Гибридная градирня Российский патент 2024 года по МПК F28C1/00 F28F25/02 F28F1/10 

Изобретение предназначено для охлаждения оборотной воды и может быть использовано в энергетике, химической, нефтехимической, металлургической и пищевой промышленности.

Известна вентиляторная градирня с системой оборотного водоснабжения, содержащая корпус, разбрызгивающее устройство, бак для сбора жидкости и вентилятор. Корпус состоит из двух частей - верхней части, включающей ороситель и каплеотделитель, между которыми расположен коллектор разбрызгивающего устройства с цельнофакельными форсунками, и нижней части, в которой расположен бак для сбора жидкости для сбора охлаждаемой воды с установленным на нем вентилятором [см. патент RU 2659011, F28C 1/00, 2018].

Недостатком аналога является невысокая степень перераспределения жидкости по поперечному сечению градирни, приводящая к снижению эффективности процесса охлаждения воды.

Известна вентиляторная испарительная градирня с самораспределением жидкости, содержащая корпус, коллектор подвода жидкости, бак для сбора жидкости и вентилятор. Корпус включает в себя ороситель, состоящий из трубчатых элементов, сваренных между собой по торцевым поверхностям [см. патент RU 193253, F28C 1/00, F28F 25/08, 2019]. Трубчатые элементы представляют собой гофрированные пластины, расположенные под углом 30-45° к основанию корпуса и установленные симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя. Гофры выполнены в виде округлого профиля с отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр.

Недостатком аналога является необходимость использования больших объемов химических реагентов в системе оборотного водоснабжения, предназначенных для обеззараживания воды вследствие того, что в градирнях создаются благоприятные условия для развития различных бактерий и микроорганизмов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является безреагентная испарительная градирня [см. патент RU 201598, F28C 1/00, 2020]. Градирня состоит из корпуса, коллектора подвода жидкости, бака для сбора жидкости и вентилятора, корпус включает в себя ороситель, состоящий из трубчатых элементов, представляющих собой гофрированные пластины, установленные симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя. Коллектор подвода жидкости имеет два штуцера, где основной поток охлаждаемой воды поступает в радиатор, расположенный внутри корпуса в виде трубчатого змеевика, торцевые поверхности которых расположеныперпендикулярно наклонным гофрированным пластинам оросителя, а второй поток жидкости выступает в качестве хладагента и подается на орошение трубчатого радиатора. При этом неиспарившаяся часть жидкости перекачивается насосом из бака для сбора жидкости обратно в коллектор подвода для орошения градирни, образуя тем самым замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая тепловая мощность установки охлаждения воды.

Техническая проблема заключается в увеличении тепловой мощности установки охлаждения воды.

Техническая проблема решается гибридной градирней, включающей корпус, коллектор подвода жидкости со штуцером подвода основного потока охлаждаемой жидкости и штуцером подвода охлаждающей жидкости, бак для сбора жидкости, вентилятор, ороситель, расположенный внутри корпуса и состоящий из гофрированных пластин, сваренных между собой по торцевым поверхностям, расположенных под углом к основанию корпуса и установленных симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя, причем гофры выполнены в виде округлого профиля с отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр, радиатор, расположенный внутри корпуса по всей высоте оросителя в виде трубчатого змеевика, торцевые поверхности которого расположены перпендикулярно наклонным гофрированным пластинам оросителя, и насос для подачи охлаждающей жидкости, которая согласно изобретению дополнительно снабжена распылителем для орошения наружной поверхности радиатора, установленным в верхней части градирни после штуцера подвода охлаждающей жидкости, и жалюзи для регулирования подачи атмосферного воздуха в градирню, расположенными в нижней части градирни над баком для сбора жидкости, а радиатор имеет металлические кольцевые ребра, наружный диаметр которых составляет 1,05-1,5 наружного диаметра радиатора.

Для достижения максимального результата кольцевые ребра изготавливают из металла с теплопроводностью не менее 100 Вт/(м⋅К), например, меди.

Техническим результатом является увеличение тепловой мощности установки на 50% по сравнению с прототипом за счет увеличения поверхности теплопередачи от атмосферного воздуха к охлаждаемой воде с помощью кольцевых ребер радиатора, регулирования подачи воздуха и равномерного орошения водой наружной поверхности радиатора.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:

на фиг. 1 изображена предлагаемая гибридная градирня;

на фиг. 2 схема расположения труб радиатора.

Цифрами на чертеже обозначены:

1 - корпус;

2 - ороситель;

3 - вентилятор;

4 - штуцер подвода основного потока охлаждаемой жидкости;

5 - штуцер подвода охлаждающей жидкости;

6 - бак для сбора жидкости;

7 - насос;

8 - штуцер отвода основного потока охлаждаемой жидкости;

9 - радиатор;

10 - кольцевые ребра;

11 - запорная арматура;

12 - распылитель;

13 - жалюзи.

Гибридная градирня содержит корпус 1 с установленным в нем оросителем 2, представляющим собой наклонные гофрированные пластины, сваренные между собой по торцевым поверхностям, расположенные под углом к основанию корпуса и установленные симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя со сливными отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр, вентилятор 3, коллектор подвода жидкости, имеющий штуцер 4 для подачи основного потока охлаждаемой жидкости и штуцер 5 для подачи охлаждающей жидкости, перекачиваемой из бака 6, предназначенного для сбора жидкости, насосом 7. Отвод основного потока охлаждаемой жидкости осуществляется через штуцер 8. Внутри корпуса 1 по всей высоте блока оросителя 2 установлен радиатор 9 в виде трубчатого змеевика, предназначенный для охлаждения основного потока жидкости без непосредственного контакта с атмосферным воздухом. Радиатор 9 имеет поперечные кольцевые ребра 10 постоянного сечения, последовательно размещенные на радиаторе 9 параллельно друг другу с одинаковым шагом, изготовленные из металла с теплопроводностью не менее 100 Вт/(м⋅К), например, меди, причем наружный диаметр кольцевых ребер 10 составляет 1,05-1,5 наружного диаметра радиатора 9. Запорная арматура 11 служит для регулирования величины потока охлаждаемой жидкости, поступающей из коллектора подвода. Вода подается на наружную поверхность радиатора 9 с кольцевыми ребрами 10 через распылитель 12. Поток воздуха, создаваемый вентилятором 3, забирается из атмосферы через жалюзи 13.

Предлагаемая гибридная градирня работает следующим образом.

Нагретая в технологическом оборудовании вода, поступая в коллектор подвода жидкости, разбивается на два потока таким образом, что основной поток (а) охлаждаемой жидкости попадает в радиатор 9 с кольцевыми ребрами 10 через штуцер 4, не контактируя с атмосферным воздухом. Второй поток воды (b), проходя через штуцер 5, равномерно распределяется в объеме оросителя 2 с помощью распылителя 12, взаимодействует с потоком воздуха, создаваемым вентилятором 3 и забираемым через жалюзи 13, и охлаждается при этом путем частичного испарения. Этот поток жидкости выступает в качестве хладагента и подается на орошение наружной поверхности радиатора 9, отводя тепло охлаждаемой жидкости через стенку радиатора 9 с кольцевыми ребрами 10. Причем за счет наличия кольцевых ребер 10 на радиаторе 9 площадь поверхности теплопередачи от атмосферного воздуха к охлаждаемой воде увеличивается, что приводит к увеличению тепловой мощности установки. Поток воды (b) состоит из 5-6% горячей воды, поступающей от технологического оборудования и охлажденной воды, находящейся в баке 6, которая направляется обратно в штуцер 5 с помощью насоса 7. В баке 6 поддерживается постоянный уровень жидкости за счет добавки свежей подпиточной воды, необходимой для восполнения части испарившейся жидкости.

В блоке оросителя предлагаемой градирни наблюдается интенсивный процесс тепло-и массообмена за счет следующих явлений. Охлаждающая вода, поступающая через штуцер 5, выполненный в стенке корпуса 1, распределяется по наклонной гофрированной пластине оросителя 2, с помощью распылителя 12, более равномерно орошая поверхность пластин. Наличие гофр на поверхности тепло- и массообмена создает значительную турбулизацию движущейся жидкости при сравнительно малой скорости потока. Поток жидкости движется в углублениях гофр сверху вниз по Z-образной траектории, омывая наружную поверхность радиатора 9 с кольцевыми ребрами 10. При этом часть жидкости проваливается вниз, вдоль поверхности стенки корпуса 1, другая часть попадает на ниже расположенную гофрированную пластину оросителя 2. В это же время стекающая пленка воды контактирует с потоком восходящего воздуха, создаваемого вентилятором 3 и проходящего через жалюзи 13. Жалюзи 13 позволяют регулировать расход подачи воздуха из атмосферы. На выступах гофрированных пластин выполнены отверстия для прохода охлаждающего воздуха. Излишки воды проваливаются в эти отверстия и, контактируя с воздухом, распределяются в объеме оросителя 2. Воздух проходит через отверстия пластины (на фиг. 2 траектория потока обозначена штриховой линией), огибает радиатор 9 с кольцевыми ребрами 10 и разбрызгивает капли воды в разные стороны, тем самым распыляя жидкость по всему объему оросителя 2, включая внешнюю поверхность радиатора 9 с кольцевыми ребрами 10. Охлаждающая жидкость, частично испарившись, стекает в бак для сбора жидкости 6. Основной поток охлажденной жидкости отводится через штуцер 8.

В предлагаемой гибридной градирне можно выделить несколько типов взаимодействия газовой и жидкой фаз, такие как контакт воздуха с водой при пленочном течении жидкости по гофрированным пластинам и наружной поверхности радиатора 9 с кольцевыми ребрами 10; контакт с воздухом при струйно-капельном распределении воды через распылитель и дальнейшем течении воды, проходящей через отверстия в пластинах; контакт атмосферного воздуха с крупными каплями жидкости при дроблении струй, а также в случае соударения жидкости о поверхность пленки на пластине.

Радиатор в гибридной градирне служит поверхностью теплопередачи от атмосферного воздуха к охлаждаемой воде, а наличие кольцевых ребер радиатора увеличивает площадь поверхности теплопередачи, т.е. способствует более интенсивному отводу тепла от труб радиатора. При этом наличие кольцевых ребер на радиаторе позволяет выравнивать термические сопротивления теплоотдачи и увеличивать тепловую мощность градирни. Так, использование кольцевых ребер на радиаторе гибридной градирни позволяет увеличить значение линейного коэффициента теплопередачи в среднем на 51%. Следовательно, на такую же величину возрастает тепловая мощность гибридной градирни. Наружный диаметр кольцевых ребер составляет 1,05-1,5 наружного диаметра радиатора для достижения больших коэффициентов теплопередачи. Также стоит отметить, что наличие распылителя и жалюзи обеспечивает улучшение распределения фаз по сечению градирни, что способствует увеличению тепловой эффективности гибридной градирни. Чем равномернее будет орошаться поверхность радиатора, тем больше поверхность контакта взаимодействующих фаз. Увеличение тепловой мощности охлаждения воды достигается благодаря постоянному обновлению пленки жидкости на наружной поверхности радиатора с кольцевыми ребрами, которая подвергается воздействию воздуха, продуваемого вентилятором, за счет формирования мелкодисперсного капельного слоя с помощью подачи воды из распылителя. Жалюзи обеспечивают равномерное распределение атмосферного воздуха по сечению гибридной градирни, что дает возможность получить более равномерный профиль скорости и снизить затраты мощности электродвигателя вентилятора, что также обеспечивает повышение тепловой мощности установки. Кроме этого, регулирование подачи воздуха с помощью жалюзи позволяет зимой снижать степень вероятности обмерзания градирни, уменьшая расход холодного воздуха, а летом -повышать площадь орошения. Таким образом, при равномерном и регулируемом прохождении потоков воздуха через ороситель градирни и радиатор доля термического контакта с водой резко увеличивается, повышая тепловую эффективность.

В предлагаемой гибридной градирне по сравнению с прототипом основная часть охлаждаемой жидкости не контактирует с воздухом, проходя по радиатору с кольцевыми ребрами, которые увеличивают поверхность теплопередачи от атмосферного воздуха к охлаждаемой воде. Причем жидкость распределяется по поверхности более равномерно за счет наличия распылителя, а подача охлаждаемого воздуха регулируется с помощью жалюзи.

Таким образом, предлагаемая гибридная градирня позволяет увеличить тепловую мощность установки охлаждения воды.

Изобретение предназначено для охлаждения оборотной воды и может быть использовано в энергетике, химической, нефтехимической, металлургической и пищевой промышленности. Гибридная градирня включает корпус, коллектор подвода жидкости со штуцером подвода основного потока охлаждаемой жидкости и штуцером подвода охлаждающей жидкости, бак для сбора жидкости, вентилятор, ороситель, расположенный внутри корпуса и состоящий из гофрированных пластин, сваренных между собой по торцевым поверхностям, расположенных под углом к основанию корпуса и установленных симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя, причем гофры выполнены в виде округлого профиля с отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр, радиатор, расположенный внутри корпуса по всей высоте оросителя в виде трубчатого змеевика, торцевые поверхности которого расположены перпендикулярно наклонным гофрированным пластинам оросителя, и насос для подачи охлаждающей жидкости. Градирня дополнительно снабжена распылителем для орошения наружной поверхности радиатора, установленным в верхней части после штуцера подвода охлаждающей жидкости, и жалюзи для регулирования подачи атмосферного воздуха в градирню, расположенными в нижней части градирни над баком для сбора жидкости, а радиатор имеет металлические кольцевые ребра, наружный диаметр которых составляет 1,05–1,5 наружного диаметра радиатора. Техническим результатом является увеличение тепловой мощности установки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гибридная градирня, включающая

корпус,

коллектор подвода жидкости со штуцером подвода основного потока охлаждаемой жидкости и штуцером подвода охлаждающей жидкости,

бак для сбора жидкости,

вентилятор,

ороситель, расположенный внутри корпуса и состоящий из гофрированных пластин, сваренных между собой по торцевым поверхностям, расположенных под углом к основанию корпуса и установленных симметрично относительно друг друга по всей высоте оросителя, причем гофры выполнены в виде округлого профиля с отверстиями круглой формы, расположенными на выступах гофр,

радиатор, расположенный внутри корпуса по всей высоте оросителя в виде трубчатого змеевика, торцевые поверхности которого расположены перпендикулярно наклонным гофрированным пластинам оросителя, и

насос для подачи охлаждающей жидкости,

отличающаяся тем, что градирня дополнительно снабжена

распылителем для орошения наружной поверхности радиатора, установленным в верхней части градирни после штуцера подвода охлаждающей жидкости, и

жалюзи для регулирования подачи атмосферного воздуха в градирню, расположенными в нижней части градирни над баком для сбора жидкости, а

радиатор имеет металлические кольцевые ребра, наружный диаметр которых составляет 1,05-1,5 наружного диаметра радиатора.

2. Гибридная градирня по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые ребра выполнены из металла с теплопроводностью не менее 100 Вт/(м⋅K).

3. Гибридная градирня по п.2, отличающаяся тем, что кольцевые ребра выполнены из меди.