ГРАДИРНЯ Российский патент 2003 года по МПК F28C1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к градирням, и может быть использовано для охлаждения оборотной воды.

Известны градирни, содержащие корпус с размещенным внутри оросителем и водораспределительной системой, каплеуловитель и бассейн для сбора охлажденной воды [1].

Известна также градирня, содержащая башню, бассейн охлажденной воды и последовательно расположенный над ним ороситель, водораспределительное устройство и разбрызгиватель [2].

Однако эти градирни имеют сложную конструкцию и недостаточную эффективность тепло-массообмена.

Значительно более простую конструкцию имеет градирня с водораспределительным устройством по а.с. СССР 1290056 [3].

В этом случае градирня, содержащая башню с воздухозаборником, выполненном в виде воздухозаборных окон по кольцу в нижней ее части, имеет водораспределительное устройство, через которое вода, подлежащая охлаждению, подается в рабочую полость башни. При этом водораспределительное устройство состоит из подающего трубопровода и разбрызгивателей, поярусно установленных в полости башни, причем разбрызгиватели установлены на водораспределительных трубах, которые в свою очередь перпендикулярно установлены на подающем трубопроводе, продольная ось которого совпадает с осью башни. Причем водораспределительные трубы установлены в несколько рядов по высоте башни в нижней ее трети и с каждым рядом сверху вниз уменьшается количество разбрызгивателей в каждом ряду. Размещение разбрызгивателей внизу башни не позволяет эффективно использовать весь ее рабочий объем, несмотря даже на то, что вода через разбрызгиватели подается снизу вверх относительно башни.

Задача изобретения - повышение эффективности охлаждения воды и упрощение конструкции градирни.

Поставленная задача решается тем, что градирня содержит башню с воздуховходными окнами, расположенными над бассейном для сбора охлажденной воды, водораспределительное устройство с разбрызгивателями поярусно установленными в полости градирни, разбрызгиватели выполнены в виде многофорсуночных головок со шнековыми центробежными форсунками, а башня градирни сверху закрыта крышкой, сквозь которую проходит вытяжная колонна в виде полого цилиндра с верхним и нижним торцами, стенки которой перфорированы в той ее части, которая находится в рабочей зоне градирни, причем степень перфорации растет по высоте вытяжной колонны, внутри которой, выше зоны ее перфорации, установлена решетка, на которую засыпаны кольца Рашига, а нижний торец вытяжной колонны снабжен крышкой с отверстием для слива сконденсировавшейся влаги в бассейн для сбора охлажденной воды.

Верхний торец вытяжной колонны закрыт крышкой, выполненной в виде конфузоров, на которой установлены струйные водяные насосы с камерами смешения, кроме того, вверху градирня снабжена накопительными емкостями, в которые поступает использованная эжекторная вода из камер смешения струйных водяных насосов, накопительные емкости снабжены трубопроводами, выведенными в полость градирни над воздуховходными окнами, на трубопроводах установлены раздаточные трубы с разбрызгивателями в виде многофорсуночных головок с центробежными шнековыми форсунками.

В вытяжной колонне над кольцами Рашига установлен отсасывающий вентилятор.

Повышение эффективности охлаждения воды обусловлено за счет уменьшения размеров каждой отдельной фракции воды и увеличения времени пребывания воды в зоне тепло-массообмена, т.е. в рабочей зоне башни.

Известно, что средний диаметр капель, разбрызгиваемых центробежной форсункой [4] , зависит от рабочего давления жидкости, подаваемой в форсунки. Поскольку в форсунки верхнего яруса вода будет подаваться с меньшим давлением, чем в форсунки более нижних ярусов, то капли, образующиеся вверху башни, будут больше, чем капли, образующиеся за счет работы ниже расположенных форсунок. Однако для таких крупных капель время пребывания их в зоне тепло-массообмена будет достаточным, чтобы охладить содержащуюся в них воду. С другой стороны, мелкое дробление воды приводит к интенсификации процесса парообразования, поэтому отвод паровоздушной смеси из рабочей полости башни необходимо осуществлять через конденсатор выпара, в качестве которого целесообразно использовать насадку из колец Рашига.

Для интенсификации процесса отсоса (отвода) паровоздушной смеси из рабочей полости башни на выходе из нее может быть установлен вентилятор. Более того, с этой же целью могут быть использованы струйные насосы, рабочим телом для которых является вода, подлежащая охлаждению, а отсасываемой средой является паровоздушная смесь из полости башни. При этом охлажденная в струйных насосах вода может быть подана вновь для более глубокого охлаждения в рабочую полость башни.

Оптимальная конструктивно-компоновочная схема градирни определяется не только такими ее рабочими характеристиками как расход воды, подлежащей охлаждению, минимальный диапазон понижения температуры воды, начальная температура воды, мощность(и) нагнетательных насосов и т.д., но и оптимизацией паро-водовоздушных потоков в башне. Характер этих потоков определяется (зависит) не только от конструктивного исполнения воздухозаборника, но и от технического решения системы отвода (отсоса) паровоздушной смеси из полости башни. Обычно отсос (отвод) паровоздушной смеси из полости башни осуществляется за счет протока паровоздушной смеси через верхний ее срез, либо через специальные окна, выполненные по кольцу в верхней части башни. В последнем случае верхний торец башни обычно закрыт крышкой.

Однако организовав отсос (отвод) паровоздушной смеси из полости башни через специальную вытяжную колонну в виде полого цилиндра с верхним и нижним торцами, стенки которой перфорированы в той ее части, которая находится в рабочей зоне башни, возможно добиться повышения эффективности работы градирни. При этом степень перфорации растет по высоте вытяжной колонны, что позволяет регулировать массовый расход отсасываемой паровоздушной смеси по высоте башни.

На чертеже изображен продольный разрез градирни.

Градирня содержит башню 1 с воздухозаборными (воздуховходными) окнами 2 над водосборным бассейном 3; водораспределительное устройство. Водораспределительное устройство состоит из следующих компонентов: вертикальный подводящий стояк 4 с закрепленными на нем равномерно поярусно по окружности раздаточными коллекторами 5, перпендикулярно к которым установлены водораспределительные трубы, а на них закреплены разбрызгиватели 6, которые представляют собой многофорсуночные головки с центробежными шнековыми форсунками. При этом разбрызгиватели размещены в параллельных плоскостях со смещением в плоскостях таким образом, чтобы разбрызгиватели равномерно распределялись по площади основания башни.

Отвод паровоздушной смеси из полости башни может быть осуществлен, например, через верхние воздуховыводящие окна, не показанные на чертеже, за счет естественной конвекции воздуха. Для большей интенсификации процесса теплообмена за счет оптимизации паровоздушных потоков в башне отвод паровоздушной смеси может быть осуществлен через заборник паровоздушной смеси, выполненный в виде вытяжной колонны 7 с перфорированной стенкой в той ее части, которая находится в рабочей зоне градирни. Причем степень перфорации стенок растет по высоте вытяжной колонны. Внутри вытяжной колонны 7 выше зоны перфорации установлена решетка 8, на которую засыпана насадка 9 из колец Рашига. Для организации отвода паровоздушной смеси только через заборник паровоздушной смеси башня сверху закрыта крышкой 10.

Для интенсификации процесса отсоса через перфорированные стенки вытяжной колонны 7 в полости колонны над кольцами Рашига 9 может быть установлен отсасывающий (вытяжной) вентилятор 11, а нижний торец вытяжной колонны снабжен крышкой 12 с отверстием 13 для слива сконденсировавшейся влаги в бассейн для сбора охлажденной воды.

Для дальнейшего повышения интенсивности тепло-массообмена в рабочей полости башни за счет увеличения скорости отсоса паровоздушной смеси из полости башни, верхний торец вытяжной колонны 7 закрыт крышкой 14, выполненной в виде конфузора, на которой смонтированы струйные насосы 15 с камерами смешения, имеющие газодинамическую связь с полостью вытяжной колонны 7. Рабочим телом для струйных насосов 15 может быть вода, подаваемая на охлаждение по стояку 4 и далее по коллектору 16, поступающая в рабочие сопла струйных насосов 15, радиально установленных на крышке 14 стакана 7. Для накопления эжекторной воды служат накопительные емкости 18, в которые поступает использованная эжекторная вода из камер смешения струйных водяных насосов. Накопительные емкости 18 снабжены трубопроводами 19, выведенными в полость башни (градирни) над воздуховходными окнами 2. Причем на консолях 20, образованных трубопроводами 19, на подсоединенных к ним раздаточных трубах, не показанных на чертеже, в рабочей полости башни установлены разбрызгиватели 21, выполненные в виде многофорсуночных головок с центробежными шнековыми форсунками.

Градирня работает следующим образом.

Вода для охлаждения подается по стояку 4 в раздаточные коллекторы 5 и в коллектор 16 системы струйных насосов. Через водораспределительные трубы, не показанные на чертеже, вода поступает в многофорсуночные головки 6, которыми осуществляется ее мелкодисперсный распыл. При этом, из-за гидростатического подпора давление подачи воды в форсунки верхнего яруса будет на высоту соответствующего столба жидкости меньше, чем в нижележащих форсуночных головках.

Попав в рабочую полость башни, капли охлаждаются атмосферным потоком воздуха, поступающим из воздухозаборных (воздуховходных) окон 2. С учетом разности средних размеров капель для форсуночных головок разных ярусов и, соответственно, различного времени пребывания каждой отдельной капли в зоне охлаждения, как показывают расчеты, можно добиться одинакового охлаждения всей воды, поступающей в градирню.

Отработанные потоки атмосферного воздуха вместе с выпаром через дренированные стенки вытяжной колонны 7 поступают в ее внутреннюю полость. При этом происходит частичная конденсация выпара. Более полная конденсация происходит при прохождении паровоздушной смесью насадки 9, засыпанной внутрь полости вытяжной колонны 7 на решетку 8. Образовавшийся конденсат падает на крышку 12, откуда через отверстие 13 сливается в бассейн 3.

Для интенсификации воздушных потоков в полости охлаждения, в рабочей полости башни, отработанные потоки атмосферного воздуха после прохождения насадки могут выбрасываться вентилятором 11 в атмосферу. Для организации поступления атмосферного воздуха в рабочую зону градирни только через окна 2 и отсоса паровоздушной смеси только через перфорированные стенки вытяжной колонны 7, башня 1 сверху закрыта крышкой 10.

Дополнительная интенсификация воздушных потоков в рабочей полости башни может быть произведена за счет принудительного отсоса паровоздушной смеси из полости вытяжной колонны 7 через воздухозаборники 17, установленные на крышке 14, являющиеся входными патрубками для забора отсасываемой среды струйными насосами 15, рабочим телом для которых является вода, подаваемая по стояку 4. После выхода из сопла струйного насоса за счет резкого расширения потока вода охлаждается. Далее в камерах смешения струйных насосов при образовании водовоздушной среды происходит дальнейшее охлаждение воды. Пройдя камеру смешения, вода сливается в емкость 18 для накопления эжекторной воды. Из бака 18 вода по трубопроводу 19 самотеком поступает в трубы 20, установленные внизу башни 1, над воздузаборными окнами 2, откуда через форсуночные головки 21 разбрызгивается в рабочую зону башни для дальнейшего охлаждения.

Из-за малости давления в полости форсуночных головок 21, что обусловлено только величиной гидростатического давления в трубопроводе 19, капли воды, создаваемые форсуночными головками 21 будут значительно крупнее, чем капли, создаваемые форсуночными головками 6. Однако периферийное расположение головок и их приближенность к воздухозаборным окнам 2 позволяет при выполнении определенных геометрических соотношений обеспечить в конечном итоге такое же охлаждение жидкости, которое происходит с каплями, поступающими в полость башни из форсуночных головок 6.

Тем самым оптимизация процесса тепло-массообмена, как показывают расчеты, позволяет увеличить на 10-15 градусов диапазон температуры охлаждения воды в градирне, а конденсация пара на кольцах Рашига внутри вытяжной колонны и слив образовавшейся воды в бассейн позволяет сократить потери воды в системе.

Источники информации
1. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические электростанции, М., "Энергия", 1967, с.281-283.

2. Авторское свидетельство СССР на изобретение 465538, кл. F 28 С 1/02, 1971 г.

3. Авторское свидетельство СССР на изобретение 12960056, кл. F 28 С 1/02, 1987 г.

4. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей: Учебник./ Васильев А. П. , Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А. и др.; под ред. В.М. Кудрявцева. - 3-е издание, испр. и доп. М.: Высшая школа, 1983. - 703.

Изобретение предназначено для охлаждения оборотной воды на электростанциях и промышленных предприятиях. Градирня содержит башню с воздуховходными окнами, расположенными над бассейном для сбора охлажденной воды, водораспределительное устройство с разбрызгивателями, поярусно установленными в полости градирни, разбрызгиватели выполнены в виде многофорсуночных головок со шнековыми центробежными форсунками, а башня градирни сверху закрыта крышкой, сквозь которую проходит вытяжная колонна в виде полого цилиндра с верхним и нижним торцами, стенки которой перфорированы в той ее части, которая находится в рабочей зоне градирни, причем степень перфорации растет по высоте вытяжной колонны, в внутри которой, выше зоны ее перфорации, установлена решетка, на которую засыпаны кольца Рашига, а нижний торец вытяжной колонны снабжен крышкой с отверстием для слива сконденсировавшейся влаги в бассейн для сбора охлажденной воды. Верхний торец вытяжной колонны закрыт крышкой, выполненной в виде конфузоров, на которой установлены струйные водяные насосы с камерами смешения, кроме того, вверху градирня снабжена накопительными емкостями, в которые поступает использованная эжекторная вода из камер смешения струйных водяных насосов, накопительные емкости снабжены трубопроводами, выведенными в полость градирни над воздуховходными окнами, на трубопроводах установлены раздаточные трубы с разбрызгивателями в виде многофорсуночных головок с центробежными шнековыми форсунками. В вытяжной колонне над кольцами Рашига установлен отсасывающий вентилятор. Изобретение позволяет интенсифицировать тепломассообмен, в результате чего увеличивается не только температурный диапазон охлаждения воды, но и уменьшается капельный унос воды в атмосферу. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Градирня, содержащая башню с воздуховходными окнами, расположенными над бассейном для сбора охлажденной воды, водораспределительное устройство с разбрызгивателями, поярусно установленными в полости градирни, отличающаяся тем, что разбрызгиватели выполнены в виде многофорсуночных головок со шнековыми центробежными форсунками, а башня градирни сверху закрыта крышкой, сквозь которую проходит вытяжная колонна в виде полого цилиндра с верхним и нижним торцами, стенки которой перфорированы в той ее части, которая находится в рабочей зоне градирни, причем степень перфорации растет по высоте вытяжной колонны, внутри которой, выше зоны ее перфорации, установлена решетка, на которую засыпаны кольца Рашига, а нижний торец вытяжной колонны снабжен крышкой с отверстием для слива сконденсировавшейся влаги в бассейн для сбора охлажденной воды. 2. Градирня по п. 1, отличающаяся тем, что верхний торец вытяжной колонны закрыт крышкой, выполненной в виде конфузоров, на которой установлены струйные водяные насосы с камерами смешения, кроме того, вверху градирня снабжена накопительными емкостями, в которые поступает использованная эжекторная вода из камер смешения струйных водяных насосов, накопительные емкости снабжены трубопроводами, выведенными в полость градирни над воздуховходными окнами, на трубопроводах установлены раздаточные трубы с разбрызгивателями в виде многофорсуночных головок с центробежными шнековыми форсунками. 3. Градирня по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в вытяжной колонне над кольцами Рашига установлен отсасывающий вентилятор.