Градирня с поверхностным охлаждением

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при воздушном охлаждении оборотной воды ТЭЦ, АЭС и промышленных предприятий.

Известна градирня, содержащая башню с установленными в ней последовательно сверху вниз водоуловителем, водораспределителем с разбрызгивателями и оросителем, при этом в башне, в нижней ее части, выполнены воздуховпускные окна и бассейн, в которых установлены на вертикальных осях с возможностью поворота под действием ветра или ручного привода заслонки [Патент РФ №2355968, МПК F28 С1/00, 2009].

Недостатками известной градирни являются сложная конструкция башни и свойства поверхности элементов водораспределителя и оросителя, не способствующие развитию на них свободной поверхности воды, что снижает ее эффективность.

Более близкой к предлагаемому изобретению является градирня, содержащая прямоугольный в поперечном сечении корпус с воздуховпускными окнами в его нижней части, установленный на водосборном бассейне, при этом в корпусе последовательно, сверху вниз расположены водоуловитель, водораспределительный коллектор с водоразбрызгивающими соплами и выполненный в виде нескольких идентичных блоков ороситель, собранный из вертикальных гофрированных листов, изготовленных из полимерного материала, а сверху на корпусе установлен вентилятор, содержащий диффузор в виде конфузорно-диффузорной обечайки и установленного в ней лопаточного колеса, вал которого соединен с приводом вращения. Повышение эффективности работы вентиляторной градирни достигается за счет снижения аэродинамического сопротивления проточной части диффузора вентилятора градирни и более равномерного распределения подачи воды по поперечному сечению корпуса [Патент РФ №2330228, М.кл F28F 25/06, М.кл F28C 1/00, 2008].

Основным недостатком известной градирни является необходимость вентилятора для подачи воздуха на охлаждение, недостаточная площадь поверхностного охлаждения и свойства поверхности гофрированных листов, не способствующие развитию на них свободной поверхности, снижает ее надежность и эффективность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности градирни с поверхностным охлаждением.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая градирня с поверхностным охлаждением содержит прямоугольный в поперечном сечении корпус с пирамидальной горловиной в верхней кромке и воздуховпускными окнами в его нижней части, установленный на водосборном бассейне, в котором помещены последовательно, сверху вниз водоуловитель, водораспределительный коллектор с водоразбрызгивающими соплами, ороситель-охладитель, выполненный в виде нескольких идентичных блоков, собранных из цилиндрических колец, выполненных из гидрофильного материала или покрытых им и уложенных рядами в шахматном порядке вплотную друг к другу на опорную решетку или уложенных навалом, над водной поверхностью бассейна установлен блок поверхностного охлаждения, конструкция которого аналогична конструкции блоков оросителя-охладителя, кромка которого находится на одном уровне с нижними кромками воздуховпускных окон, причем диаметры D_по колец блока поверхностного охлаждения меньше, чем диаметры D_ор колец блоков оросителя-охладителя, но больше, чем минимальный диаметр D_по^min колец блока поверхностного охлаждения при их захлебывании (т.е. вариант, когда все живое сечение блока заполнено водой при максимальной нагрузке градирни).

Предлагаемая градирня с поверхностным охлаждением изображена на фиг. 1-5 (на фиг. 1, 2 - общий вид и разрез, на фиг. 3-5 - узлы блоков оросителя-охладителя и поверхностного охлаждения и их деталировка).

Градирня с поверхностным охлаждением содержит прямоугольный в поперечном сечении корпус 1 с пирамидальной горловиной 2 в верхней кромке и воздуховпускными окнами 3 в его нижней части, установленный на водосборном бассейне 4, в котором помещены последовательно, сверху вниз водоуловитель 5, водораспределительный коллектор 6 с водоразбрызгивающими соплами 7, ороситель-охладитель 8, выполненный в виде нескольких идентичных блоков 9, собранных из цилиндрических колец 10, выполненных из гидрофильного материала 11 или покрытых им и уложенных рядами в шахматном порядке вплотную друг к другу на опорную решетку 12 (вариант - цилиндрические кольца 10 в блоках 9 оросителя-охладителя 8 уложены навалом), над водной поверхностью бассейна 4 установлен блок поверхностного охлаждения 13, также собранный из цилиндрических колец 14, уложенных рядами в шахматном порядке вплотную друг к другу на опорную решетку 15 (вариант - цилиндрические кольца 14 в блоке поверхностного охлаждения 13 уложены навалом), кромка которого находится на одном уровне с нижними кромками воздуховпускных окон 3, причем диаметры D_по колец 14 блока поверхностного охлаждения 13 меньше, чем диаметры D_ор колец 10 блоков 9 оросителя-охладителя 8, но больше, чем минимальный D_по^min колец 14 блока поверхностного охлаждения 13 при их захлебывании (т.е. вариант, когда все живое сечение блока 13 заполнено водой при максимальной нагрузке градирни).

В основе повышения эффективности работы предлагаемой градирни с поверхностным охлаждением лежат сродство гидрофильных поверхностей к воде, в результате чего вода быстро и полностью покрывает их [Е.Д. Щукин и др. Коллоидная химия. М.; 2004, 445 с.], и 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.], а также большая удельная поверхность кольцевой насадки по сравнению с плоскопараллельной насадкой [В.В. Кафаров. Основы массопередачи. М.; 1979, 479 с.]

Предлагаемая градирня с поверхностным охлаждением работает следующим образом. Нагретая оборотная вода поступает в верхнюю часть градирни через водораспределительный коллектор 6, разбрызгивается по всему поперечному сечению корпуса 1 водоразбрызгивающими соплами 7, двигаясь сверху вниз, а охлаждающий воздух, за счет самотяги, создаваемой за счет разности температур между наружным воздухом и влажным нагретым воздухом в воздуховыпускном окне 2, поступает через воздуховпускные окна 3 в нижнюю часть градирни и движется снизу вверх. Нагретая вода распределяется по гидрофильной поверхности 11 цилиндрических колец 10 блоков 9 оросителя–охладителя 8, контактирует при этом с встречным потоком воздуха и охлаждается при этом за счет процессов тепломассообмена с ним и дополнительно охлаждается за счет затраты своей внутренней энергии на образование свободной поверхности воды на гидрофильной поверхности 11 колец 10, гидрофильные свойства которой способствуют ее образованию, после чего вода поступает на гидрофильную поверхность 11 колец 14 блока поверхностного охлаждения 13. Так как диаметры D_по колец 14 блока поверхностного охлаждения 13 меньше, чем диаметры D_ор колец 10 блоков 9 оросителя–охладителя 8, количество колец 14 в блоке поверхностного охлаждения 13 значительно больше, чем колец 10 в блоке оросителя 8, соответственно, поэтому их наружная поверхность имеет также значительную величину. Гидрофильная поверхность 11 в кольцах 14 блока13, как и в кольцах 10 при падании на них воды из оросителя 11, способствует образованию на них свободной поверхности, в результате чего снижается температура этой воды. При этом снижение температуры воды в блоке поверхностного охлаждения происходит, в основном, только за счет образования свободной поверхности, т.к. поток воздуха, поступающего из окон 2, лишь касается верхних кромок гофрированных листов 15. Последнее обстоятельство позволяет добиться снижения температуры оборотной воды без использования принудительной подачи воздуха в градирню расхода воздуха.

Придание гидрофильных свойств поверхности цилиндрических колец 10 и 14 создается покрытием их наружной поверхности слоем гидрофильного материала или изготовлением их целиком из него. Минимальный диаметр D_пв ^min колец 14 блока поверхностного охлаждения 13 находят расчетным путем при их захлебывании (т.е. варианте, когда все живое сечение блока 13 заполнено водой при максимальной нагрузке градирни). Размеры колец 10, 14, число их рядов находят из условия заданной производительности градирни и величины самотяги.

Таким образом, конструкция предлагаемой градирни с поверхностным охлаждением, в результате использования цилиндрических колец с гидрофильной поверхностью в блоке поверхностного охлаждения в нижней зоне и блоках оросителя–охладителя, которые обеспечивают масштабное поверхностное охлаждение, позволяет снизить температуру охлаждаемой оборотной воды без принудительной подачи воздуха в градирню, т.е. без применения вентилятора, что повышает ее надежность и эффективность.