Способ охлаждения воды в башенной градирне и блок оросителя Российский патент 2024 года по МПК F28C1/00 F28F25/08 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэнергетики, касается, в частности, эксплуатации теплоэнергетического оборудования и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях.

Уровень техники

Известен способ охлаждения жидкости в градирне (RU 2228501, приоритет от 16.05.2002, МПК F28C 1/00), который включает подачу воды, ее распыление и теплообмен с охлаждающим воздухом, причем охлаждение ведут в активных зонах градирни, образованных потоками охлаждающего воздуха. Потоки охлаждающего воздуха не совпадают по направлению и величине со скоростью частиц распыляемой форсунками жидкости, причем потоки воздуха получают за счет его принудительного удаления из верхней части градирни.

Недостатком данного способа является необходимость использования принудительного удаления воздуха из верхней части градирни, что обуславливает увеличение затрат на собственные нужды, а также необходимость реконструкции водораспределительной системы с форсунками для подачи и распыления воды в активных зонах.

Известна градирня (RU 2256136, приоритет от 03.02.2004, МПК F28C 1/00), содержащая башню с многосекционным закручивающим устройством в виде криволинейных направляющих элементов и трубопровод для подачи воды, криволинейные направляющие элементы выполняют дискретными и переменными по направлению, причем в конце каждого элемента в его нижней части размещают порог для разделения потоков, а с внешней стороны устройство снабжают лотками с разбрызгивающими и переливающими приспособлениями, при этом в верхней части каждого лотка располагают окно, соединенное с порогом, а в нижней части - перфорированная пластина, соединенная с криволинейным направляющим элементом, причем в верхней части трубопровода размещают разбрызгивающее устройство.

Недостатком изобретения является то, что его реализация потребует существенных затрат на реконструкцию внутреннего оборудования существующих градирен.

Известна градирня (RU 2295099, приоритет от 15.12.2004, МПК F28C 1/00), 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.

Недостатком данной градирни является увеличение аэродинамического сопротивления вследствие увеличения скорости движения воздушных потоков, что может снизить производительность.

Известна градирня (RU №2535903, приоритет от 07.06.2013, МПК F28C 1/00), содержащая башню, в нижней части которой расположено окно с установленными в нем щитами под углом 60-75° к касательной, проведенной к окружности основания башни, водоразбрызгивающую и оросительную системы, отличающаяся тем, что щиты выполнены в виде трубчатых элементов, установленных с шагом не более длины трубчатого элемента, причем трубчатые элементы связаны между собой трубопроводом от водоразбрызгивающей системы, а по нижней поверхности трубчатых элементов равномерно расположены отверстия для распыла воды с образованием тангенциальных воздуховходных каналов, при этом по периметру градирни под углом 10-15° образована наклонная поверхность.

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность охлаждения воды в градирне, поскольку закрутка воздушного потока происходит на входе, а не в оросительной системе, где происходит основной теплообмен между водой и охлаждающим воздухом.

Известен воздуховвод башенной испарительной градирни с турбулизацией вихревого потока (RU 2196947, приоритет от 22.03.2001, МПК F28C 1/00, Е04Н 5/12), содержащий ветронаправляющие щиты, расположенные в подветренных входных окнах башни градирни по касательной к окружности, вписанной в ее основание, для создания в подоросительном пространстве турбулентного вихревого течения воздушных масс, отличающийся тем, что на поверхности ветронаправляющих щитов создается шероховатость с различными высотой и густотой выступов.

Недостатком данного технического решения является низкая интенсификация теплообмена, поскольку турбулентное вихревое течение воздушных масс реализуется в подоросительном пространстве, а не в оросительной системе, где происходит основной теплообмен между водой и охлаждающим воздухом.

Известен ороситель градирни (RU 2141617, приоритет от 18.08.1997, МПК F28F 25/08), который выполнен в виде модуля из слоев полимерных ячеистых цилиндрических труб, размещенных во всех слоях параллельно друг другу, сваренных между собой по торцам модуля в местах соприкосновения. Трубы в смежных слоях могут быть размещены в шахматном порядке относительно друг друга.

Недостатком данного технического решения является низкая интенсификация теплообмена.

Известно применение оросителя градирни в качестве водоуловителя градирен (RU 2337296, приоритет от 19.03.2007, МПК F28F 25/04), при этом ороситель представлен в виде модуля из слоев полимерных ячеистых труб, размещенных во всех слоях параллельно друг другу и сваренных по торцам модуля между собой в местах соприкосновения, причем по торцам модуля перед процессом сварки концевым участкам полимерных ячеистых труб придается форма конического диффузора высотой 0,2-0,5 их диаметра и углом 30-60° относительно их центральной оси в качестве водоуловителя градирен.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции оросителя, что увеличивает его себестоимость.

Известна аэродинамическая градирня (RU 2516986, приоритет от 20.12.2012, МПК F28C 1/00), содержащая вытяжную башню с воздухонаправляющими щитами у входных окон и расположенное в башне ветровое колесо, соединенное с генератором, отличающаяся тем, что в нее введен ороситель с наклонными плоскостями, образующий с ветровым колесом единую конструкцию.

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность охлаждения воды в градирне, поскольку закрутка воздушного потока происходит на входе, а не в оросительной системе, где происходит основной теплообмен между водой и охлаждающим воздухом.

Известна тепломассобменная насадка градирен (RU 100207, приоритет от 25.05.2010, МПК F28F 25/08), которая выполнена в виде модуля из слоев полимерных сетчатых оболочек, выполненных цилиндрическими, размещенных во всех вертикальных слоях параллельно друг другу и сваренных по торцам модуля между собой в местах соприкосновения, причем на нижней поверхности модуля установлены дистанцирующие вставки. Также каждая дистанцирующия вставка может быть выполнена в виде лопастного завихрителя, представляющего собой полимерный цилиндр с лопатками на внутренней или внешней поверхности.

Недостатком данного технического решения является его низкая эксплуатационная эффективность.

Известен ороситель градирни (RU 219808, приоритет от 24.01.2023, МПК F28F 25/08) в виде модуля, выполненного из слоев цилиндрических полимерных сетчатых оболочек, размещенных во всех вертикальных слоях параллельно друг другу и прочно сваренных по торцам модуля между собой в местах соприкосновения, отличающийся тем, что для создания пленочного режима течения охлаждаемой жидкости, при котором коэффициент тепломассоотдачи имеет максимальное значение, ячейки сетчатых оболочек оросителя имеют размеры, обеспечивающие соотношение a/L=0,3÷0,8 (а - ширина ячейки, L - длина ячейки).

Недостатком данного технического решения является также низкая интенсификация теплообмена.

Наиболее близкими к заявленному изобретению является градирня (варианты) (BY 12539, приоритет от 24.04.2007, МПК F28C 1/00), содержащая основание и корпус с воздуховходными окнами в его нижней части, ороситель, расположенный над водосборным бассейном, водоразбрызгивающую систему, расположенную над оросителем, и расположенное в воздуховходных окнах устройство для закрутки воздушного потока, входящего в градирню, отличающаяся тем, что центральная часть основания, расположенная над уровнем воды в водосборном бассейне, выполнена в виде конуса с криволинейной образующей либо в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, на поверхности которого установлено устройство для закрутки воздушного потока в виде не менее 5 криволинейных пластин, а высота оросителя выполнена переменной, изменяющейся по радиусу оросителя, и охарактеризована следующей функциональной зависимостью:

где R - переменная координата по радиусу оросителя, изменяющаяся от 0 до R_op;

R_op - максимальное значение радиуса оросителя;

h(R/R_op) - высота оросителя на относительном расстоянии R/R_op, отсчитываемом по радиусу от центра оросителя;

h_op - высота оросителя при R, равной R_op, определяемая из условия: объем, занимаемый оросителем радиуса R_op с переменной высотой h(R), равен объему, занимаемому оросителем такого же радиуса R_op, но с одинаковой высотой по его радиусу.

Градирня, содержащая основание и корпус с воздуховходными окнами в его нижней части, ороситель, расположенный над водосборным бассейном, водоразбрызгивающую систему, расположенную над оросителем, и расположенное в воздуховходных окнах устройство для закрутки воздушного потока, входящего в градирню, отличающаяся тем, что центральная часть основания, расположенная над уровнем воды в водосборном бассейне, выполнена в виде конуса с криволинейной образующей либо в виде усеченного конуса с криволинейной образующей, на поверхности которого установлено устройство для закрутки воздушного потока в виде не менее 5 криволинейных пластин, а ороситель в ней выполнен в виде не менее 3 кольцевых секций, причем высота оросителя в каждой кольцевой секции постоянна, а значение высоты оросителя для каждой секции определено из следующей функциональной зависимости:

где i - номер кольцевой секции в оросителе;

R_i - координата по радиусу оросителя, отсчитываемая от центра оросителя и соответствующая внешней границе i-ой кольцевой секции;

R_op - максимальное значение радиуса оросителя;

h_i(R_i/R_op) - высота оросителя в i-ой кольцевой секции оросителя;

h_op - высота оросителя в самой удаленной от центра оросителя кольцевой секции (при R_i, равной R_op), определенная из условия: объем, занимаемый указанным секционированным оросителем радиуса R_op, равен объему, занимаемому оросителем такого же радиуса R_op, но с одинаковой высотой по его радиусу.

Недостатком данного технического решения является низкая интенсификация теплообмена.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей изобретения является повышение интенсификации теплообмена.

Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение охлаждающей способности и производительности градирен, а также повышение экономичности работы турбоустановок за счет интенсификации теплообмена в оросителях градирен на тепловых и атомных электростанциях.

Технический результат достигается тем, что используют способ охлаждения воды в башенной градирне, в котором подают от конденсатора турбоагрегата, распределяют и разбрызгивают охлаждаемую воду, противопотоком подают и закручивают поток воздуха, а охлажденную воду направляют в конденсатор турбоагрегата, при этом поток воздуха подают снизу блока оросителя, внутри блока оросителя охлаждают воду тем, что поток воздуха закручивают, после чего стабилизируют и спрямленный поток воздуха выводят сверху блока оросителя.

Технический результат достигается тем, что используют блок оросителя, выполненным в виде трубчатых элементов, размещенных вертикально параллельно друг другу и скрепленных между собой в местах соприкосновения наружных поверхностей, при этом каждый трубчатый элемент включает в себя расположенные последовательно по ходу движения потока воздуха участки завихрения и стабилизации, а внутри каждого трубчатого элемента соосно его продольной оси на участке завихрения установлены винтообразные завихрители, причем длина участка стабилизации равна пяти эквивалентным диаметрам проходного сечения трубчатого элемента.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан ороситель башенной градирни.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - блок оросителя;

2 - трубчатый элемент оросителя.

На фиг. 2 показана схема закручивания потока в оросителе башенной градирни.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

1 - блок оросителя;

2 - трубчатый элемент оросителя;

3 - участок завихрения;

4 - участок стабилизации;

5 - завихритель;

6 - траектория движения потока воздуха.

На фиг. 3 показана принципиальная схема системы оборотного водоснабжения с реализацией способа закручивания потока в оросителе башенной градирни.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения:

I - блок оросителя;

7 - конденсатор турбоагрегата;

8 - градирня башенного типа;

9 - циркуляционные насосы;

10 - циркуляционные водоводы;

11 - форсунки водораспределительной системы;

12 - воздухорегулирующее устройство.

Осуществление изобретения

Блок оросителя 1 (фиг. 1 и 3) выполнен из трубчатых элементов 2 (фиг. 1 и 2), которые могут быть изготовлены, например, из полимерных материалов с помощью экструзии - процесса постоянного формирования полимерного изделия посредством продавливания расплава через формующую головку. Трубчатые элементы 2 (фиг. 1 и 2) размещают вертикально параллельно друг другу и скрепляют между собой в местах соприкосновения наружных поверхностей, например, приклеиванием при нагреве поверхностей из полимерных материалов в местах контакта. Каждый трубчатый элемент 2 (фиг. 1 и 2), включает в себя расположенные последовательно по ходу движения потока воздуха участки завихрения 3 (фиг. 2) и участок стабилизации 4 (фиг. 4), при этом внутри каждого трубчатого элемента 2 (фиг. 1 и 2) соосно его продольной оси на участке завихрения 3 (фиг. 2) установлены винтообразные завихрители 5 (фиг. 2), а длина завихрителя 5 (фиг. 2) эквивалентна длине участка завихрения 3 (фиг. 1 и 2) и определяется функциональным назначением участка завихрения 3 (фиг. 2). Длина участка стабилизации 5 (фиг. 2) равна пяти эквивалентным диаметрам проходного сечения трубчатого элемента 2 (фиг. 2). Экспериментально доказано, что именно такое соотношение является необходимым и достаточным для стабилизации потока. Завихрители 5 (фиг. 2), которые, например, также изготавливаются из полимерных материалов с помощью экструзии, устанавливают на участке завихрения 3 (фиг. 2) и закрепляют, например, с помощью сил трения при натяге.

Способ охлаждения воды в башенной градирне реализуют следующим образом:

- подают от конденсатора турбоагрегата 7 (фиг. 3) охлаждаемую воду в башенную градирню (фиг. 3);

- распределяют и разбрызгивают охлаждаемую воду, например, с помощью форсунок 11 (фиг. 3) водораспределительной системы сверху блока оросителя 1 (фиг. 1-3);

- через воздухорегулирующее устройство 12 (фиг. 3) снизу блока оросителя 1 (фиг. 1-3) противопотоком охлаждаемой воде подают поток воздуха;

- в блоке оросителя 1 (фиг. 1-3) с помощью завихрителей 5 (фиг. 2) обеспечивают закручивание поднимающегося вверх потока воздуха и охлаждение падающей вниз воды;

- стабилизируют поток воздуха на участке стабилизации 4 (фиг. 2);

- спрямленный поток воздуха выводят сверху блока оросителя 1 (фиг. 1-3) без вращательного движения;

- охлажденную воду направляют в конденсатор турбоагрегата.

Реализация заявленного способа с использованием блока оросителя показана на следующем примере.

Блок оросителя 1 (фиг. 3) устанавливают в градирню башенного типа 8 (фиг. 3), сверху блока оросителя 1 (фиг. 3) с помощью форсунок 11 водораспределительной системы (фиг. 3) разбрызгивают охлаждаемую воду, подаваемую по циркуляционным водоводам 10 (фиг. 3) после конденсатора турбоагрегата 7 (фиг. 3) с помощью циркуляционных насосов 9 (фиг. 3), снизу блоков оросителя 1 (фиг. 3) самотягой подают воздушный поток через воздухорегулирующее устройство 12 (фиг. 3) в направлении, противоположном направлению движения потока охлаждаемой воды, в блоках оросителя 1 (фиг. 1-3) с помощью завихрителей 5 (фиг. 2) обеспечивают закручивание потока воздуха, поднимающегося вверх, и охлаждение падающей вниз воды из форсунок 11 водораспределительной системы (фиг. 3), охлажденную воду после градирни башенного типа 8 (фиг. 3) снова подают по циркуляционным водоводам 10 (фиг. 3) в конденсатор турбоагрегата 7 (фиг. 3) с помощью циркуляционных насосов 9 (фиг. 3).

За счет установки винтообразных завихрителей 5 (фиг. 2) внутри трубчатых элементов 2 (фиг. 1 и 2) на участке завихрения 3 (фиг. 2) каждого трубчатого элемента 2 (фиг. 1 и 2) оросителя 1 (фиг. 1-3) создается равномерное поступательно-вращательное движение потока воздуха. За счет этого увеличивается время взаимодействия сред путем удлинения пути воздушного потока, движущегося по поступательно-вращательной траектории, что ведет к интенсификации теплообмена. После участка завихрения 3 (фиг. 2) на участке стабилизации 4 (фиг. 2), длина которого составляет пять эквивалентных диаметров проходного сечения трубчатого элемента 2 (фиг. 1 и 2), по мере движения воздушного потока обеспечивается его спрямление для уменьшения аэродинамического сопротивления в надоросительном пространстве. Таким образом, увеличивается охлаждающая способность и производительность градирен, повышается экономичность работы турбоустановок.

Использование заявленного изобретения позволяет увеличить охлаждающую способность и производительность градирен, а также повысить экономичность работы турбоустановок за счет интенсификации теплообмена в оросителях градирен на тепловых и атомных электростанциях.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, касается, в частности, эксплуатации теплоэнергетического оборудования и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях. Блок оросителя выполнен в виде трубчатых элементов, размещенных вертикально параллельно друг другу и скрепленных между собой в местах соприкосновения наружных поверхностей. Каждый трубчатый элемент включает в себя расположенные последовательно по ходу движения потока воздуха участки завихрения и стабилизации, при этом внутри каждого трубчатого элемента соосно его продольной оси на участке завихрения установлены винтообразные завихрители, а длина участка стабилизации равна пяти эквивалентным диаметрам проходного сечения трубчатого элемента. Технический результат - увеличение охлаждающей способности и производительности градирен, а также повышение экономичности работы турбоустановок за счет интенсификации теплообмена в оросителях градирен на тепловых и атомных электростанциях. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения воды в башенной градирне, в котором подают от конденсатора турбоагрегата, распределяют и разбрызгивают охлаждаемую воду, противопотоком подают и закручивают поток воздуха, а охлажденную воду направляют в конденсатор турбоагрегата, отличающийся тем, что поток воздуха подают снизу блока оросителя, внутри блока оросителя охлаждают воду тем, что поток воздуха закручивают, после чего стабилизируют и спрямленный поток воздуха выводят сверху блока оросителя.

2. Блок оросителя, выполненный в виде трубчатых элементов, размещенных вертикально параллельно друг другу и скрепленных между собой в местах соприкосновения наружных поверхностей, отличающийся тем, что каждый трубчатый элемент включает в себя расположенные последовательно по ходу движения потока воздуха участки завихрения и стабилизации, при этом внутри каждого трубчатого элемента соосно его продольной оси на участке завихрения установлены винтообразные завихрители, а длина участка стабилизации равна пяти эквивалентным диаметрам проходного сечения трубчатого элемента.