Результат интеллектуальной деятельности: Летний оголовок для градирни

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

Известна вентиляторная 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, собранных 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 [Патент РФ №2330228, МПК F28F 25/06, F28С 1/00, 2008].

Основным недостатком конструкции известной градирни является невозможность повышения ее охлаждающей способности в летний период времени при значительном повышении температуры наружного воздуха, что уменьшает ее эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является 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 Е04Н 5/12, 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 водоуловитель для градирни, содержащий желоба криволинейного профиля, размещенные в два ряда на каркасе, причем желоба нижнего ряда установлены днищами вниз, верхнего ряда - вверх, расстояния между желобами верхнего ряда перекрываются желобами нижнего ряда, в днищах которых по всей длине выполнены продольные щели, под которыми установлены лотки, выполненные с открытыми торцами [Патент РФ №2052759, МПК F28F 25/02, 1996].

Основным недостатком известной конструкции водоуловителя градирни является невозможность предотвращения уноса водяного пара, что снижает его экономическую и экологическую эффективность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение экономической и экологической эффективности летнего оголовка для градирни.

Технический результат достигается летним оголовком для градирни, содержащим 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.

Предлагаемый летний оголовок для градирни (ЛОГ) изображен на фиг. 1–7 (фиг. 1, 2 – общий вид и вид сверху, фиг. 3–5 – узел секции водопароуловителя, фиг. 6,7 – водопароулавливающая пластина).

ЛОГ содержит сплошное вертикальное ограждение 1 высотой Н, прикрепленное к вертикальным стойкам 2, расположенным по периметру устья 3 башенной градирни 4, прикрепленным нижними торцами к верхнему кольцу жесткости 5 устья 3 и соединенным между собой на высоте h опорным уголком 6 (узлы крепления и соединения на фиг. 1–7 не показаны), на который уложен водопароуловитель 7, состоящий из секций 8, каждая из которых состоит из наклоненных в сторону ограждения 1 под углом α, несколько большим угла естественного откоса воды, лотков 9, в которые опущены, не касаясь их днища и стенок, водопароулавливающие пластины 10, выполненные из гидрофильного материала или покрытые им, перфорированные коническими отверстиями 11 (узлы крепления пластин 10 к лоткам 9 на фиг. 1–7 не показаны), причем конические отверстия 11 пластин 10 обращены большими отверстиями вниз, сами пластины 10 по своей длине наклонены в сторону ограждения 1 под углом α, а по высоте наклонены под углом, равным 45°, направленным в сторону вращения лопаточного колеса 12 вентилятора 13.

В основе повышения эффективности работы предлагаемого оголовка для градирни 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.], 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.]; особенности движения жидкости (пара) в конических капиллярах, а именно: движение осуществляется от большего сечения к меньшему, при этом в широкой части капилляра происходит испарение жидкости, в узкой части капилляра – конденсация пара [Лыков А. В. Тепломассообмен: (Справочник). 2–е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1978, с. 365, 366]; увеличение самотяги в градирне за счет высоты Н ограждения оголовка [Г.Н.Делягин и др. Теплогенерирующие установки, М; Строийиздат, 1987, с.183].

Предлагаемый ЛОГ используют в жаркое время года, когда градирни при значительном повышении температуры наружного воздуха, не обеспечивают охлаждения оборотной воды до требуемой температуры, в результате чего, в конечном счете, уменьшается эффективность работы паровых турбин.

Перед началом летнего периода года градирню оборудуют ЛОГ, для чего на верхнем кольце жесткости 5 устья 3 устанавливают вертикальные стойки 2 и ограждение 1 высотой Н, закрепляют их и на опорный уголок 6 укладывают водопароуловитель 7. При этом высоту Н находят расчетным путем исходя из условия компенсации, создаваемой ей самотягой сопротивления водопароуловителя 7 (высота h определяется значением угла α), максимальная высота Н ограждений 1 ЛОГ ограничивается максимальным ветровым давлением в данном регионе, от которого также зависит число стоек 2, материал ограждения 1 выбирают исходя из условий прочности, удобства монтажа и демонтажа (например, материал ограждения 1–брезент), материал пластин 10 водопароуловителя 7 выбирают исходя из его гидрофильных свойств и удобства выполнения в нем перфорации (например, материал пластин 10– стеклопластик).

Предлагаемый ЛОГ работает следующим образом. Воздушный поток, в котором находятся, в основном, мелкие капли воды (крупные капли уловлены в водоуловителе градирни, расположенном ниже вентилятора 13) и водяной пар, поднимается в полости ЛОГ и контактирует с нижней гидрофильной поверхностью водопароулавливающих 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. Перемещаясь под действием силы тяжести к нижней кромке пластин 10, капли агрегатируются в более крупные частицы и падают в лотки 9. Одновременно частицы водяного пара соприкасаются с охлажденной водой на нижней поверхности пластин 10 и частично конденсируются на ней. Другая часть пара поступает в большие отверстия конических капилляров 11 в нижней поверхности пластин 10, где происходит его конденсация с образованием воды, которая на выходе из капилляров 11 на верхнюю поверхность гидрофильных пластин 10, адсорбируется на ней с образованием свободной поверхности и, соответственно, также охлаждается. У нижней кромки пластин 10 вода, полученная в результате конденсации пара в капиллярах 11, агрегатируется в более крупные частицы и стекает в лотки 9, где смешивается с водой, полученной в результате улавливания и охлаждения, стекающей с нижней поверхности пластин 10. Собранная в лотках 9, наклоненным под углом α, смесь уловленной и дополнительно охлажденной воды, перемещается к периферии ЛОГ и отдельными струями из каждого лотка 9 у стенок ограждения 1 и устья 3, под действием силы тяжести, стекает в башню градирни 4, не попадая на лопасти колеса 12 вентилятора 13.

По окончании летнего периода года производится демонтаж ЛОГ, для чего с вертикальных стоек снимают ограждение 1 и водопароуловитель 7.

Примечание. В районах с положительной зимней температурой воздуха ЛОГ можно не демонтировать.

Придание гидрофильных свойств поверхности пластин 10 создается покрытием их наружной поверхности слоем гидрофильного материала или изготовлением их целиком из него. Ширину щелей между пластинами 10 в секциях 8, размеры и количество пластин 10 в секциях 8, количество секций 8 зависят от производительности и формы устья градирни и определяются расчетным путем при максимальной нагрузке градирни.

Таким образом, предлагаемый летний оголовок для градирни позволяет в летний период максимальной нагрузки за счет использования конструкции водопароуловителя 7, улавливающего капли воды и частицы водяного пара, наличия ограждения 1 высотой Н, 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.