATURAL DRAUGHT EVAPORATION COOLING TOWER WITH EXTERNAL HEAT EXCHANGE

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для повышения теплового КПД башенных испарительных градирен.
Башенная испарительная градирня является установкой для охлаждения теплой оборотной воды. Она содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, внутри которой осуществляется теплообмен между развитой поверхностью оборотной воды и находящимся внутри башни воздухом. Для этого внутри башни размещаются водораспределительная система и оросительное устройство. Водораспределительной системой оборотная вода разбрызгивается на мелкие капли и падает на оросительное устройство, которое, как правило, выполняется из плоских листов, по которым вода стекает пленкой вниз в подоростельное пространство и затем в водосборный бассейн. В результате контакта развитой поверхности оборотной воды с находящимся внутри вытяжной башни воздухом, она отдает тепло воздуху, который поднимается и выходит через верхний конец вытяжной башни, создавая в ней вертикальный воздушный поток, при этом в воздуховходные окна башни поступает радиально направленный поток наружного воздуха. От интенсивности и равномерности распределения поступающего внутрь башни потока наружного воздуха зависит эффективность работы градирни.
Известно устройство для регулирования интенсивности потока наружного воздуха, поступающего в вытяжную башню испарительной градирни (патент РФ №2204774, МПК E04H 5/12). Оно содержит секции горизонтальных поворотных жалюзных створок, установленных в воздуховходных окнах вытяжной башни. Количество поступающего в вытяжную башню наружного воздуха регулируется углом наклона створок по отношению к горизонту.
Недостатком башенной испарительной градирни с таким устройством является низкий тепловой КПД, обусловленный неравномерностью распределения потока наружного воздуха, поступающего через воздуховходные окна. Это объясняется тем, что поступающий поток наружного воздуха является радиально направленным горизонтальным потоком, поэтому внутри башни существуют области, в которые поток наружного воздуха не попадает. С помощью угла поворота створок можно регулировать только его интенсивность.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является башенная испарительная градирня, содержащая устройство для повышения эффективности теплообмена (патент РФ №2196947, МПК F28C 1/00). Она содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании. Внутри башни расположены водораспределительная система, оросительное устройство и водосборный бассейн. Снаружи вытяжной башни у воздуховходных окон находятся воздухонаправляющие щиты, расположенные под углом к радиусу основания башни.
Градирня работает следующим образом. Теплая оборотная вода с помощью водораспределительной системы разбрызгивается в виде мелких капель, которые падают на плоские листы оросительного устройства и стекают с них пленкой сначала в подоросительное пространство, а затем в водосборный бассейн. В результате контакта воздуха внутри башни с развитой поверхностью оборотной воды, воздух в башне нагревается, поднимаясь вверх, и выходит через верхний конец башни, создавая внутри нее вертикальный воздушный поток, при этом через воздуховходные окна башни в нее поступает наружный воздух. С помощью воздухонаправляющих щитов, расположенных у воздуховходных окон под углом к радиусу основания башни, уменьшается неравномерность распределения поступающего потока наружного воздуха внутрь башни и интенсивность теплообмена за счет придания горизонтальной скорости потока тангенциальной составляющей
Недостатком башенной испарительной градирни является низкий тепловой КПД, обусловленный неэффективностью теплообмена между развитой поверхностью оборотной воды и потоком наружного воздуха, осуществляемого внутри вытяжной башни. Это объясняется тем, что поток наружного воздуха взаимодействует с развитой поверхностью оборотной воды, создаваемой оросительным устройством, после того, как он нагреется и увлажнится в подоросительном пространстве вытяжной башни. Оборотная вода, текущая тонкой пленкой по листам оросительного устройства, при взаимодействии с потоком теплого влажного воздуха не может охлаждаться ни за счет контакта, ни за счет испарения.
Задачей изобретения является повышение теплового КПД башенной испарительной градирни за счет повышения эффективности теплообмена.
Техническим результатом является высокий тепловой КПД башенной испарительной градирни.
Технический результат достигается тем, что в башенной испарительной градирне, содержащей вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, водосборный бассейн, водораспределительную систему и оросительное устройство, а также воздухонаправляющие щиты, расположенные снаружи башни под углом к радиусу ее основания, водораспределительнная система и оросительное устройство выносятся из вытяжной башни наружу и сверху закрываются крышей, расположенной над воздуховходными окнами, а снизу создается основание с наклоном в сторону водосборного бассейна, при этом водораспределительная система выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками, на которых установлены разбрызгиватели воды, а оросительное устройство выполнено в виде воздухонаправляющих щитов, расположенных снаружи вытяжной башни под углом к радиусу основания башни.
Вынесение водораспределительной системы и оросительного устройства из вытяжной башни наружу позволяет оборотной воде, стекающей тонкой пленкой с воздухонаправляющих щитов, взаимодействовать непосредственно с наружным воздухом, поступающим в вытяжную башню, что повышает эффективность теплообмена и увеличивает тепловой КПП градирни.
Расположенные под углом к радиусу основания градирни воздухонаправляющие щиты оросительного устройства увеличивают длину пробега, а следовательно, время контакта потока наружного воздуха с развитой поверхностью оборотной воды оросительного устройства, что также увеличивает эффективность теплообмена.
Изобретение поясняется схемой башенной испарительной градирни с внешним теплообменом, представленной на фиг.1. Конструкции водораспределительной системы и оросительного устройства представлены на фиг.2 а) и б) соответственно.
Башенная испарительная градирня с внешним теплообменом содержит вытяжную башню 1, в основании которой находятся воздуховходные окна 2 и водосборный бассейн 3. Над воздуховоходными окнами 2 установлена крыша 4, под которой находится водораспределительная система, выполненная в виде кольцевой трубы 5 с партубками 6, на которых установлены разбрызгиватели воды. Под водораспределительной системой расположено оросительное устройство, в котором в качестве плоских листов используются воздухонаправляющие щиты 7, на которые падают капли из разбрызгивателей воды и по которым оборотная вода стекает пленкой. Количество водонаправляющих щитов 7 определяется задаваемой площадью развитой поверхности оборотной воды. Под воздухонаправляющими щитами 7 создается основание 8, выполненное с наклоном в сторону водосборного бассейна 3.
Башенная испарительная градирня работает следующим образом. С помощью партрубков с разбрызгивателями воды 6 оборотная вода разбрызгивается в виде мелких капель. Капли воды падают на расположенные под ними воздухонаправляющие щиты 7 и стекают по ним пленкой на основание 8 и затем в водосборный бассейн 3. От теплой воды в бассейне 3 воздух в вытяжной башне 1 нагревается, поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни 1, при этом внутрь вытяжной башни 1 через воздуховходные окна 2 начинает поступать наружный воздух. Оборотная вода, стекающая по воздухонаправляющим щитам 7, отдает тепло потоку наружному воздуху и нагревает его. При заданных размерах зоны теплообмена, расположенные под углом к радиусу основания башни воздухонаправляющие щиты 7 увеличивают путь пробега и время контакта наружного воздуха с развитой поверхностью оборотной воды. Угол расположения воздухонаправляющих щитов 7 определяется задаваемыми параметрами.
Был построен макет башенной испарительной градирни с внешним теплообменом. Проведенные эксперименты показали работоспособность и эффективность такой конструкции башенной испарительной градирни.