Способ охлаждения жидкости в градирне

 

Изобретение относится к испарительным охладителям. Способ охлаждения жидкости в градирне включает подачу воды, её 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. Изобретение позволяет повысить эффективность работы градирни за счет интенсификации охлаждения жидкости. 6 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к испарительным охладителям, и может быть применено на тепловых и атомных электростанциях, а также на других промышленных объектах, где требуется охлаждение воды или других жидкостей.

Известна вентиляторная градирня, содержащая установленные в корпусе каплеуловитель, водораспределительные трубопроводы с разбрызгивающими соплами и водосборный резервуар в нижней части, в которой трубопроводы установлены в корпусе поярусно, причем в каждом ярусе они размещены по периметру корпуса, а разбрызгивающие сопла выходными отверстиями обращены в центральную зону градирни [1, 4].

Известна также вентиляторная градирня, содержащая корпус, охваченный кожухом с образованием воздухоотводящего канала, воздухоотводящую трубу, установленную в днище корпуса, снабженную водосборным лотком и жалюзийной решеткой, вытяжной патрубок с вентилятором, воздухораспределитель с форсунками и воздуховходные патрубки, размещенные в крышке корпуса, в котором система охлаждения дополнительно снабжена воздуховодами с запорными клапанами и оболочкой, размещенной вокруг боковой стенки корпуса с кольцевым зазором [2].

Недостатками известных устройств является недостаточно эффективная схема охлаждения жидкости, обусловленная большим количеством жидкости в небольшом пространстве, что в свою очередь заставляет пропускать большие потоки воздуха, использовать мощные вентиляторные системы. Но с другой стороны, мощные потоки воздуха уносят большое количество охлаждаемой жидкости.

В качестве прототипа для способа принят способ охлаждения жидкости в градирне, включающий подачу воды, ее распыление и теплообмен с охлаждающим воздухом на оросителе, например жалюзийной решетке. Ороситель необходим для более продолжительного контакта частиц воды с охлаждающим воздухом [4].

Недостатком способа является то, что естественные материалы обладают хорошей смачиваемостью, в связи с чем они активно впитывают влагу и быстро подвергаются разрушению. Синтетические материалы, такие, например, как полиэтилен, наоборот обладают плохой смачиваемостью и капли жидкости скатываются с них, не задерживаясь.

В качестве прототипа принята градирня, содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами, выполненными по кольцу в нижней ее части, размещенный в башне выше окон ороситель с водораспределительной системой и водоструйные эжекторы, подключенные к водораздающему коллектору, в которой эжекторы установлены в центральной зоне градирни, ограниченной диаметром, равным 0,2-0,25 диаметра оросителя, и выходными торцами обращены к оросителю, а водораздающий коллектор размещен внутри башни [3].

Положительным моментом в прототипе является то, что конструкция и размещение эжекторов позволяет организовать принудительную циркуляцию воздуха без использования внешних вентиляторов. Недостатком прототипа является сложность устройства, обусловленная наличием оросительной системы, недостаточная долговечность и надежность устройства, обусловленная той же причиной, недостаточная эффективность охлаждения, вызванная большим аэродинамическим сопротивлением, связанным с размещением в шахте элементов оросителя. С другой стороны, отказаться от оросителя в данной системе невозможно, поскольку именно ороситель является тем устройством, на котором происходит теплопередача.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности работы градирни за счет интенсификации охлаждения жидкости.

Поставленная задача решается тем, что способ охлаждения жидкости в градирне включает подачу воды, ее распыление и теплообмен с охлаждающим воздухом, охлаждение ведут в активных зонах градирни, образованных потоками охлаждающего воздуха, согласно изобретению 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.

Такое выполнение способа позволяет, во-первых, при установке вентилятора в верхней плоскости градирни обеспечить наилучший теплообмен за счет принудительного отбора теплого воздуха. В этом случае вектор скорости воздуха не совпадает с вектором скорости частиц жидкости, распыляемой форсунками. Несовпадение векторов скоростей частицы жидкости и воздуха обеспечивает нарушение паровой теплоизолирующей рубашки каждой частицы жидкости и ускорение теплообмена. Изобретение позволяет создать распределенный во всем объеме градирни воздушный ороситель. Поверхность диспергирования при этом существенно больше, чем в капельной или пленочной градирне. Современные пластиковые оросителей имеют несмачиваемые поверхности, и эффективность их по причине несмачиваемости существенно снижена по сравнению с деревянными оросителями, но при этом их срок службы существенно увеличен.

Расположение вентилятора в верхней плоскости градирни позволяет увеличить время нахождения воды в активной зоне, а время нахождения воздуха существенно уменьшить. Важным параметром при проектировании такой градирни является расчетная скорость воздуха. Эта скорость не должна быть настолько высокой, чтобы увлекать капельки жидкости за пределы градирни, но с другой стороны, скорость воздуха не должна быть настолько низкой, чтобы диспергированная жидкость быстро падала в бассейн. При проектировании такой градирни важным параметром является также форсунка, поскольку именно конструкция форсунки обеспечивает величину капель и вектор начальной скорости капли. Другим важным фактором является обеспечение скорости потока воздуха по всему объему градирни, а не только в центре ее шахты. Это обеспечивается герметизацией верхней части градирни и установкой в потолке ее вентилятора.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен схематически способ работы градирни. На фиг.2 - вертикальный разрез градирни с расположением форсунок по периметру и направлением потока струй к центру градирни. На фиг.3 - разрез А-А на фиг.2. На фиг.4 - вертикальный разрез градирни с расположением форсунок равномерно по плоскости с направлением струй вверх. На фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4. На фиг.6 изображен вертикальный разрез градирни с расположением форсунок равномерно по плоскости с направлением струй вниз.

Градирня содержит корпус 1, выполненный в виде вертикального короба с воздуховходными окнами 2, выполненными по периметру в нижней ее части, водораспределительную систему 3 и водоструйные форсунки-эжекторы 4, подключенные к водораздающему коллектору 5, причем форсунки-эжекторы 4 создают наклонные от вертикали факелы жидкости 6. Кроме того, градирня содержит водосборный бассейн 7. Форсунки 4 соединены с водораспределительной системой 3 известными средствами через подвижные фланцы, обеспечивающие поворот платформы относительно горизонтальной оси (не показаны). Форсунки 4 могут быть установлены по периметру градирни, как показано на фиг.3, либо равномерно распределены по одной плоскости, как показано на фиг.5. Вентилятор 8 обеспечивает отбор воздуха в верхней части градирни, тем самым обеспечивая приток свежего воздуха через воздуховходные окна 2. Вследствие этого внутри градирни образуются потоки воздуха 9. Градирня сверху закрыта крышей 10, в которой смонтирован осевой вентилятор 8.

Градирня работает следующим образом. Охлаждаемая вода подается через водораспределительную систему 3 и форсунки 4 в короб 1 в виде наклонных от вертикали факелов 6. Вектор движения любой из капель охлаждаемой жидкости не совпадает с вектором движения потоков воздуха 9, созданных отбором воздуха у крыши 10 градирни с помощью вентилятора 8, вначале капли движутся под углом вверх, потом сила тяжести их разворачивает, и они летят вниз навстречу потокам воздуха, поднимающегося вверх. Размер капель, создаваемых форсунками, должен быть таким, чтобы воздух не увлекал их вверх и не уносил за пределы градирни. Падая, капля охлаждается потоками свежего поднимающегося вверх воздуха и падает в водосборный бассейн 7.

Изобретение позволяет значительно повысить эффективность тепломассообмена градирни без увеличения затрат по сравнению с известными конструкциями, при этом можно существенно упростить конструкцию градирни, повысить ее надежность, ремонтопригодность и снизить эксплуатационные расходы.

Источники информации

1. А.с. СССР № 1071915, кл. F 28 С 1/00, опубликовано БИ № 32, 1983 г.

2. А.с. СССР № 1601490, кл. F 28 С 1/00, опубликовано БИ № 12, 1991 г.

3. А.с. СССР № 1158845, кл. F 28 С 1/00, опубликовано БИ № 20, 1985 г. (прототип для устройства).

4. B.C. Галустов. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Атомиздат, 1989 г. (прототип для способа).

Формула изобретения

Способ охлаждения жидкости в градирне, включающий подачу воды, ее распыление и теплообмен с охлаждающим воздухом, причем охлаждение ведут в активных зонах градирни, образованных потоками охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6