НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ГРАДИРНЯ Российский патент 2023 года по МПК F28C1/00 

Настоящее изобретение относится к оборудованию для охлаждения оборотной воды, выходящей из теплообменного оборудования промышленных предприятий. Для этих целей используются, в том числе, градирни разных типов, использующие сложные башенные конструкции, выбрасывающие в атмосферу большие объемы паров воды. Кроме того, в теплой воде градирен размножаются разные биоорганизмы, на борьбу с которыми применяют сложные химические растворы.

Известна, например, «Вентиляторная градирня» [1] по патенту РФ № 2055292, МПК F28C 1/00 авторов Витенко В.А., Ипатова В.Н. и др.

Градирня содержит вертикальный корпус с воздуховодным проемом, вентилятор под водосборником, водоуловитель, ороситель и водораспределитель с соплами для выпуска воды.

Недостатками данного устройства являются недостаточно высокая эффективность теплообмена, значительные затраты электроэнергии на работу вентиляторов и большие затраты на сооружение корпуса в виде башенной конструкции.

Известна также «Градирня» [2] по патенту РФ № 2511824, МПК F28C 1/16 авторов Лапшина В.Б и Палей А.А.

Градирня содержит расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания, заземленную сетку, установленную в плоскости поперечного сечения башни и установленную на изоляторах с зазором относительно заземленной сетки коронирующих электродов, соединенных с высоковольтным источником питания, разбрызгиватель охлаждаемой воды и водоулавливающее устройство.

Данное изобретение направлено только на частичное сокращение выбросов паров воды из градирни в окружающее пространство. Другими недостатками также являются дополнительные затраты на насосное оборудование для подачи воды под давлением и высокая стоимость башенной конструкции.

Известна «Вентиляторная башенная конструкция с пароуловителем» [3] по патенту РФ № 2520697, МПК F28C 1/02, F28F 25/04 авторов Авруцкого Г.Д., Лазарева М.В. и др.

Градирня содержит водосборный бассейн охлажденной воды, вертикальный корпус, оросительное, водораспределительное и каплеуловительное устройства. Над корпусом установлен пароуловитель в виде купола с конденсатосборным желобом.

Изобретение предназначено только для частичной конденсации влаги из паровоздушной смеси на выходе из градирни с возвратом ее в водосборный бассейн. Другими недостатками данного устройства также являются значительные энергетические затраты на работу насосного и вентиляторного оборудования, на сооружение башенного корпуса и на дополнительные затраты, связанные с сохранением конструкции при ее обмерзании в зимних условиях.

Известна «Всепогодная башенная градирня» [4] по патенту РФ № 2752683 МПК F28C 1/00 авторов Попова А.И. и Щеклеина С.Е.

Градирня содержит водосборный бассейн охлажденной воды, корпус, оросительное, водораспределительное и каплеуловительное устройства, а над корпусом установлен купол с пароуловителем, выполненный из каплесборной сетки, между которыми установлен пакет перфорированных трубок, соединенных воздуховодом с выходами трубки Ранка, а вход последней подключен к компрессору, управляемому контроллером по показаниям датчиков осушенного и влажного воздуха.

Недостатками данной градирни также являются значительные затраты на сооружение башни и на работу распределительного оборудования. Кроме того, из-за недостаточно высокой эффективности тепломассообмена не достигается понижение температуры охлажденной воды, предотвращающей развитие в ней дрейссейны и других биообъектов.

Задачей предлагаемого изобретения является удешевление затрат на создание низкопрофильной (безбашенной) градирни и создание повышенного тепломассообмена в градирне, обеспечивающего снижение температуры охлажденной воды до значений, предотвращающих развитие биообъектов.

Технический результат заключается в следующем:

- использован эффект соляного пруда с рассолом воды, выполняющего роль аккумулятора холода, который может закачиваться компрессором как из атмосферы, так и путем принудительного охлаждения рассола от оборудования чиллера, подключенного к электрической сети;

- водосборный бассейн охлажденной воды, соединенный с теплообменным оборудованием объекта, подключается к соляному пруду (холодильнику) через хладообменный насосный блок;

- в качестве соли для создания рассола в соляном пруду применен хлорид кальция CaCl2, не замерзающий при заданной концентрации до минус 55 градусов Цельсия, либо хлористый натрий - до минус 21 градусов Цельсия;

- в бассейне и в соляном пруду установлены датчики температуры, подключенные к входам контроллера, управляющие выходы которого соединены с компрессором и с чиллером.

Технический результат достигается за счет того, что к водосборному бассейну охлажденной воды градирни, соединенному насосами с теплообменным оборудованием объекта, дополнительно через хладообменный насосный блок подсоединен соляной пруд с рассолом воды, содержащий в рассоле теплообменник компрессора и жидкостный теплообменник чиллера, в бассейн и в соляной пруд введены датчики температуры, подключенные к входам контроллера, управляющие выходы которого соединены с компрессором и чиллером, причем входы компрессора через фильтр подключены к входной воздушной магистрали и воздушному теплообменнику чиллера, его выход- к теплообменнику компрессора в рассоле пруда, а выход этого теплообменника соединен с выходной воздушной магистралью.

Технический результат достигается также за счет того, что в качестве соли для создания рассола в соляном пруду градирни, применен хлористый кальций CaCl₂, либо хлористый натрий NaCl, либо их смесь.

Технический результат достигается также за счет того, что к водосборному бассейну охлажденной воды градирни, соединенному насосами с теплообменным оборудованием объекта, дополнительно через хладообменный насосный блок подсоединен соляной пруд с рассолом воды, содержащий в рассоле теплообменник компрессора и жидкостный теплообменник чиллера, в бассейн и в соляной пруд введены датчики температуры, подключенные к входам контроллера, управляющие выходы которого соединены с компрессором и чиллером, причем входы компрессора через фильтр подключены к входной воздушной магистрали и воздушному теплообменнику чиллера, его выход - к теплообменнику компрессора в рассоле пруда, выход этого теплообменника соединен с выходной воздушной магистралью, а через дополнительный вентиль к воздушному фильтру подключен заземленный теплообменник, соединенный со своей воздушной магистралью.

На чертеже изображена структурная схема «Низкопрофильной градирни».

Градирня содержит теплообменное оборудование 1 АЭС (ТЭЦ) или другого промышленного объекта, соединенное через свой насос 2 с водосборным бассейном 3 охлажденной воды, а рядом с бассейном установлен соляной пруд 4 с рассолом воды, соединенный с бассейном через хладообменный насосный блок 5, состоящий из двухсекционного, например, кожухотрубного теплообменника, одна из секций которого через насос соединена с соляным прудом, а другая так же через свой насос соединена с бассейном. В соляном пруду размещен теплообменник 6 компрессора 7 и жидкостный теплообменник 8 чиллера 9, воздушный теплообменник 10 которого соединен со входом компрессора, а другой вход компрессора и вход воздушного теплообменника чиллера через воздушный фильтр 11 и регулирующий вентиль 12 подключены к входной воздушной магистрали 13, причем к фильтру через дополнительный вентиль 14 подключен заземленный теплообменник 15, имеющий свою входную воздушную магистраль 16. В бассейн охлажденной воды, в соляной пруд и на выходную воздушную магистраль 17 подключены датчики температур соответственно 18, 19, 20, соединенные со входами контроллера 21, выходы которого подключены к компрессору, чиллеру, насосу теплообменного оборудования объекта и к насосам 22, 23 двухсекционного теплообменника 24 в хладообменном насосном блоке.

«Низкопрофильная градирня» АЭС (ТЭЦ) и для других промышленных объектов, требующих охлаждения, работает следующим образом.

Для нормального функционирования любого объекта, требующего охлаждения, необходимо поддерживать температуру в соляном пруду 4 с рассолом воды (холодильнике) значительно ниже, чем температура в водосборном бассейне 2 охлажденной воды, подаваемой затем через насос 2 на теплообменное оборудование 1 объекта.

При низкой температуре воздуха (около нуля градусов и при отрицательной температуре) включается компрессор 7 и через открытый вентиль 12 атмосферный воздух по магистрали 13 через фильтр 11 нагнетается в теплообменник 6 компрессора, охлаждающий температуру рассола соляного пруда 4, и удаляется через выходную магистраль 17 в атмосферу.

При не высоких положительных значениях атмосферного воздуха охлаждение рассола производится от заземленного на достаточную глубину теплообменника 15, при этом атмосферный воздух, попадая через входную воздушную магистраль 16, охлаждается в теплообменнике 15 и через открытый вентиль 14, фильтр 11 компрессором 7 подается в теплообменник 6 и далее также через выходную магистраль 17 возвращается в атмосферу.

При высоких положительных значениях атмосферного воздуха, характерных для южных регионов страны, а также для стран Азии и Африки, охлаждение рассола в соляном пруду 4 может производиться посредством холодильного оборудования, например, чиллера 9, подключенного к электрической сети.

В этом случае используется как воздушный теплообменник 10, так и жидкостный теплообменник 8 чиллера. Охлажденный атмосферный воздух в воздушном теплообменнике 10 чиллера через компрессор 7 нагнетается в теплообменник 6, охлаждая рассол и через выходную воздушную магистраль 17 возвращается в атмосферу. Более эффективное охлаждение от чиллера 9 производится через жидкостный теплообменник 8, находящегося непосредственно в рассоле соляного пруда 4.

Управление градирней осуществляется оператором визуально по показаниям датчиков и приборов или автоматически от запрограммированного контроллера 21.

Управляющий контроллер 21 по показаниям датчиков 19, 20, находящихся в соляном пруду 4 и в выходной магистрали 17 определяет температуру раствора и выдает соответствующие команды на время включения только компрессора 7 или на включение компрессора и чиллера 9 в одновременную работу. В результате обмена с теплой водой, поступающей с теплообменного оборудования 1 объекта, в водосборном бассейне 3 температура воды также увеличивается. На основании показаний датчиком 18 значений этих температур контроллер 21 включает насосы 22, 23 хладообменного насосного блока 5 и вода водосборного бассейна 3, перекачиваемая через двухсекционный теплообменник 24 хладообменного блока будет охлаждаться до установленных температур. Вместо кожухотрубного теплообменника 24 могут применяться любые другие, в которых теплообмен между двумя потоками осуществляется через поверхности труб или пластин с разными потоками.

Чиллеры, как холодильные машины, используемые в центральных системах кондиционирования, имеют холодопроизводительность до тысяч кВт и выпускаются как с воздушным, так и с водяным охлаждением конденсатора. Чиллеры могут быть со встроенной насосной станцией (гидроциркулирующим модулем), так и без этого модуля, поэтому к таким чиллерам подбирается соответствующая насосная станция.

Соляной пруд 4 с раствором соли является аккумулятором тепловой энергии с отрицательными значениями и его хладопроизводительность зависит как от объема рассола, так и от его концентрации.

Водный раствор хлорида кальция, не замерзающий до температуры минус 55 градусов Цельсия, должен иметь [5] концентрацию соли в рассоле 29%, а его плотность составит 1285 кг/м³. При подборе необходимых параметров рассола могут применяться смешанные составы необходимых солей.

Известные градирни, содержащие теплую воду, являются постоянным источником питательной среды для биологического обрастания теплообменного оборудования 1 объектов мидиями, устрицами, дрейссеной и т.п. Это объясняется невозможностью охлаждения воды до не благоприятных для размножения биоорганизмов температур.

Кроме того, известные градирни, брызгальные бассейны и т.п. допускают большие объемы выноса водяных паров в атмосферу. Известно, что в среднем при снижении температуры воды на шесть градусов Цельсия происходит испарение ее объема до 1%. Необходимость избавляться от водяных паров поясняется фактом, что каждая тонна пара, выброшенная в атмосферу, эквивалентна по парниковому эффекту 360 кг углекислого газа [6].

Учитывая преимущества предлагаемого изобретения: менее затратное строительство, возможность поддерживать более низкие температуры и незначительные испарения водяных паров в атмосферу, следует ожидать значительного положительного эффекта от его внедрения в разные отрасли промышленности.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Витенко В.А. Ипатов В.Н. и др. Вентиляторная градирня. Патент РФ № 2055292, МПК F28C 1/00.

2. Лапшин В.Б, Палей А.А. Градирня. Патент РФ № 2511824, МПК F28C 1/16

3. Авруцкий Г.Д., Лазарев М.В. и др. Вентиляторная башенная градирня.

Патент РФ № 2520697, МПК F28C 1/02; F28F 25/04.

4. Попов А.И., Щеклеин С.Е. Всепогодная башенная градирня. Патент РФ №2752683, МПК F28 1/00.

5. Теплофизические свойства и температуры замерзания растворов NaCl и CaCl₂. [электронный ресурс] Thermalinfo.ru

6. Информационное агенство PRoАтом [электронный ресурс] www.proatom.ru.

Изобретение относится к охлаждению оборотной воды в теплообменном оборудовании промышленных объектов. Низкопрофильная градирня характеризуеся тем, что к водосборному бассейну охлажденной воды, соединенному насосами с теплообменным оборудованием объекта, дополнительно через хладообменный насосный блок подсоединен соляной пруд с рассолом воды, содержащий в рассоле теплообменник компрессора и жидкостный теплообменник чиллера, в бассейн и в соляной пруд введены датчики температуры, подключенные к входам контроллера, управляющие выходы которого соединены с компрессором и чиллером, причем входы компрессора через фильтр подключены к входной воздушной магистрали и воздушному теплообменнику чиллера, его выход - к теплообменнику компрессора в рассоле пруда, выход этого теплообменника соединен с выходной воздушной магистралью, а через дополнительный вентиль к воздушному фильтру подключен заземленный теплообменник, соединенный со своей воздушной магистралью. Технический результат - менее затратное строительство, возможность поддерживать более низкие температуры и незначительные испарения водяных паров в атмосферу. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Низкопрофильная градирня, характеризующаяся тем, что к водосборному бассейну охлажденной воды, соединенному насосами с теплообменным оборудованием объекта, дополнительно через хладообменный насосный блок подсоединен соляной пруд с рассолом, содержащий теплообменник компрессора и жидкостный теплообменник чиллера, в бассейн и в соляной пруд введены датчики температуры, подключенные к входам контроллера, управляющие выходы которого соединены с компрессором и чиллером, причем входы компрессора через фильтр подключены к входной воздушной магистрали и воздушному теплообменнику чиллера, его выход - к теплообменнику компрессора в соляном пруду, а выход этого теплообменника соединен с выходной воздушной магистралью.

2. Низкопрофильная градирня по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве соли для создания рассола в соляном пруду применен хлористый кальций СаСl₂, либо хлористый натрий NaCl, либо их смесь.

3. Низкопрофильная градирня, характеризующаяся тем, что к водосборному бассейну охлажденной воды, соединенному насосами с теплообменным оборудованием объекта, дополнительно через хладообменный насосный блок подсоединен соляной пруд с рассолом, содержащий теплообменник компрессора и жидкостный теплообменник чиллера, в бассейн и в соляной пруд введены датчики температуры, подключенные к входам контроллера, управляющие выходы которого соединены с компрессором и чиллером, причем входы компрессора через фильтр подключены к входной воздушной магистрали и воздушному теплообменнику чиллера, его выход - к теплообменнику компрессора в соляном пруду, выход этого теплообменника соединен с выходной воздушной магистралью, а через дополнительный вентиль к воздушному фильтру подключен заземленный теплообменник, соединенный со своей воздушной магистралью.