ГРАДИРНЯ Российский патент 2007 года по МПК F28C1/00 

Изобретение относится к теплообменным агрегатам, а более конкретно к оросительным холодильным сооружениям (непосредственного контакта) типа градирен и может быть использовано в нефтехимической промышленности.

Известны аналоги - вентиляторные градирни (Гладков В.А., Арефьев Ю.И., Пономаренко B.C. «Вентиляторные градирни». М.: Стройиздат, 1976 г., с.127, Рис.33), включающие корпус (каркас, скрепленный с панелями, образующими сплошной корпус) и размещенные внутри корпуса водоподающие сопла. Причем корпус градирни имеет специальную форму - снизу цилиндрическую - со свободными проемами у поверхности почвы и более сложную форму (под установку вентилятора) наверху. В верхней части градирни установлен осевой вентилятор, приводимый в действие электродвигателем. Сущность работы градирен-аналогов состоит в том, что «горячая» оборотная вода, подаваемая из производственного процесса к градирне, попадает вовнутрь корпуса в водоподающие сопла, которые формируют водяные потоки - струи заданной длины и диаметра. В это время включенный электродвигатель вращает лопасти осевого вентилятора, который засасывает воздух в свободные проемы (выполненные внизу цилиндра корпуса градирни) и прокачивает его через струи воды. Водяные струи передают тепло воздушному потоку и вентилятором выбрасываются в атмосферу. Охлажденная вода собирается в нижней части - на днище градирни, насосом возвращается в производственный процесс для повторного использования.

Недостатком конструкций-аналогов - вентиляторных градирен являются:

- необходимость расхода электроэнергии двигателя вентилятора и

- затраты, связанные с прокладкой и обслуживанием силовой и управляющей электрических линий вентилятора.

Известна вентиляторная градирня, содержащая вытяжную башню с воздуховодными окнами по периметру в нижней части, воздухоуловитель, водораспределительную систему с сужающимися соплами и расположенной симметрично относительно продольной оси башней, ороситель и бассейн, который разделен на секции перегородками, выполненными из биметалла зигзагообразно с образованием в секции чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров (Патент РФ №2200924, 7 F 28 С 1/00, БИПМ №8, 2003 г.). Недостатком работы указанной градирни является также завышенный расход электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструкция башенной градирни с естественной тягой, используемая для охлаждения воды в промышленности (Справочник по теплообменникам. В 2-х томах. Том 2. Пер. с англ. Под ред. О.Г.Мартыненко и др. - М.: «Энергоиздат», 1987 г., с.128-129. Раздел 3.12.3, рис.1). Конструкция градирни включает корпус башенного типа (высокий каркас с «окожушкой») и открытыми (для притока воздуха) проемами в кожухе. Проемы выполнены в нижнем припочвенном поясе кожуха градирни. Внутри корпуса башенной градирни размещены водоподающие сопла.

Сущность работы указанной градирни состоит в следующем. Подлежащая охлаждению оборотная вода из производственного цикла подается насосом к градирне и поступает внутрь корпуса в водоподающие сопла. Сопла формируют поток воды в виде струй (необходимых размеров - длины и диаметра), пленок, смешанных капельно-воздушных потоков, увеличивая открытую-контактную поверхность теплообмена. В это же время через открытые нижние проемы (в корпусе градирни) под действием башенной самотяги в корпус поступают воздушные потоки, которые, контактируя с поверхностью струй (пленок, капель), забирают часть тепловой энергии. Отконтактировавший воздух с парами воды поднимается в верхнюю часть башенного корпуса и «уходит» в атмосферу. Температура потоков воды понижается. Струи воды далее свободно падают в нижнюю часть градирни, попадая на собирающее днище. Затем насосом вода возвращается в производственный цикл. Недостатком конструкции градирни являются: - невысокая допустимая удельная тепловая нагрузка на градирню и повышенная температура возвращаемой (в производство) охлажденной воды (в летнее время). Указанные недостатки обусловлены невысокими скоростями естественного самовытяжного движения охлаждающего воздушного потока, снижающими интенсивность теплообменного процесса.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение интенсивности теплообмена за счет увеличения скорости движения воздушных потоков и дополнительного подсоса «холодного» воздуха энергией водяных потоков, а также снижение потребляемой электроэнергии.

Поставленная задача достигается тем, что градирня содержит корпус с воздухоподающими соплами, проемы в кожухе и дополнительные проемы, водовоздушный эжектор. Согласно изобретению каждое водоподающее сопло размещено внутри введенной в корпус трубной оболочки, водовоздушные эжекторы образованы указанными воздухоподающими соплами и трубными оболочками, при этом зазоры между воздухоподающими соплами и трубными оболочками заполнены воздухом, а дополнительные проемы образованы указанными зазорами, при этом водоподающие сопла и трубные оболочки размещены внутри кожуха градирни так, что их входные торцы расположены вблизи проемов в кожухе. Соотношение внутреннего диаметра трубной оболочки и внешнего диаметра водоподающего сопла составляет 1,05-1,03:1.

На Фиг.1, 2 изображены продольные разрезы предлагаемой градирни. На обоих разрезах для упрощения показано по два сопла с трубными оболочками. Каркас градирни условно не показан. В варианте на Фиг.1 трубные оболочки вставлены в кожух градирни. В варианте на Фиг.2 они размещены внутри кожуха с входными торцами, расположенными вблизи существующих проемов в кожухе. Предложенная градирня представляет собой каркасно-щитовой корпус 1 с открытыми внизу свободными проемами 2. Введенные трубные оболочки 3 по варианту на Фиг.1 вставлены в корпус 1 с образованием дополнительных кольцевых проемов 4. По варианту на Фиг.2 трубные оболочки 3 размещены внутри корпуса 1 так, что их входные торцы 5 расположены вблизи существующих проемов 2. Внутри каждой трубной оболочки 3 размещено водоподающее сопло 6, запитываемое от коллектора 7, расположенного снаружи - Фиг.1 или внутри - Фиг.2 корпуса 1 градирни. Размеры каждой трубной оболочки 3 и водоподающего сопла 6 приняты из условия образования водовоздушного эжектора (возникновения в кольцевом проеме - зазоре 4 между соплом 6 и оболочкой 3 вакуума, инжектирующего воздух).

Работа предложенной градирни заключается в следующем. Использованная в производстве циркулирующая оборотная вода с запасом тепловой и кинетической энергии поступает в коллектор 7 и затем в водоподающее сопло 6. При скоростном истечении воды из сопел 6, размещенных внутри трубных оболочек 3, образуется вакуум (в соответствии с теорией работы струйных аппаратов), который засасывает внутрь корпуса 1 градирни дополнительный (к поступающему из проемов 2) воздушный поток. Засасываемый воздушный поток, разгоняемый камерным вакуумом, приобретает дополнительный прирост скорости к скорости, создаваемой самотягой. Причем в варианте на Фиг.1 забираемый в кольцевые зазоры 4 воздушный поток является дополнительным объемом к потоку, поступающему в корпус 1 градирни через проемы 2.

В случае, если устройство дополнительных проемов в корпусе 1 градирни усложняет конструкцию корпуса 1, допустимо размещать входные торцы 5 трубных оболочек 3 вблизи уже существующих проемов 2, как приведено на Фиг.2.

Благодаря предложенному решению - реализации на базе водоподающих сопел водовоздушных эжекторов увеличены скорость и объем воздушных масс, проходящих через градирню, что обеспечивает повышение интенсивности теплообмена, увеличение объема выбрасываемого нагретого воздуха и снижение температуры охлажденной в градирне (и вновь подаваемой на производство) оборотной воды. Реализованный дополнительный и ускоренный поток воздуха, увлекаемый эжектирующей жидкостью - водой и направленный в верхнюю часть градирни, увеличивает массовую долю распыленной воды, находящейся в градирне во взвешенном состоянии, т.е. более длительное время контактирующей с «холодным» воздухом, что также повышает интенсивность теплообмена. Причем возможно не только всасывание воздуха введенными конструкциями струйных аппаратов из существующих проемов градирни, но могут быть организованы отдельные кольцевые зазоры-проемы в кожухе градирни.

Предложенным решением полезно использована ранее невостребованная часть энергии струи воды - кинетическая, придаваемая ей существующими насосами, осуществляющими перекачу воды. Более того, невостребованная ранее кинетическая энергия струй воды реализовалась в повышенном эрозионном износе внутренних поверхностей и элементов градирни.

С внедрением предложенного технического решения доля кинетической энергии струй, приводящих к износу оборудования, снижена. Ниже в таблице приведен пример и технико-экономические показатели работы предложенной градирни в промышленных условиях.

Показатели работы градиренГрадирня по прототипуПредлагаемая градирня1. Расход воды, м.куб./ч450045002. Расход воды на подпитку (потери), м.куб/ч4002303. Температура подаваемой воды, °C28284. Температура охлажденной воды, °C22194. Наличие электродвигателей, шт.3-5. Расход воздуха на охлаждение, м.куб/ч330035006. Поверхность охлаждения, отн. ед11,2

Из таблицы видно преимущество работы предлагаемой градирни. Внедрение намечено на 1 кв. 2005 г. в ЗАО «Куйбышевазот». Ожидаемый экономический эффект составит 1,8 млн. руб в год.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и оросительным холодильным сооружениям непосредственного контакта. Градирня содержит корпус с воздухоподающими соплами, проемы в кожухе и дополнительные проемы, водовоздушный эжектор. Каждое водоподающее сопло размещено внутри введенной в корпус трубной оболочки, водовоздушные эжекторы образованы указанными воздухоподающими соплами и трубными оболочками, при этом зазоры между воздухоподающими соплами и трубными оболочками заполнены воздухом, а дополнительные проемы образованы указанными зазорами, при этом водоподающие сопла и трубные оболочки размещены внутри кожуха градирни так, что их входные торцы расположены вблизи проемов в кожухе. Изобретение позволяет повысить интенсивность теплообмена за счет увеличения скорости движения воздушных потоков и дополнительного подсоса «холодного» воздуха энергией водяных потоков, а также экономить энергоресурсы предприятия. 2 ил., 1 табл.

Градирня, содержащая корпус с воздухоподающими соплами, проемы в кожухе и дополнительные проемы, водовоздушный эжектор, отличающаяся тем, что каждое водоподающее сопло размещено внутри введенной в корпус трубной оболочки, водовоздушные эжекторы образованы указанными воздухоподающими соплами и трубными оболочками, при этом зазоры между воздухоподающими соплами и трубными оболочками заполнены воздухом, а дополнительные проемы образованы указанными зазорами, при этом водоподающие сопла и трубные оболочки размещены внутри кожуха градирни так, что их входные торцы расположены вблизи проемов в кожухе.