Результат интеллектуальной деятельности: КОМБИНИРОВАННАЯ ГРАДИРНЯ С РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменным аппаратам, и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций и промышленных предприятий, где применяются башенные и/или вентиляторные градирни.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами в нижней части, водораспределительную систему с форсунками, направленными выходными отверстиями вверх, и расположенную симметрично продольной оси вытяжной башни, водосборный бассейн, размещенный под корпусом градирни, вытяжное устройство, выполненное в виде вентилятора и расположенное над корпусом, водоуловительное устройство и каплезадерживающее устройство в виде пространственной конструкции (патент РФ №2445563, МПК F28C 1/00, прототип).

Недостатком известного устройства, где охлаждение воды происходит с поверхности мелкофракционного капельного потока, является сравнительно малый диапазон гидравлических и тепловых нагрузок, при которых этот тип градирни эффективно охлаждает циркуляционный расход воды.

Технически достижимый результат - повышение эффективности использования вторичных энергоресурсов путем увеличения величины активной области градирни без увеличения аэродинамического сопротивления.

Это достигается тем, что в комбинированной градирне, содержащей корпус, в нижней части которого расположена водосборная ванна, выполненная по форме корпуса из водосбрных щитов, а над ванной установлено устройство для забора воздуха, выполненное в виде жалюзийных решеток, расположенных по периметру корпуса, при этом в верхней части корпуса градирни установлен корпус осевого вентилятора, выполненный из стеклопластика и включающий в себя конфузор, расположенный над каплеуловителем соосно корпусу градирни и жестко соединенный с ним, причем с конфузором соосно соединены цилиндрическая часть, внутри которой размещено с зазором рабочее колесо вентилятора, и диффузор, в котором закреплены по крайней мере три регулируемые растяжки для установки вентилятора со встроенным электродвигателем, при этом в средней части корпуса градирни расположена водораспределительная система с коллекторами переменного сечения и закрепленными на них форсунками, разбрызгивающими воду над оросительным устройством, фиксируемым в корпусе посредством ребер жесткости, система оборотного водоснабжения имеет раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, при этом в нижней части корпуса градирен располагают по крайней мере два бака для сбора воды, которые соединяют между собой компенсационной трубой, обеспечивая гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления, при этом один бак соединяют с насосом, который подает охлажденную в градирне воду потребителю, которая снова поступает через вентиль по трубопроводу во второй бак, из которого нагретую воду насосом через фильтр и вентиль подают по трубопроводу в коллектор с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни, а на участке между фильтром и вентилем устанавливают систему контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящую из манометра и вентиля, каждая форсунка водораспределительной системы содержит полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную жестко связанную с ним втулку с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, к центральному сердечнику в его нижней части жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса посредством по крайней мере трех спиц прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, а в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса посредством по крайней мере трех спиц и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника выполнено дроссельное отверстие.

На фиг. 1 изображена схема комбинированной градирни с рациональной системой оборотного водоснабжения, имеющей раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, на фиг. 2 - схема форсунок 8 водораспределительной системы 7.

Комбинированная градирня с рациональной системой оборотного водоснабжения содержит корпус 1, в нижней части которого расположена водосборная ванна 2, выполненная по форме корпуса из водосбрных щитов 3. Над ванной 2 установлено устройство для забора воздуха, выполненное в виде жалюзийных решеток 4, расположенных по периметру корпуса 1. В верхней части корпуса 1 градирни установлен корпус осевого вентилятора 14, выполненный из стеклопластика и включающий в себя конфузор 10, расположенный над каплеуловителем 9, соосно корпусу градирни, и жестко соединенный с ним. С конфузором 10 соосно соединены цилиндрическая часть 11, внутри которой размещено с зазором рабочее колесо 15 вентилятора 14, и диффузор 12, в котором закреплены по крайней мере три регулируемые растяжки 13 для установки вентилятора 14 со встроенным электродвигателем. В средней части корпуса 1 градирни расположена водораспределительная система 7 с коллекторами переменного сечения и закрепленными на них форсунками 8, разбрызгивающими воду над оросительным устройством 5, фиксируемым в корпусе посредством ребер жесткости 6.

Благодаря форсункам 8 происходит создание развитого капельного потока, состоящего из мелкофракционных капель. Его охлаждающая способность в области факела разбрызгивания идентична тепло- и массоотдаче в оросительном устройстве. Формирование капельного потока происходит за счет разбрызгивающих форсунок, например, эвольвентного типа. Благодаря эффекту эжекции воздушный поток, выходящий из оросительного устройства, ускоряется. При достижении вертикальной скорости капельного потока нулевого значения капли устремляются вниз, где создают аэродинамическое сопротивление встречному потоку воздуха весьма малых величин. Отсюда область капельного потока оказывается нейтральной по аэродинамическим характеристикам и активной по тепло- и массообменным параметрам.

Система оборотного водоснабжения имеет раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды для градирни (возможен вариант с несколькими параллельно соединенными градирнями - на чертеже не показано); она содержит два бака для сбора воды: бак 15 и бак 16 с системой подпитки 17 воды, затрачиваемой на испарение. Баки 15 и 16 (емкости) соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления.

Бак 15 соединен с насосом 20, который подает охлажденную в градирне воду потребителю 21. На участке между насосом 20 и потребителем 21 установлена система контроля гидравлического сопротивления системы, состоящая из манометра 22 и вентиля 23. После нагрева воды в потребителе 21 она снова поступает через вентиль 19 по трубопроводу 18 во второй бак 16, из которого нагретая вода насосом 24 через фильтр 25 и вентиль 28 подается по трубопроводу в водораспределительную систему 7 с форсунками 8, размещенными в верхней части оросительного устройства 5 градирни.

Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу и цикл тепломассообменного процесса повторяется. На участке между фильтром 25 и вентилем 28 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра 25, состоящая из манометра 27 и вентиля 26.

На фиг. 2 приведена схема форсунки 8 водораспределительной системы 7.

Форсунка содержит цилиндрический полый корпус 29 с каналом 31 для подвода жидкости и соосную жестко связанную с корпусом втулку 30 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 32, верхняя цилиндрическая ступень 34 которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником 35, имеющим центральное отверстие 37 и установленным с кольцевым зазором 38 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 32.

Кольцевой зазор 38 соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами 33, выполненными в двухступенчатой втулке 32, соединяющими его с кольцевой полостью 36, образованной внутренней поверхностью втулки 30 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 34, причем кольцевая полость 36 связана с каналом 31 корпуса 29 для подвода жидкости.

К центральному сердечнику 35, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 39, соосного центральному отверстию 37 сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 35, а к нижнему основанию усеченного конуса 39 посредством по крайней мере трех спиц 41 прикреплен рассекатель 40, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 38.

На внешней боковой поверхности усеченного конуса 39 имеются винтовые канавки (на чертеже не показано), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.

В рассекателе 40, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса 39 посредством по крайней мере трех спиц 41 и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 38, осесимметрично центральному отверстию 37 центрального сердечника 35 выполнено дроссельное отверстие 42.

Возможен вариант, когда к втулке 30, жестко связанной с корпусом 29, в ее нижней части соосно прикреплен внешний диффузор 43, а к нижнему основанию усеченного конуса 39 распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику 35, в его нижней части, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса 39 имеются винтовые канавки, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 44 таким образом, что выходные сечения внешнего 43 и внутреннего 44 диффузоров лежат в одной плоскости.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.

Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 29 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 36 через радиальные каналы 33, затем в кольцевой зазор 38 между соплом и центральным сердечником 35. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 39.

Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 31 для подвода жидкости в полость центрального отверстия 37 центрального сердечника 35, а затем через полость усеченного конуса 39 поступает на рассекатель 40, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 38, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих по этим направлениям.

Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.

Комбинированная градирня с рациональной системой оборотного водоснабжения работает следующим образом.

Корпус вентилятора 14 обеспечивает тягу воздуха, который поступает в комбинированную градирню через жалюзийные решетки 4. Попадая в область, занятую оросительным устройством 5, воздушный поток выравнивает свое скоростное поле, и здесь происходит активный теплосъем. Далее воздух направляется через водораспределительную систему 7, снабженную разбрызгивающими форсунками 8, водоуловительное (каплеуловительное) устройство 9 и через корпус вентилятора выбрасывается в атмосферу. Через водораспределительную систему 3 осуществляется подача горячей циркуляционной воды, которая разбрызгивается форсунками 8 в поток поступающего снизу охлажденного в оросительном устройстве 5 воздуха. Здесь происходит охлаждение горячей циркуляционной воды, причем тем интенсивнее, чем больше напор воды на разбрызгивающие форсунки 8. Напор воды, охлаждаемой перед разбрызгивающей форсункой 8, находится в диапазоне 0,2÷1,0 атм. Отсюда упомянутое выше ограничение высотной отметки размещения разбрызгивающих форсунок 8 заключается в обеспечении возможно большего напора охлаждаемой воды на них, чем создается активная область мелкофракционного капельного потока, т.е. они расположены на удалении от верха оросительного устройства на расстоянии (0,1÷1,0)×h, где h - высота оросительного устройства.

Эффект охлаждения в градирне достигают за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками 8 и в виде пленки стекает в бак через сложную систему каналов оросителя навстречу потоку охлаждающего воздуха. Эффективный каплеотделитель 9 позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении 25 м³/(час⋅м²) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирню. Вентиляторные градирни обеспечивают более глубокое и устойчивое охлаждение воды и допускают большие удельные тепловые нагрузки, чем башенные и атмосферные, но требуют дополнительного расхода электроэнергии. Производительность градирен характеризуется величиной плотности орошения - удельного расхода охлаждаемой воды, приходящегося на 1 м² площади орошения. При проектировании тип и размеры градирни и ее основных элементов определяются технико-экономическим расчетом в зависимости от количества и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферного воздуха. Градирни в системах охлаждения компрессоров холодильных станций конденсаторов могут размещаться на уровне земли, на эстакаде или на перекрытиях зданий с плоской кровлей. При размещении градирни внутри производственного помещения следует обеспечивать забор свежего воздуха снаружи помещения и выброс на улицу отработанного воздуха при помощи герметичных воздуховодов. От эффективности работы градирен зависит степень реализации преимуществ систем оборотного водоснабжения в техническом и экологическом аспектах в сравнении с прямоточными системами, а также производительность технологического оборудования, качество и себестоимость вырабатываемой продукции, удельный расход сырья, топлива и электроэнергии.