Результат интеллектуальной деятельности: ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам для охлаждения воды, и может найти применение в холодильных установках с циркуляционным контуром воды, идущей на конденсатор. Кроме того, вентиляторные градирни можно использовать как в химической, так и в нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Из уровня техники известна вентиляторная градирня (Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И. Градирни энергетических и промышленных предприятий: Справочное пособие. Под общей редакцией B.C. Пономаренко. М.: Энергоатомиздат, 1998, 376 с.), включающая корпус, воздуховходные окна, водораспределительную систему, ороситель, каплеотбойное устройство и электровентиляторный агрегат. Движущей силой процесса является разность влагосодержаний воздушного потока и насыщенного влагой воздуха на границе с поверхностью гравитационно-стекающей вниз пленкой охлаждаемой воды. Быстрое насыщение охлаждающего атмосферного воздуха влагой приводит к резкому замедлению процесса охлаждения оборотной воды.

К недостаткам такой конструкции градирни следует отнести невысокую интенсивность осуществления процессов тепло- и массообмена из-за быстрого насыщения влагой воздушного потока, двигающегося в противотоке с охлаждаемой водой.

Наиболее близко к предлагаемому изобретению относится техническое решение по патенту Германии (DE 19640865 С2, МПК: F28C 1/04, опубл. 17.02.2000), принятое нами за прототип, содержащее корпус с воздуховходными окнами, ороситель, выполненный из нескольких ступеней, водораспределитель, сепаратор капельной влаги и электровентиляторный агрегат.

Недостатком прототипа является поперечный поток атмосферного воздуха в градирне, т.к. он имеет более низкую охлаждающую эффективность по сравнению с противотоком. Также недостатком является наличие отдельной гидравлической системы для распределения охлаждаемой воды на каждую ступень градирни.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности тепло- и массообмена за счет увеличения равномерности распределения потока воздуха по отдельным ступеням оросителя.

Сущность изобретения состоит в том, что вентиляторная градирня содержит корпус с воздуховходными окнами, ороситель, выполненный из нескольких ступеней, водораспределитель, сепаратор капельной влаги. Отличие согласно изобретению состоит в том, что каждая ступень оросителя градирни снабжена индивидуальным воздуховходным окном. Общее число ступеней оросителя составляет, по крайней мере, три, а сами ступени оросителя размещены в корпусе градирни горизонтально и последовательно друг над другом, причем в каждом воздуховходном окне всех ступеней оросителя установлены осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты.

Кроме того, отличия состоят еще в том, что:

- осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты, установленные в каждом воздуховходном окне всех ступеней оросителя, выполнены с последовательно уменьшающейся производительностью: от максимальной -в нижней ступени оросителя до минимальной - в верхней ступени оросителя;

- осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты в воздуховходных окнах градирни могут быть установлены под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости, а сами воздуховходные окна снабжены решетками из поворотных лопаток, число которых составляет не менее 3÷4 в каждом воздуховходном окне.

Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в повышении тепло- и массообменной эффективности вентиляторной градирни за счет того, что осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты, установленные на входе в ступени оросителя, выполнены с постепенно уменьшающейся производительностью от максимальной в нижней ступени оросителя, до минимальной в верхней ступени оросителя. Это обеспечивает максимальную эффективность градирни, осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты могут быть установлены под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости, а сами воздуховходные окна снабжены решетками с поворотными лопатками, число которых составляет не менее 3÷4 в каждом воздуховходном окне.

Обоснование положительного эффекта состоит в следующем.

В предложенной заявке на изобретение имеется как минимум три воздуховходных окна и три вентиляторных агрегата, производительность которых падает от нижнего к верхнему окну, что обеспечивает:

а) минимальный унос капельной влаги;

б) уменьшение сопротивления потоку воздуха из-за снижения скорости воздушного потока: аэродинамическое сопротивление потоку газа, пропорциональное квадрату скорости, которая падает по направлению к вершине градирни.

Поскольку в классической градирне (см. описание прототипа) движущаяся сила процесса падает по высоте проточной части корпуса по экспоненциальному закону, что связано с насыщением воздуха влагой. Поэтому в верхнюю и среднюю зоны градирни вводится поток свежего холодного воздуха, который замедляет падение движущей силы, выравнивая ее.

Все вышеизложенное усиливается тем фактором, что массообменная часть процесса превышает теплообменную.

Сказанное подтверждается расчетом.

Весь поток воздуха проходит ороситель со скоростью 2 м/с, воздух имеет начальное влагосодержание d^н _в=7 г/кг при температуре t=18°C, далее воздух, проходя по градирне, насыщается до влагосодержания d^к _в=15 г/кг. Средняя движущая сила массопереноса будет пропорциональна разности насыщенного влагой воздуха у поверхности воды d″_w и средней влажности воздуха d_B. Если принять d″_w=15 г/кг при средней температуре воды +20°C, то разность составит Δd=15-11=4 г/кг.

При трехэтапной подаче свежих потоков сухого воздуха движущая сила увеличивается:

в верхней части градирни средняя движущая сила

в средней части градирни

в нижней части градирни

В итоге, средняя разность влагосодержаний составит 7,6 г/кг, что почти в 2 раза выше среднего значения разности влагосодержаний по сравнению с классической градирней.

Предложенное изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг. 1 - схема вентиляторной градирни, с установленными внутри воздуховходных окон осевыми нагнетательными электровентиляторными агрегатами, выполненной с тремя ступенями оросителя;

на фиг. 2 - схема вентиляторной градирни с наклонным расположением осевых электровентиляторных агрегатов.

Вентиляторная градирня (фиг. 1) состоит из корпуса 1, воздуховходных окон 2, размещенных под соответствующими ступенями 3, 4, 5 оросителя, осевых нагнетательных электровентиляторных агрегатов 8, установленных внутри воздуховходных окон 2 корпуса 1, водораспределительной системы 6 градирни, размещенной над верхней ступенью 3 оросителя и сепаратора капельной влаги 7, установленного над водораспределительной системой 6.

Кроме того, осевые нагнетательные электровентиляторные агрегаты 8 в воздуховходных окнах 2 градирни могут быть установлены под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости (фиг. 2), а сами воздуховходные окна 2 снабжены решетками из поворотных лопаток 9, число которых составляет не менее 3÷4 в каждом воздуховходном окне 2.

Предложенная вентиляторная градирня работает следующим образом. Отепленная вода через водораспределительную систему 6 подается на оросители, выполненные не менее чем из трех горизонтально расположенных ступеней: верхней 3, средней 4 и нижней 5. Стекание воды по ступеням 3, 4, 5 оросителя осуществляется в виде пленки, с которой контактирует встречный поток воздуха, подаваемый через соответствующие воздуховходные окна 2 осевыми нагнетательными электровентиляторными агрегатами 8. В результате взаимодействия воды и воздуха происходит интенсивный тепло- и массообмен и охлаждение воды, которая собирается в нижней части корпуса 1. Отепленный воздух несет мелкие капли, которые отделяются в сепараторе капельной влаги 7.

Для обеспечения максимальной эффективности градирни производительность каждого осевого нагнетательного электровентиляторного агрегата 8 выполнена увеличивающейся: от верхнего до нижнего. Последнее обеспечивает преодоление сопротивления каждой ступени 3, 4, 5 оросителя соответствующим потоком воздуха.

Предлагаемая схема вентиляторной градирни гарантирует эффективную работу градирни в отличие от схемы прототипа, поскольку в ней реализована поперечная схема движения потоков и градирня состоит только из двух ступеней с независимыми системами водораспределения, что приводит к дополнительным гидравлическим сопротивлениям и удорожанию градирни в целом. Наклонное расположение осевых электровентиляторных агрегатов в воздуховходных окнах предлагаемой градирни под углом α=5÷10° к горизонтальной плоскости в совокупности с решетками из поворотных лопаток в воздуховходных окнах градирни обеспечивает увеличение равномерности распределения воздушного потока в поперечном сечении корпуса градирни и тем самым увеличивает эффективность осуществления процессов тепло- и массообмена в градирни.