ТРУБЧАТАЯ ГРАДИРНЯ Российский патент 2024 года по МПК F28C1/00 F28F25/08 

Изобретение относится к испарительным охладителям, в частности к градирням, и предназначено для использования в оборотных системах технического водоснабжения в энергетике, химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.

Эффективность процесса охлаждения воды в испарительных градирнях определяется конструктивными особенностями оросителей, обеспечивающих необходимую поверхность контакта фаз при минимальных аэро- и гидродинамических сопротивлениях. Каждый тип оросительного устройства может иметь весьма разнообразные конструкции отдельных элементов. Например, он может быть выполнен в виде цилиндрических сетчатых оболочек, размещенных во всех вертикальных слоях параллельно друг другу [патент RU 219808, F28F 25/08, опубл. 08.08.2023], пакета параллельно и вертикально установленных гофрированных листов [патент RU 2742852, F28F 25/08, опубл. 11.02.2021], пакета четырехлопастных шнеков [патент RU 2350877, F28F 25/08, опубл. 27.03.2009] и т.д.

Однако, трубчатые оросители получили наибольшее распространение из-за простоты их изготовления и монтажа. Например, встречаются конструкции оросителей в виде параллельно расположенных друг другу и скрепленных между собой труб с гофрами [патент RU 2319919, F28F 25/08, опубл. 20.03.2008], вертикальных трубчатых элементы с поперечным сечением в форме круга или многоугольника [патент RU 32255, F28F 25/08, F28F 25/00, F28C 1/00, опубл. 10.09.2003].

Недостатком известных устройств является чувствительность к неравномерному распределению воды, что приводит к снижению их эффективности.

Аналогом является малогабаритная градирня, содержащая корпус с установленным в нижней части вентилятором с тангенциальным патрубком, оросителем и водосборным резервуаром с выходным патрубком [патент RU 170061, F28C 1/00, F28F 25/08, опубл. 12.04.2017]. В верхней части корпуса находится водораспределительная система для равномерного распределения воды по площади орошения путем ее разбрызгивания через сопла, водоуловители в виде модуля из слоев цилиндрических полимерных ячеистых труб, согнутых с радиусом гиба, равным их диаметру и сваренных в местах соприкосновения торцевых концов с образованием мембраны жесткости, выходные тангенциальные патрубки.

Недостатком аналога является невысокая эффективность тепломассообмена из-за недостаточной площади контакта охлаждающего воздуха и охлаждаемой жидкости, связанного с расположением трубок оросителя соосно линии тока закрученного потока.

Известен блок оросителя противоточной градирни, содержащий вертикально расположенные трубы из термопластичного материала с эластичным щеточным обрамлением [патент RU 181747, F28F 25/08, опубл. 26.07.2018]. Эластичное щеточное обрамление состоит из пучков капроновых нитей диаметром 0,4…0,5 мм и высотой 10 мм, закрепленных на жгуте одним концом, и равномерно размещенных в один ряд через равные промежутки в 2 мм. Жгут крепится в начале и конце трубы и заподлицо без зазоров закладывается в винтовые канавки прямоугольного сечения, нарезанные по длине труб на глубину, равную толщине жгута. Трубы насаживаются на заглушки, расположенные в шахматном порядке на верхней и нижней разъемных прямоугольных решетках, с внутренней стороны блока, одна напротив другой соответственно, до их касания с решетками, и фиксируются стопорными болтами, которые одновременно крепят жгут со щеточным обрамлением. Решетки соединяются между собой по четырем углам вертикальными уголками, размещаемыми внутри куба. Заглушки располагаются в перекрестьях решетки внутри блока в шахматном порядке, в которые заподлицо вставляются и крепятся штифтами трубы.

Недостатком аналога является большая вероятность загрязнения щеточного обрамления труб, что будет исключать создаваемый в оросителе эмульгационный режим течения фаз, и способствовать снижению эффективности тепло- и массообмена.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является трубчатая испарительная градирня с ультрафиолетовым обеззараживанием воды [патент RU 200247, F28C 1/00, опубл. 14.10.2020]. Градирня содержит корпус с установленным в нем трубчатым оросителем, состоящий из теплообменных труб, вентилятор, бак для сбора жидкости, коллектор подвода жидкости, имеющий штуцер для подачи основного потока охлаждаемой жидкости в межтрубное пространство трубчатого оросителя и штуцер для подачи жидкости в верхнюю часть на орошение трубчатого оросителя. Ороситель состоит из теплообменных трубок, закрепленных в трубных решетках, приваренные в свою очередь к корпусу, образуя жесткую неподвижную конструкцию. В верхней части корпуса установлен водоуловитель, служащий для улавливания и сепарации капель жидкости, унесенных из трубчатого оросителя. Для поступления холодного воздуха в градирню в нижней части корпуса установлены воздухозаборные окна. В баке вмонтированы кварцевые лампы, создающие ультрафиолетовое излучение и служащие для уничтожения микроорганизмов и бактерий, образующихся в охлажденной воде в результате взаимодействия с атмосферным воздухом внутри теплообменных труб оросителя. Вывод основного потока охлаждаемой жидкости из межтрубного пространства оросителя осуществляется через штуцер. Подача охлажденной и обеззараженной воды из бака осуществляется насосом через штуцер в верхнюю часть трубчатого оросителя. Запорная арматура служит для регулирования величины потока охлаждаемой жидкости, поступающей из коллектора подвода.

Недостатками прототипа являются невысокая эффективность охлаждения воды из-за небольшой площади поверхности контакта фаз, так как межфазное взаимодействие происходит только в трубчатых элементах, и неравномерности распределения жидкости на трубной решетке.

Технической проблемой является повышение эффективности тепло- и массообмена в процессах испарительного охлаждения за счет увеличения площади поверхности контакта жидкости и газа.

Технический результат достигается трубчатой градирней, которая содержит корпус, коллектор подвода жидкости, бак для сбора жидкости и вентилятор, корпус включает в себя ороситель, состоящий из трубчатых элементов, установленных по всей высоте оросителя и закрепленных в трубных решетках, приваренных в свою очередь к корпусу с образованием жесткой конструкции, водоуловитель, расположенный в верхней части корпуса и воздухозаборные окна, расположенные в нижней части корпуса, при этом трубчатые элементы закреплены в трубных решетках по вершинам равносторонних треугольников, в центре которых на трубных решетках выполнены отверстия для прохода охлаждаемой жидкости через межтрубное пространство оросителя, причем диаметр отверстий равен 0,8 внутреннего диаметра трубчатых элементов. Коллектор, представляющий собой систему равномерного распределения жидкости в трубное и межтрубное пространства оросителя, установлен над оросителем и снабжен штуцером для подвода охлаждаемой жидкости. Штуцер для отвода охлажденной жидкости расположен в баке для сбора жидкости.

Внутри трубчатых элементов могут быть дополнительно установлены интенсификаторы тепломассообмена.

Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения оборотной воды за счет увеличения коэффициента тепломассоотдачи в результате большего контакта охлаждаемой жидкости и охлаждающего воздуха как в межтрубном пространстве, так и внутри трубчатых элементов.

Сущность изобретения поясняется следующим чертежом:

- на фиг. 1 изображена предлагаемая трубчатая градирня, где

1 - корпус;

2 - коллектор подвода жидкости;

3 - бак для сбора жидкости;

4 - вентилятор;

5 - ороситель;

6 - трубчатый элемент;

7 - трубные решетки;

8 - водоуловитель;

9 - воздухозаборные окна;

10 - штуцер подвода охлаждаемой жидкости;

11 - отверстие;

12 - штуцер отвода охлажденной жидкости;

13 - интенсификатор тепломассообмена;

- на фиг. 2 показана схема расположения трубчатых элементов и отверстий в трубных решетках;

- на фиг. 3 изображен фрагмент трубчатого элемента с интенсификатором тепломассообмена.

Трубчатая градирня для охлаждения оборотной воды (фиг. 1), содержит корпус 1, коллектор подвода жидкости 2, бак для сбора жидкости 3 и вентилятор 4. Корпус 1 включает в себя ороситель 5, состоящий из трубчатых элементов 6, установленных по всей высоте оросителя 5 и закрепленных в трубных решетках 7 по вершинам равносторонних треугольников. Решетки 7 приварены к корпусу 1 с образованием жесткой конструкции. В верхней части корпуса 1 установлен водоуловитель 8, служащий для улавливания и сепарации капель жидкости, унесенных восходящим потоком воздуха из оросителя 5. Для ввода охлаждающего воздуха в нижней части корпуса 1 установлены воздухозаборные окна 9.

Над оросителем 5 установлен коллектор 2, представляющий собой систему равномерного распределения жидкости в трубное и межтрубное пространства оросителя 5. Коллектор 2 имеет штуцер для подвода охлаждаемой жидкости 10, расположенный на корпусе 1.

Трубные решетки 7 имеют отверстия 11 для прохода охлаждаемой жидкости через межтрубное пространство оросителя 5. Отверстия 11 выполнены в центре равносторонних треугольников, образованных трубчатыми элементами 6. Диаметр отверстий равен 0,8 внутреннего диаметра d трубчатых элементов (фиг. 2).

Отвод охлажденной жидкости из градирни осуществляется через штуцер 12, расположенный в баке для сбора жидкости 3.

Внутри трубчатых элементов могут быть установлены интенсификаторы тепломассообмена, например, скрученные ленты, спиральные проволочные вставки и др. (фиг. 3).

Предлагаемая трубчатая градирня для охлаждения оборотной воды работает следующим образом.

Горячая вода поступает в градирню через штуцер 10 для подвода охлаждаемой жидкости и с помощью коллектора 2 равномерно распределяется по поперечному сечению трубной решетки 7. С трубной решетки 7 жидкость одновременно поступает в трубное пространство трубчатых элементов 6 и в межтрубное пространство оросителя 5 через отверстия 11.

Расположение трубчатых элементов 6 диаметром d по вершинам равносторонних треугольников обеспечивает высокую плотность и равномерность их размещения по всей площади трубных решеток 7. Соответственно, отверстия 11, выполненные в центре равносторонних треугольников, также равномерно расположены по всей площади трубных решеток 7. Диаметр отверстий 11 равен 0,8d, что отвечает условию равнопроточности для прохода газа, что не приводит к росту гидродинамического сопротивления.

Таким образом, трубная решетка 7, расположенная в верхней части оросителя 5, способствует равномерному прохождению охлаждаемой жидкости как в трубчатые элементы 6, так и в межтрубное пространство оросителя 5 через отверстия 11. В свою очередь трубная решетка 7, расположенная в нижней части оросителя 5, способствует равномерному сливу жидкости из трубчатых элементов 6 и межтрубного пространства оросителя 5 через отверстия 11.

Навстречу стекающему потоку жидкости в оросителе 5 поднимается охлаждающий воздух, всасываемый вентилятором 4 из атмосферы через воздухозаборные окна 9, расположенные в нижней части корпуса 1. Таким образом в оросителе 5 происходит контакт газа и жидкости во всем объеме (в трубном и межтрубном пространствах), в отличие от прототипа, где межфазное взаимодействие наблюдается только в трубном пространстве оросителя. Капли, срываемые восходящим потоком воздуха на трубной решетке 7, установленной в верхней части оросителя 5, улавливаются водоуловителем 8.

Охлажденная в оросителе 5 жидкость из трубчатых элементов 6 и через отверстия 11 трубной решетки 7, смонтированной в нижней части оросителя 5, сливается в бак 3. Затем охлажденная вода через штуцер 12 возвращается в систему оборотного водоснабжения.

Для увеличения коэффициентов тепло- и массоотдачи при течении двухфазного потока внутри трубчатых элементов могут быть установлены интенсификаторы тепломассообмена 13 (скрученные ленты, спиральные проволочные вставки и др.). Достигаемая интенсификация тепло- и массообмена обеспечивается периодическим разрушением пограничного слоя, турбулизацией пристенных слоев потока их закруткой, что способствует более интенсивному испарению части жидкости.

Применение системы охлаждения воды при одновременной подаче жидкости по вертикальным трубчатым элементам и в межтрубное пространство оросителя с помощью трубных решеток с отверстиями, выполненными в центре равносторонних треугольников, образованных трубчатыми элементами, что позволяет обеспечить более равномерное распределение жидкой фазы по поперечному сечению градирни. Кроме того, повышается поверхность контакта газожидкостных фаз за счет взаимодействия как внутри труб оросителя, так и снаружи (в межтрубном пространстве) на 55…70% в зависимости от соотношения расходов по фазам. Установка интенсификаторов тепломассообмена внутри вертикальных трубчатых элементов способствует более интенсивному испарению охлаждаемой жидкости при увеличении коэффициентов тепло- и массоотдачи.

Таким образом, использование предлагаемого распределения жидкости в оросителе за счет одновременной подачи охлаждаемой жидкости в трубное и межтрубное пространства позволяет повысить эффективность охлаждения оборотной воды.

Изобретение относится к испарительным охладителям, в частности к градирням, и предназначено для использования в оборотных системах технического водоснабжения в энергетике, химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Трубчатая градирня содержит корпус, коллектор подвода жидкости, бак для сбора жидкости, вентилятор, водоуловитель, расположенный в верхней части корпуса, и воздухозаборные окна, расположенные в нижней части корпуса. Корпус включает в себя ороситель, состоящий из трубчатых элементов, установленных по всей высоте оросителя и закрепленных в трубных решетках, приваренных, в свою очередь, к корпусу с образованием жесткой конструкции. При этом трубчатые элементы закреплены в трубных решетках по вершинам равносторонних треугольников, в центре которых на трубных решетках выполнены отверстия для прохода охлаждаемой жидкости через межтрубное пространство оросителя, причем диаметр отверстий равен 0,8 внутреннего диаметра трубчатых элементов. Коллектор, представляющий собой систему равномерного распределения жидкости в трубное и межтрубное пространства оросителя, установлен над оросителем и снабжен штуцером для подвода охлаждаемой жидкости, а штуцер для отвода охлажденной жидкости расположен в баке для сбора жидкости. Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения оборотной воды за счет увеличения коэффициента тепломассоотдачи в результате большего контакта охлаждаемой жидкости и охлаждающего воздуха как в межтрубном пространстве, так и внутри трубчатых элементов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трубчатая градирня, содержащая корпус, коллектор подвода жидкости, бак для сбора жидкости, вентилятор, водоуловитель, расположенный в верхней части корпуса, и воздухозаборные окна, расположенные в нижней части корпуса, корпус включает в себя ороситель, состоящий из трубчатых элементов, установленных по всей высоте оросителя и закрепленных в трубных решетках, приваренных, в свою очередь, к корпусу с образованием жесткой конструкции, отличающаяся тем, что трубчатые элементы закреплены в трубных решетках по вершинам равносторонних треугольников, в центре которых на трубных решетках выполнены отверстия для прохода охлаждаемой жидкости через межтрубное пространство оросителя, причем диаметр отверстий равен 0,8 внутреннего диаметра трубчатых элементов, коллектор, представляющий собой систему равномерного распределения жидкости в трубное и межтрубное пространства оросителя, установлен над оросителем и снабжен штуцером для подвода охлаждаемой жидкости, штуцер для отвода охлажденной жидкости расположен в баке для сбора жидкости.

2. Трубчатая градирня по п.1, отличающаяся тем, что внутри трубчатых элементов установлены интенсификаторы тепломассообмена.