БЛОК ОРОСИТЕЛЯ ГРАДИРНИ Российский патент 2005 года по МПК F28F25/08 

Изобретение относится к оросительным устройствам градирен, которые находят применение в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий для охлаждения технологически нагретой воды атмосферным воздухом в противоточных градирнях, и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известны оросительные устройства, которые применяют при разработке проектов новых и реконструкции существующих градирен в системах водоснабжения промышленных предприятий в соответствии с действующими нормативно-техническими документами [1. СниП 2.04.02-84 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР] Указанные оросительные устройства имеют различную конструкцию и выполнены из различных материалов: дерево, асбоцемент, полимеры и др. Для удобства установки оросительных устройств в градирни или при их демонтаже отдельные элементы их монтируют в блоки [2. Пособие по проектированию градирен (к СниП 2.04.02-84) "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР - М. ЦИТП Госстроя СССР, 1989 г., с.26-28].

Недостатками известных оросительных устройств является то, что для обеспечения наибольшей поверхности соприкосновения для теплообмена воды с воздухом требуется увеличение высоты оросителя до 4,7 м [2, c.42-45]. При этом увеличивается расход материала на 1 м³ оросителя, увеличивается аэродинамическое сопротивление в системе, что соответственно снижает эффект охлаждения воды. При наличии загрязнений в оборотной воде происходит засорение элементов оросителя, их очистка затруднена, а иногда и невозможна, поэтому требуется полная замена оросителя.

Известны пластиковые блоки оросителей градирен решетчатого типа [3. Опыт применения пластмассовых блоков оросителей градирен фирмой "Балке Дюр" (Германия)]. Однако они материалоемки и не решают проблему их очистки от отложений, трудоемки при монтаже и демонтаже. В последнее время находят применение наиболее эффективные пластмассовые блоки оросителей сетчатого типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является блок оросителя градирни ОП-1 [4. Патент RU №2000535, МПК F 25/28, Блок оросителя градирни, бюл. №33-36 1993 г. - прототип], в котором с целью повышения эффективности теплообмена путем увеличения удельной поверхности оросителя объемные элементы пластмассового блока оросителя дополнительно снабжены вставками, выполненными в виде свернутой в рулон полосы из сетчатого термопластичного материала, которые размещены вертикально внутри каждого элемента, вставки снабжены торцевыми сетками из термопластичного материала. Полоса из сетчатого материала, образующая вставку, выполнена гофрированной.

Выполнение вставок блока оросителя из сетчатого материала, свернутого в рулон, позволяет обеспечить высокое значение удельной поверхности, омываемой водой, разбрызгиваемой на ороситель и взаимодействующей с восходящими потоками воздуха, причем сетчатая структура блоков оросителя позволяет обеспечить эффективное удаление отложений соли, грязи струей воды, подаваемой под давлением.

Недостатками указанного блока оросителя ОП-1 сетчатого типа является большая его материалоемкость из-за многослойности вставок рулонного типа, необходимость монтажа торцевых стенок и скрепляющих сетчатых элементов в виде цилиндров или габионов. При наличии в оборотной воде солей, взвесей в сочетании с маслами, нефтепродуктами и другими примесями на элементах оросителя образуются трудноудаляемые отложения, поэтому предусмотренное прототипом удаление отложений струей воды, подаваемой под давлением, будет недостаточно эффективным, применение простейших физических методов очистки затруднено из-за усложненной конструкции блока оросителя.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования блока оросителя градирни путем уменьшения габаритных размеров устройства при сохранении той же эффективности тепломассообмена за счет выполнения объемных элементов из сетчатого термопластичного полимерного материала и их взаимного расположения, что дает возможность быстрого и удобного монтажа и демонтажа при очистке трудноудаляемых отложений.

Поставленная задача решается путем выполнения блока оросителя градирни, содержащего объемные элементы, изготовленные из сетчатого термостатичного полимерного материала и расположенные в градирне слоями, согласно изобретению блок оросителя градирни представляет собой полый цилиндр с наружным диаметром 500 мм, длиной 500-1000 мм, изготовленный путем скрепления наружной сетки с диаметром ячейки 8×8 мм и внутренней сетки с диаметром ячейки 15×15 мм с каркасными кольцами между сетками и устанавливаемый боковой поверхностью цилиндра к потокам воды и воздуха, в последующих слоях блок разворачивают на 90° по отношению к блоку, установленному в предыдущем слое, для скрепления блока используют 5 каркасных колец, изготовленных из полимерных трубок диаметром 15 мм, причем сетки и кольца скрепляются синтетическим шпагатом или полимерными клипсами.

Предложенный подобранный диаметр блока в сочетании с сетками и определенным размером ячеек, а также определенное положение блоков в зоне оросителя позволяет обеспечить необходимые тепловые и аэродинамические характеристики оросителя в зависимости от его высоты. Предложенный блок оросителя градирни по сравнению с известным проще в изготовлении, легко устанавливается вручную на существующие проективные конструкции градирен, менее материалоемок, при одинаковом объеме оросительного пространства не снижает, а в сравнении с проектными оросителями, которые продолжают широко применяться, повышает эффективность тепломассообмена, трудноудаляемые отложения легко удаляются без разборки блока оросителя.

На фиг.1 показан общий вид оросителя ОСУ с предлагаемой системой скрепления элементов оросителя, где поз.1 - внешняя сетка, поз.2 - внутренняя сетка, поз.3 - каркасные кольца, поз.4 - скрепляющие элементы.

На фиг.2 - общий вид градирни.

На фиг.3 - схема расположения блоков оросителя, которые расположены на отметках 3,15 и 5,30 м во втором, третьем и четвертом слоях.

Блок оросителя градирни работает следующим образом.

ПРИМЕР 1. Испытания проведены на градирне вентиляторного типа с применением вентилятора марки ВГ-70. Элементы оросителя изготовлены из полиэтилена низкого давления марки ПНД 272.

Сетки шириной 1000 мм скреплены в цилиндр диаметром 500 мм шпагатом (клипсами) с пятью кольцами из полиэтиленовых трубок диаметром 16 мм. Блоки устанавливаются в градирню рядами, лежа. Боковые поверхности лежащих цилиндров пронизываются встречными потоками воды и воздуха. При высоте оросителя 1 метр (два слоя) второй слой устанавливается аналогично первому под углом 90 градусов по отношению к нему.

Режим испытания:

- скорость воздуха - 2 м/с;

- плотность орошения - 9 м³/м²ч;

- оросительный расход воздуха - 2 кг/кг;

- температура воды на входе в градирню - 40-43 град;

- температура воды на выходе из градирни 25,7-33,5 град;

- температура атмосферного воздуха по сухому термометру 22,8-25,8;

- температура атмосферного воздуха по мокрому термометру 17,4-19,8;

- относительная влажность атмосферного воздуха 0,48-0,64 ед.;

- барометрическое давление 750 мм рт.ст.

Температурный перепад t_вх-t_вых определяют путем разности усредненных температур воды за сутки на входе и выходе из градирни.

Расход материала на 1 м³ оросителя рассчитывают исходя из конструкции элементов блока оросителя.

Снижение расхода воздуха определяют по разности скорости воздуха до установки оросителя и после. Результаты приведены в таблице 2. Следует отметить, что установка блоков легко проводится вручную. На существующие балочные бетонные перемычки укладывается клеть из проката ⊘14-16 мм с размером ячейки 250×250 мм. Все известные типы оросителей, за исключением деревянных и шиферных, требуют установки такой клети. В случаях неудовлетворительного качества воды отложения, которые могут образовываться на сетках, легко удаляются постукиванием или встряхиванием блока без изменения положения и демонтажа. Прогнозируемый срок службы оросителя - 20 лет. Затраты на оснащение одного квадратного метра орошаемой площади градирни в ценах 2002 г. составляют - 324 грн. в т.ч. НДС.

ПРИМЕР 2. Аналогично примеру 1, длина блока составляет 500 мм, блок скрепляют клипсами из полиэтилена низкого давления ПНД 272.

ПРИМЕР 3. Аналогично примеру 1 высота оросителя составляет 1,5 м (три слоя блоков). Третий слой устанавливается под углом 90 градусов по отношению к второму слою. Затраты на оснащение одного квадратного метра орошаемой площади составляют 486 грн. в т.ч. НДС.

ПРИМЕР 4. Аналогично примеру 1, высота оросителя - 0,5 м (один слой). Установленные лежа блоки перекрывают орошаемую площадь градирни. Затраты на оснащение одного квадратного метра площади градирни составляют 162 грн. в т.ч. НДС.

ПРИМЕР 5. Аналогично примеру 1, тип оросителя решетчатый конструкции фирмы "Балке-Дюр" (Германия), высота оросителя 1,0 м. Ороситель быстрее забивается отложениями. Часть отложений удаляется струей воды, подаваемой под давлением. Трудноудаляемые отложения накапливаются, сокращая срок службы оросителя до полного его демонтажа (примерно в 2 раза). Затраты на оснащение одного квадратного метра орошаемой площади градирни составляют около 1000 гр. в т.ч. НДС.

ПРИМЕР 6 (аналог). Аналогично примеру 1, тип оросителя деревянный капельно-пленочный ДЩ [2, с.26-27, 42-44], высота оросителя - 2,7 м. Ороситель частично забивается отложениями. Срок службы дерева в условиях работы градирни в 2,5-3 раза меньше, чем у полимеров, что приводит к разрушению оросителя, засорению оборотной воды элементами оросителя, попаданию этих элементов в технологические узлы производства. Затраты на оснащение одного квадратного метра орошаемой площади градирни составляют около 600 грн. в т.ч. НДС.

ПРИМЕР 7 (прототип). Аналогично примеру 1, тип оросителя сетчатый (ОП-1), изготовленный из полиэтилена ПНД 272, объемные элементы снабжены вставками диаметром 500 мм, выполненными в виде свернутой в рулон полосы из сетки шириной 1000 мм и размером ячеек 75×75 мм и размещенными вертикально внутри объемного элемента размером 1000×1000 мм. Вставки дополнительно снабжены торцевыми сетками из гофрированного полиэтилена. Блоки оросителя установлены рядами по всей поверхности градирни, торцевой поверхностью вставок к потокам воды и воздуха. Ороситель менее подвержен загрязнению отложениями, однако из-за конструктивных особенностей проводить эффективную очистку блока не представляется возможным. Срок службы оросителя на 20-30% меньше, чем у оросителя ОСЦ (пример 1). Затраты на оснащение одного квадратного метра орошаемой площади градирни составляют 650 грн. в т.ч. НДС.

ПРИМЕР 8 (контрольный). Аналогично примеру 1, размер ячеек сетки 5×5 мм.

ПРИМЕР 9 (контрольный). Аналогично примеру 1 размер ячеек сетки 15×15 мм.

ПРИМЕР 10 (контрольный). Аналогично примеру 1, размер ячеек сетки 8×8 мм.

ПРИМЕР 11 (контрольный). Аналогично примеру 1, размер ячеек сетки 25х25 мм.

ПРИМЕР 12 (контрольный). Аналогично примеру 1, длина блока 350 мм.

ПРИМЕР 13 (контрольный). Аналогично примеру 1, длина блока 1500 мм.

ПРИМЕР 14 (контрольный). Аналогично примеру 1, диаметр блока 400 мм.

ПРИМЕР 15 (контрольный). Аналогично примеру 1, диаметр блока 600 мм.

ПРИМЕР 16 (контрольный). Аналогично примеру 1, для скрепления блока используют 4 каркасных кольца.

ПРИМЕР 17 (контрольный). Аналогично примеру 1, для скрепления блока используют 6 каркасных колец.

ПРИМЕР 18 (контрольный). Аналогично примеру 1, для скрепления блока используют прутья из полиэтилена ПНД 272.

ПРИМЕР 19 (контрольный). Аналогично примеру 1, для скрепления блока используют проволоку из стали ст.3.

ПРИМЕР 20 (контрольный). Аналогично примеру 1, блоки оросителя во втором слое не разворачивают по отношению к блокам первого на 90°.

Как видно из приведенных данных (см. таблицу 2), предложенный блок оросителя градирни (примеры 1-4) по сравнению с прототипом (пример 7) обеспечивает сравнительно одинаковую эффективность тепломассообмена, что подтверждает температурный перепад 13,5-14,0 градусов по сравнению с 13,6 прототипа, при более чем в 2 раза уменьшенном расходе материала на 1 м³ оросителя, что пропорционально снижению затрат на оснащение одного квадратного метра орошаемой площади градирни, в 3 раза снижаются потери воздуха после установки блоков оросителя, по сравнению с передовым полимерным аналогом другого типа (пример 5) и используемым в типовых проектах, деревянным капельно-пленочным оросителем (пример 6) наблюдается улучшение охлаждающего эффекта при температурном перепаде 13,5-14,0° у ОСЦ по сравнению с 10,1-13,3°. По сравнению с прототипом предложенный блок оросителя проще в изготовлении и на 20-30% увеличивает срок эксплуатации благодаря возможности очистки блока от отложений, в случаях неудовлетворительного качества воды. При запредельных значениях размера ячеек сетки (пример 8-11), диаметра блока (примеры 14-15), при установке блоков без разворота на 90 градусов последующего слоя относительно предыдущего (пример 20) снижается эффективность охлаждения. При увеличении длины блока (пример 13) снижается жесткость блока, появляются трудности при монтаже и очистке, при уменьшении размеров (пример 12) возникает необходимость установки дополнительных колец жесткости. При снижении количества каркасных колец (пример 16) снижается жесткость блока. Увеличение каркасных колец (пример 17) или применение более плотного материала для их изготовления (пример 18) приводит к увеличению расхода материала при отсутствии в этом необходимости и необоснованному удорожанию.

Приведенные характеристики определены по экспериментальным данным для указанной в таблице 1 высоты оросителя, при орошении водой с дисперсностью капель 0,1-0,5 мм, плотностью орошения 9 м³/м²ч, скоростью воздуха 2 м/с. Полый цилиндр оросителя создает низкое аэродинамическое сопротивление, что обеспечивает свободный проход воздуха через площадь орошения, поэтому снижение расхода воздуха через градирню после установки оросителя не превышает 3-5%.

Цилиндрическая форма и оптимальный диаметр оросителя обеспечивают перераспределение потоков охлаждаемой воды, в случаях неравномерного орошения системы водораспределения, при этом создается капельно-пленочный режим охлаждения, теплопередача осуществляется с поверхности капель воды, образованных от соударения со стенками сетки, а также за счет образующейся пленки, обтягивающей ячейки сетки.

Все это компенсирует снижение удельной поверхности оросителя по сравнению с известными, имеющими большую насыщенность материалом элементов конструкции оросителя, при этом обеспечивается высокая эффективность теплоснабжения при существенно меньшем расходе материала на единицу объема оросителя. Полый цилиндр блока оросителя содержит значительно меньше армирующих элементов для образования отложений, его эластичность и достаточная прочность обеспечивают удаление отложений путем легкого постукивания и встряхивания, после чего блок оросителя вполне пригоден для повторного использования. Сравнительная эффективность блока подтверждена примерами и сведена в таблицу 2.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый блок проще в изготовлении, удобен при монтаже (легко устанавливается вручную на существующие проектные конструкции градирен), менее материалоемок, при одинаковом объеме оросительного пространства не снижает, а в сравнении с проектными оросителями повышает эффективность тепломассообмена, позволяет легко осуществлять удаление отложений без предварительного демонтажа блока оросителя.

Таблица 1
СООТНОШЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
РАЗМЕРОВВысота оросителя h_ор,.мА, 1/мmСух. ор., 1/мК_ор.х10 м²ч/кг0,51,2290,4716,350,6111,00,6480,5610,630,4681,50,5040,687,630,405

Таблица 2№№ примеров п/пИсходные данные оросителейРезультаты испытанийТип градирниТип оросителяРазмер ячеек сетки, ммРазмер блокаВысота оросителяКо-во каркасных колецМатериал колецМатериал крепежаРасположение блоковРасход материала на 1 м³Снижение расхода воздухаТемпературный перепадПримечаниенаружнаявнутренняядлинадиаметр12345678910111213141516ПНД1.ВГ-70ОСЦ8×815×1510005001,05трубкаклипс шпагатугол 900,0124%14,0не требует механизации, очищается без разборки2.-"--"--"--"-500-"-1,0-"--"--"--"--"-4%14,0увеличение кол-ва колец на 1 м³3.-"--"--"--"-1000-"-1,5-"--"--"--"--"-5%14,5прим. по п.14.-"--"--"--"--"--"-0,5-"--"--"--"--"-3%11,5см. п.15.-"-Балке Дюр----1,0----0,04111%13,3быстрее забивается, труднее очищается6.-"-ДЩ----2,7----0,07115%10,1подвержен разрушению через 4-5 лет7.-"-ОП-175×75-10005001,0---ряды0,03212%13,6см. прим. п.58к-"-ОСЦ5×515×1510005001,05трубкаклипсугол 900,01236%13,1быстрее зарастаниеПНД9к-"--"-15×15-"--"--"--"--"--"--"--"-0,01153%13,0 10к-"--"-8×88×8-"--"--"--"--"--"--"-0,01254,5%13,5см. прим. п.8к11к-"--"--"-20×20-"--"--"--"--"--"--"-0,01163,8%13,0 12к-"--"--"-15×15350-"--"--"--"--"--"-0,01284,0%14,0 13к-"--"--"--"-1500-"--"--"--"--"--"-0,0124,0%14,0ниже жесткость

Продолжение таблицы 2№№ примеров п/пИсходные данные оросителейРезультаты испытанийТип градирниТип оросителяРазмер ячеек сетки, ммРазмер блокаВысота оросителяКо-во каркасных колецМатериал колецМатериал крепежаРасположение блоковРасход материала на 1 м³Снижение расхода воздухаТемпературный перепадПримечаниенаружнаявнутренняядлинадиаметр1234567891011121314151614к-"--"--"--"-1000400-"--"--"--"--"-0,01264,5%13,5 15к-"--"--"--"--"-600-"--"--"--"--"-0,01184,0%13,4см. прим. п.13к16к-"--"--"--"--"-500-"-4-"--"--"-0,0114,0%14,0-17к-"--"--"--"--"--"--"-6-"--"--"-0,01214,0%14,0 18к-"--"--"--"--"--"--"-5прут-"--"-0,0134,0%14,0увелич. расход мат-лаПНД19к-"--"--"--"--"--"--"--"-прут сталь 3-"--"-0,011+ст.34,0%14,0-"-20к-"--"--"--"--"--"--"--"-трубка-"-угол 00,0124,0%13,4 

Изобретение может быть использовано в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий для охлаждения технологически нагретой воды атмосферным воздухом в противоточных градирнях, а также может быть использовано в химической, металлургической и других областях промышленности. Сущность изобретения: блок оросителя градирни содержит объемные элементы, которые изготовлены из сетчатого термопластичного полимерного материала. Блок оросителя градирни представляет собой полый цилиндр с внешним диаметром 500 мм, длиной 500-1000 мм, изготовленный путем скрепления внешней сетки диаметром ячейки 8х8 мм и внутренней сетки с диаметром ячейки 15×15 мм с каркасными кольцами между сетками. Блок устанавливается боковой поверхностью к потокам воды и воздуха. В следующих слоях блок разворачивают на 90⁰ относительно блока, установленного в предшествующем слое. Для скрепления блока используют 5 каркасных колец, изготовленных из полимерных трубок диаметром 15 мм, причем сетки и кольца скрепляются синтетическим шпагатом или полимерными клипсами. Изобретение обеспечивает простоту в изготовлении, удобство в монтаже, позволяет повысить эффективность тепломассообмена, удалять отложения без предшествующего демонтажа блока оросителя. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Блок оросителя градирни, содержащий объемные элементы, которые выполнены из сетчатого термопластичного полимерного материала и расположены в градирне слоями, отличающийся тем, что блок оросителя градирни представляет собой полый цилиндр, изготовленный путем скрепления внешней и внутренней сеток каркасными кольцами и установленный боковой поверхностью цилиндра к потокам воды и воздуха.2. Блок по п.1, отличающийся тем, что полый цилиндр имеет внешний диаметр 500 мм, а длину 500-1000 мм.3. Блок по п.1, отличающийся тем, то внешняя сетка имеет диаметр ячейки 8·8 мм, а внутренняя сетка имеет диаметр ячейки 15·15 мм.4. Блок по п.1, отличающийся тем, что в следующих слоях его разворачивают на 90° относительно блока, установленного в предшествующем слое.5. Блок по п.1, отличающийся тем, что для скрепления блока используют 5 каркасных колец.6. Блок по п.1, отличающийся тем, что каркасные кольца изготовляют из полимерных трубок диаметром 15 мм.7. Блок по п.1, отличающийся тем, что сетки и кольца скрепляются синтетическим шпагатом или полимерными клипсами.