ЭЖЕКЦИОННАЯ ГРАДИРНЯ Российский патент 2001 года по МПК F28C1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к испарительным охладителям, и может быть применено на тепловых и атомных электростанциях, а также на других промышленных объектах, где требуется охлаждение воды или других жидкостей.

Известна вентиляторная градирня, содержащая установленные в корпусе каплеуловитель, водораспределительные трубопроводы с разбрызгивающими соплами и водосборный резервуар в нижней части, в которой трубопроводы установлены в корпусе поярусно, причем в каждом ярусе они размещены по периметру корпуса, а разбрызгивающие сопла выходными отверстиями обращены в центральную зону градирни (см. авторское свидетельство СССР N 1071915, МПК F 28 C 1/00, 1983).

Известна также вентиляторная градирня, содержащая корпус, охваченный кожухом с образованием воздухоотводящего канала, воздухоотводящую трубу, установленную в днище корпуса, снабженную водосборным лотком и жалюзийной решеткой, вытяжной патрубок с вентилятором, воздухораспределитель с форсунками и воздуховходные патрубки. Размещенные в крышке корпуса, в котором система охлаждения дополнительно снабжена воздуховодами с запорными клапанами и оболочкой, размещенной вокруг боковой стенки корпуса с кольцевым зазором (см. авторское свидетельство СССР N 1601490, МПК F 28 C 1/00, 1991).

Недостатками известных устройств является неэффективная схема охлаждения жидкости, обусловленная большим количеством жидкости в небольшом пространстве, что в свою очередь заставляет пропускать большие потоки воздуха, использовать мощные вентиляторные системы.

В качестве прототипа принята эжекционная градирня, содержащая корпус с воздуховходными жидкостно-эжекционными окнами, выполненными в виде продольного канала и расположенными вдоль верхней кромки градирни, водораспределительный коллектор с водоструйными форсунками, с факелами, направленными вниз (см. авторское свидетельство СССР N 1183815, МПК F 28 C 1/00, 1987).

Положительным качеством в прототипе является то, что конструкция и размещение эжекторов позволяют организовать принудительную циркуляцию воздуха без использования внешних вентиляторов. Недостатком прототипа является сложность устройства, обусловленная наличием оросительной системы, недостаточная долговечность и надежность устройства, обусловленная той же причиной, недостаточная эффективность охлаждения, вызванная большим аэродинамическим сопротивлением, связанным с размещением в шахте элементов оросителя. С другой стороны, отказаться от оросителя в данной системе невозможно, поскольку именно ороситель является тем устройством, в котором происходит теплопередача.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности работы градирни за счет интенсификации охлаждения жидкости при сокращении размеров градирни и уменьшении энергозатрат на охлаждение воды.

Поставленная задача решается тем, что в эжекционной градирне, содержащей корпус с воздуховходными жидкостно-эжекционными окнами, выполненными в виде продольного канала и расположенными вдоль верхней кромки градирни, водораспределительный коллектор с водоструйными форсунками, с факелом, направленным вниз, согласно изобретению, продольный канал имеет трапецеидальное сечение с углом раскрытия меньшим угла раскрытия факела, в верхней узкой части канала установлен ряд форсунок, шаг форсунок выполнен меньшим или равным ширины канала в наиболее широкой его части.

Поставленная задача решается также и тем, что форсунки установлены группами.

Угол раскрытия канала меньше угла раскрытия факела в 1,1 - 4 раза. Эжекционный канал с внутренней стороны корпуса градирни дополнительно снабжен щитком.

Щиток присоединен в внутреннему краю канала, параллельно стенке градирни, а по вертикали заканчивается на высоте от зеркала охлажденной воды не менее ширины канала в его узкой части и не более ширины канала в его широкой части.

Между каналами установлены антиветровые перегородки до зеркала воды.

Эжекционные окна выполнены на противоположных гранях.

Эжекционные окна выполнены вдоль всего периметра градирни.

Такое выполнение градирни позволяет, во-первых, обеспечить наилучшее эжектирование воздуха и обеспечить его увеличение струями жидкости. Во-вторых, верхнее размещение форсунок существенно сокращает энергетические затраты на распыление воды, поскольку положительную роль играет сила тяжести. Размещение форсунок в канале трапецеидального сечения создает устройство, подобное соплу Вентури, однако использование двух и более форсунок в одном канале, с размещением их с шагом меньшим или равным ширине канала в наиболее широкой части позволяет смоделировать сопло Вентури не вокруг отдельно взятой форсунки, а в продольном канале.

Отсутствие оросителя не создает аэродинамических препятствий движению эжектируемого воздуха, который за счет эжекции устремляется вначале вниз, вместе с потоком частиц жидкости, а затем за счет конвенционных потоков вверх по шахте градирни и тем самым обеспечивается значительный воздушный поток: до 6 - 10-кратного водяного потока. Отсутствие конструктивных элементов оросителя, кроме того, упрощает конструкцию градирни, делает доступней при ремонте внутренние конструкции и соответственно повышает надежность ее работы.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематически изображена градирня, вертикальный разрез. На фиг. 2 - градирня, вертикальный разрез, со щитком, присоединенным к внутренней стенке канала. На фиг. 3 - градирня. Вертикальный разрез с двумя эжекционными каналами на противоположных сторонах градирни. На фиг. 4 изображен вид А на фиг. 1. На фиг. 5 - вид Б на фиг. 1. На фиг. 6 - вид В на фиг. 3. На фиг. 7 изображен вид сверху восьмигранной градирни с размещением канала вдоль всего контура градирни.

Градирня содержит корпус 1, выполненный в виде вертикального короба с воздуховходными окнами 2, выполненными вдоль ее верхней кромки, водораспределительный коллектор 3 и водоструйные форсунки-эжекторы 4, причем форсунки-эжекторы 4 создают наклонные от вертикали факелы жидкости 5. Кроме того, градирня содержит водосборный бассейн 6. Форсунки 4 соединены с водораспределительным коллектором 3 известными средствами. В качестве одной из стенок эжекционного канала используется стенка градирни 7. Другая стенка 8 выполнена отдельной внутри градирни. Стенка 8 может быть снабжена дополнительным вертикальным щитком 9. При двухстороннем расположении эжекционных окон 2 внутри градирни может быть установлена антиветровая перегородка 10 до зеркала воды. Угол раскрытия факела обозначен α_ф. Угол раскрытия канала обозначена α_к. Высота канала обозначена h. Высота установки дополнительного щитка до зеркала воды обозначена h₁. Расстояние между форсунками в канале обозначено t.

Градирня работает следующим образом.

Охлаждаемая вода подается через водораспределительный коллектор 3 и форсунки 4 в трапецеидальный расширяющийся продольный канал, ограниченный с одной стороны стенкой градирни 7, а с другой - стенкой эжекционного канала 8. За счет того, что угол раскрытия факела α_ф больше, чем угол раскрытия канала α_к, образуется сопло Вентури и наружный воздух через окно 2 эжектируется внутрь градирни, активно перемешиваясь с каплями охлаждаемой воды. При этом происходит теплопередача, воздух нагревается и конвенционными потоками выходит наружу в открытой части градирни. Экспериментальные исследования показали, что уменьшение отношения α_к/α_ф менее чем 1,4 резко снижает эжекционную способность канала трапецеидального сечения и не позволяет использовать такие каналы без наддува воздуха внешним источником. При невысоких градирнях необходимо существенно укорачивать высоту канала, при достаточно широких факелах. В этом случае конструктивно необходимо увеличить соотношение α_к/α_ф до 4. Значения большие чем 4 снова приводят к существенной потере эжекции и невозможности работы градирни в эжекционном режиме.

Для увеличения зоны теплообмена внутренняя стенка канала 8 дополнительно снабжена вертикальным щитком 9, что позволяет удлинить время контакта охлаждаемой воды и воздуха. Опытным путем установлено, что высота h₁ между краем щитка 9 и зеркалом воды должна быть не менее ширины канала в его узкой части и не более ширины канала в его широкой части. Канал выполнен продольным, и в нем с шагом t расположены отдельные форсунки 4 или группы форсунок 4. Шаг установки форсунок 4 необходимо выбрать меньше, чем ширина канала в наиболее широкой его части. При этом форсунки 4 регулируют таким образом, чтобы факел соседних форсунок на 60-70 процентов перекрывали друг друга. Такая регулировка позволяет практически полностью перекрыть продольный канал и обеспечить наилучшую эжекцию внешнего воздуха в градирню.

В случае проектирования и изготовления больших градирен целесообразным может оказаться выполнение эжекционных окон 2 на противоположных гранях градирни или по верхнему контуру градирни. При этом каналы могут быть выполнены относительно более узкими (с меньшим углом раскрытия α_к). При большой высоте градирен целесообразным может оказаться дополнение внутренней стенки канала щитком 9. Он заставляет эжектируемый воздух, увлекаемый падающими каплями воды, пройти всю глубину шахты и только после этого развернуться и за счет конвенционных потоков двигаться вверх по шахте градирни.

В результате работы градирни организуется принудительная циркуляция воздушных масс без дополнительного энергопотребления. Кроме того, установка форсунок 4 группами обеспечивает значительные количества подаваемой через форсунки жидкости и тем самым позволяет снизить энергопотребление и повысить экономичность градирни.

Изобретение позволяет значительно повысить эффективность тепломассообмена градирни без увеличения затрат, по сравнению с известными конструкциями, при этом существенно упростить конструкцию градирни, повысить ее надежность, ремонтопригодность и снизить эксплуатационные расходы.

Изобретение относится к испарительным охладителям. Эжекционная градирня содержит корпус с воздуховходными жидкостно-эжекционными окнами, выполненными в виде продольного канала и расположенными вдоль верхней кромки градирни, водораспределительный коллектор с водоструйными форсунками, с факелом, направленным вниз, продольный канал имеет трапецеидальное сечение с углом раскрытия, меньшим угла раскрытия факела, в верхней части канала установлен ряд форсунок, шаг форсунок выполнен меньшим или равным ширине канала в наиболее широкой его части. Изобретение позволяет повысить эффективность работы градирни за счет интенсификации охлаждения жидкости при сокращении размеров градирни и уменьшения энергозатрат. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Эжекционная градирня, содержащая корпус с воздуховходными жидкостно-эжекционными окнами, выполненными в виде продольного канала и расположенными вдоль верхней кромки градирни, водораспределительный коллектор с водоструйными форсунками, с факелом, направленным вниз, отличающаяся тем, что продольный канал имеет трапецеидальное сечение с углом раскрытия, меньшим угла раскрытия факела, в верхней части канала установлен ряд форсунок, шаг форсунок выполнен меньшим или равным ширины канала в наиболее широкой его части. 2. Эжекционная градирня по п.1, отличающаяся тем, что форсунки установлены группами. 3. Эжекционная градирня по п.1 или 2, отличающаяся тем, что угол раскрытия канала меньше угла раскрытия факела в 1,1 - 4 раза. 4. Эжекционная градирня по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что эжекционный канал с внутренней стороны корпуса градирни дополнительно снабжен щитком. 5. Эжекционная градирня по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что щиток присоединен к внутреннему краю канала, параллельно стенке градирни, а по вертикали заканчивается на высоте от зеркала охлажденной воды не менее ширины канала в его узкой части и не более ширины канала в его широкой части. 6. Эжекционная градирня по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что между каналами установлены антиветровые перегородки до зеркала воды. 7. Эжекционная градирня по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что эжекционные окна выполнены на противоположных гранях. 8. Эжекционная градирня по любому из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что эжекционные окна выполнены вдоль всего периметра градирни.