Аэродинамическая градирня с внешним теплообменом



Аэродинамическая градирня с внешним теплообменом
Аэродинамическая градирня с внешним теплообменом
Аэродинамическая градирня с внешним теплообменом

 


Владельцы патента RU 2582031:

Соловьев Александр Алексеевич (RU)
Малых Юрий Борисович (RU)
Чекарев Константин Владимирович (RU)

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в испарительных градирнях башенного типа. Аэродинамическая градирня содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, водосборный бассейн, водораспределительную систему, ороситель с наклонными плоскостями и ветровое колесо, соединенное с электрогенератором. В аэродинамической градирне водораспределительная система и наклонные плоскости оросителя вынесены из вытяжной башни наружу и установлены на кольцевом основании, а сверху закрыты крышей, установленной над воздуховходными окнами, при этом кольцевое основание выполнено с наклоном в сторону водосборного бассейна, а его площадь равна площади основания башни, а водораспределительная система выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками, расположенными внизу у наклонных плоскостей оросителя под углом к радиусу основания градирни, при этом на них установлены разбрызгиватели воды, направленные так, чтобы капли воды падали сверху на наклонные плоскости оросителя, расположенные у воздуховходных окон под тем же углом к радиусу основания башни, что и патрубки кольцевой водораспределительной системы. Изобретение позволяет повысить тепловую эффективность градирен, а также использовать низкопотенциальную энергию оборотной воды для выработки электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в испарительных градирнях башенного типа для повышения их тепловой эффективности, а также утилизации низкопотенциальной энергии оборотной воды для выработки электроэнергии.

Башенные испарительные градирни используются для охлаждения оборотной воды мощных тепловых машин. Они содержат вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании. Внутри башни создается развитая поверхность оборотной воды, которая, взаимодействуя с воздухом внутри башни, отдает ему тепло в результате теплообмена и испарения. Нагретый воздух поднимется вверх и выходит наружу, образуя внутри башни вертикальный воздушный поток, при этом внутрь башни через воздуховходные окна поступает радиально направленный поток наружного воздуха. Эффективность охлаждения оборотной воды определяется величиной развитой поверхности, а также временем и интенсивностью ее взаимодействия с потоком наружного воздуха, поступающего в воздуховходные окна градирни.

Для создания развитой поверхности оборотной воды внутри башни размещается водораспределительная система и ороситель. С помощью водораспределительной системы оборотная вода разбрызгивается на мелкие капли. Для увеличения времени взаимодействия развитой поверхности оборотной воды с потоком наружного воздуха капли падают на ороситель, который, как правило, выполняется из плоских листов, и стекают по ним тонкой пленкой в водосборный бассейн.

Предлагаются различные способы повышения тепловой эффективности башенных градирен.

Известна башенная испарительная градирня, названная аэродинамической, в которой, для повышения интенсивности охлаждения оборотной воды внутрь башни у ее основания помещают ветровое колесо с вертикальной осью вращения (патент РФ №2314474, МПК F28C 1/00). Горизонтально направленный поток наружного воздуха, поступающий в воздуховходные окна градирни, ударяется о лопатки ветрового колеса и турбулизируется, увеличивая интенсивность его взаимодействия с развитой поверхностью оборотной воды, что повышает эффективность ее охлаждения. Одновременно с этим ветровой поток заставляет вращаться ветровое колесо и соединенный с ним электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию, утилизируя таким образом низкопотенциальное тепло оборотной воды, с помощью которого создается воздушный поток внутри вытяжной башни.

Недостатком аэродинамической градирни является низкая тепловая эффективность, обусловленная малым временем взаимодействия развитой поверхности оборотной воды с потоком наружного воздуха, поскольку в установке отсутствует ороситель, поэтому время взаимодействия определяется только временем падения капель.

Наиболее близкой, принятой за прототип является аэродинамическая градирня, в которую введен ороситель (патент РФ №2516986, МПК F28C 1/00).

Установка содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании и водосборный бассейн. Около воздуховходных окон снаружи под углом к радиусу основания башни расположены воздухонаправляющие щиты. Внутри башни у ее основания находится ветровое колесо, соединенное с электрогенератором. Над ветровым колесом расположена водораспределительная система. Установка содержит ороситель с наклонными плоскостями, составляющий единую конструкцию с ветровым колесом.

Аэродинамическая градирня работает следующим образом. С помощью водораспределительной системы теплая оборотная вода разбрызгивается в виде мелких капель внутри вытяжной башни. Капли падают на наклонные плоскости оросителя и стекают с них тонкой пленкой в водосборный бассейн, отдавая тепло поступающему в башню наружному воздуху. Теплый воздух поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни, при этом в воздуховходные окна поступает поток наружного воздуха. Воздухонаправляющие щиты придают входящему воздушному потоку тангенциальную составляющую скорости за счет их углового расположения по отношению к входным окнам. Поступающий в башню поток наружного воздуха ударяется в лопатки ветрового колеса и вращает единую конструкцию ветрового колеса и оросителя, а также соединенный с ним электрогенератор, который вырабатывает электроэнергию.

Недостатком установки является низкая тепловая эффективность, обусловленная тем, что различные области развитой поверхности оборотной воды находятся в неравных условиях по отношению к входящему потоку наружного воздуха. Области, находящиеся у входных окон, взаимодействуют с холодным потоком наружного воздуха с низкой влажностью, тогда как области, находящиеся в центральной части башни взаимодействуют с потоком воздуха, температура и влажность которого выше, поэтому эффективность теплообмена у этих областей меньше.

Задачей изобретения является повышение тепловой эффективности аэродинамических градирен.

Техническим результатом является повышение тепловой эффективности аэродинамических градирен.

Технический результат достигается тем, что в аэродинамической градирне, содержащей вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, водосборный бассейн, водораспределительную систему, ороситель с наклонными плоскостями и ветровое колесо, соединенное с электрогенератором, водораспределительная система и наклонные плоскости оросителя вынесены из вытяжной башни наружу и установлены на кольцевом основании, а сверху закрыты крышей, установленной над воздуховходными окнами, при этом кольцевое основание выполнено с наклоном в сторону водосборного бассейна, а его площадь равна площади основания башни, а водораспределительная система выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками, расположенными внизу у наклонных плоскостей оросителя под углом к радиусу основания градирни, при этом на них установлены разбрызгиватели воды, направленные так, чтобы капли воды падали сверху на наклонные плоскости оросителя, расположенные у воздуховходных окон под тем же углом к радиусу основания башни градирни, что и патрубки кольцевой водораспределительной системы.

Вынесение водораспределительной системы и наклонных плоскостей оросителя из вытяжной башни позволяет создать равные условия взаимодействия развитой поверхности оборотной воды с потоком наружного воздуха в зоне теплообмена, что увеличивает тепловую эффективность аэродинамической градирни.

Расположение водораспределительной системы внизу у наклонных плоскостей оросителя позволяет увеличить время взаимодействия развитой поверхности воды с потоком наружного воздуха, что также увеличивает тепловую эффективность градирни.

Изобретение поясняется схемой аэродинамической градирни с внешним теплообменом, представленной на фиг. 1.

Аэродинамическая градирня с внешним теплообменом содержит вытяжную башню 1, в основании которой находятся воздуховходные окна 2 и водосборный бассейн 3. Внутри башни 1 у ее основания находится ветровое колесо 4 с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором 5. На кольцевом основании 6, расположенном снаружи вытяжной башни 1, установлены водораспределительная система 7 и наклонные плоскости 8 оросителя, которые сверху закрыты крышей 9, расположенной над воздуховходными окнами 2. Кольцевое основание 6 выполнено с наклоном в сторону водосборного бассейна 3, при этом его площадь равна площади основания башни. Водораспределительная система 7 выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками 10, расположенными внизу у наклонных плоскостей 8 оросителя. Патрубки 10 расположены под углом порядка 45 угловых градусов к радиусу основания градирни, при этом на них установлены разбрызгиватели воды, направленные так, чтобы капли воды падали на наклонные плоскости 8 оросителя, расположенные у воздуховходных окон под тем же углом к радиусу основания градирни, что и патрубки 10 кольцевой водораспределительной системы 7. Пространство между кольцевым основанием 6 и крышей 9 образует зону внешнего теплообмена между развитой поверхностью оборотной воды и потоком наружного воздуха, при этом площадь орошения внешней зоны теплообмена равна прежней площади орошения градирни. Схема водораспределительной системы 7 с патрубками 10 представлена на фиг. 2а, расположение патрубков 10 водораспределительной системы 7 и наклонных плоскостей 8 оросителя, а также схема разбрызгивания оборотной воды представлены на фиг. 2б.

Аэродинамическая градирня с внешним теплообменом работает следующим образом. С помощью разбрызгивателей, установленных на патрубках 10 распределительной системы 7, оборотная вода разбрызгивается в виде мелких капель, которые падают на наклонные плоскости 8 оросителя и стекают по ним тонкой пленкой на кольцевое основание 6, а затем в водосборный бассейн 3. Теплая вода в бассейне 3 нагревает находящийся в вытяжной башне 1 воздух, который поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни 1, при этом через воздуховходные окна 2 внутрь башни начинает поступать наружный воздух, проходя при этом через зону теплообмена, расположенную между кольцевым основанием 6 и крышей 9. В зоне теплообмена развитая поверхность оборотной воды представлена в виде капель, создающихся с помощью разбрызгивателей воды, и тонкой пленки, стекающей с наклонных плоскостей 8 оросителя. Скорость стекания пленки воды зависит от угла наклона плоскостей оросителя к вертикали, который определяется экспериментально. В зоне теплообмена, вынесенной из вытяжной башни, условия взаимодействия развитой поверхности оборотной воды с потоком наружного воздуха оказываются одинаковыми во всей зоне. Наклонные плоскости 8 оросителя, расположенные под углом к радиусу основания градирни, увеличивают путь пробега наружного воздуха в зоне теплообмена, а следовательно, и время контакта потока наружного воздуха с развитой поверхностью оборотной воды. Заходя внутрь баши 1 через воздуховходные окна 2, поток наружного воздуха ударяется в лопатки ветрового колеса 4 и вращает его и соединенный с ним электрогенератор 5, вырабатывающий электричество, после чего нагретый наружный воздух поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни 1.

Был построен макет аэродинамической градирни с внешним теплообменом. Проведенные эксперименты показали работоспособность и эффективность предложенной конструкции аэродинамической градирни.

1. Аэродинамическая градирня, содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, водосборный бассейн, водораспределительную систему, ороситель с наклонными плоскостями и ветровое колесо, соединенное с электрогенератором, отличающаяся тем, что водораспределительная система и наклонные плоскости оросителя вынесены наружу и установлены на кольцевом основании, а сверху закрыты крышей, расположенной над воздуховходными окнами.

2. Аэродинамическая градирня по п. 2, отличающаяся тем, что кольцевое основание выполнено с наклоном в сторону водосборного бассейна, при этом его площадь равна площади основания вытяжной башни.

3. Аэродинамическая градирня по п. 1, отличающаяся тем, что водораспределительная система выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками, расположенными внизу у наклонных плоскостей оросителя под углом к радиусу основания градирни, при этом на патрубках установлены разбрызгиватели воды, направленные так, чтобы капли воды попадали на наклонные плоскости оросителя, расположенные у воздуховходных окон под тем же углом к радиусу основания градирни, что и патрубки кольцевой водораспределительной системы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменным устройствам охлаждения воды в системах промышленного оборотного водоснабжения для отвода избыточного тепла при различных технологических процессах, связанных с его выделением.

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано для охлаждения оборотной воды. Вентиляторная градирня содержит вентилятор, на нижнюю и верхнюю поверхности каждой из лопастей вентилятора наносят наноматериал в виде стекловидной пленки, причем нанопокрытие выполнено ресурсосберегающим с уменьшающейся толщиной от основания лопасти к периферии.

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано для охлаждения оборотной воды. Вентиляторная градирня содержит вытяжную башню с воздуховодными окнами по периметру ее нижней части, воздухоуловитель, водораспределительную систему с суживающимися соплами и расположенную симметрично относительно продольной оси башни, ороситель и бассейн, разделенный на секции перегородками, каждая из которых выполнена из биметалла зигзагообразно с образованием в секции чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, причем водораспределительная система выполнена попарно расположенными суживающимися соплами и на внутренней поверхности каждого из пары сопел выполнены продольно расположенные от большого основания к меньшему криволинейные канавки, при этом в первом из пары сопел направляющая криволинейной канавки имеет направление по ходу часовой стрелки, а во втором направляющая криволинейной канавки имеет направление против часовой стрелки, при этом вытяжная башня снабжена конусообразным насадком с полым валом, на котором укреплены ветроколесо с криволинейными полостями и крыльчаткой, причем криволинейные поверхности лопастей ветроколеса и крыльчатки при взаимном синхронном перемещении образуют суживающее сопло вращения, кроме того, в полом валу между ветроколесом и крыльчаткой расположены выпускные окна для вентиляционного воздуха, а ветроколесо соединено с электроаккумулирующим устройством.

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано для охлаждения оборотной воды. Вентиляторная градирня содержат вытяжную башню, при этом вытяжная башня снабжена вентилятором, расположенным в ее верхней части, регулятором температуры с датчиком температуры атмосферного воздуха, при этом регулятор температуры своим выходом соединен с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а регулятор температуры содержит блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, и выходом электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости вращения.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения технологического оборудования, охлаждаемого водой, например компрессорных станций, промышленных холодильников, конденсаторов и т.д.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к системам оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Система оборотного водоснабжения, содержащая теплообменники, подключаемые прямой и обратной магистралями воды к бассейну-смесителю, снабженному охладителем, подключенным к прямой магистрали соединительным трубопроводом с регулятором расхода и эжектором, камера смешивания которого подключена к обратной магистрали воды с регулятором давления, а сопловая часть эжектора на внутренней поверхности имеет винтообразные канавки, связанные с кольцевой канавкой, подключенной к сборнику загрязнений, при этом охладитель включает вертикальный корпус, боковые стенки которого и установленные в нем секционные перегородки выполнены загзагообразными и образуют в каждой секции диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке, кроме того, регулятор расхода снабжен задвижкой с приводом регулятора скорости в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а на прямой магистрали воды установлен датчик температуры, подключенный к регулятору температуры, который содержит блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, кроме того, выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, выход которого подключен к регулятору скорости привода задвижки, причем перегородки диффузоров и конфузоров выполнены из биметалла, при этом внутренний материал диффузоров имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности внутреннего материала конфузоров, при этом теплообменники снабжены термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с двумя проходными каналами для горячей и охлажденной воды и комплектом дифференциальных термопар, «горячие» концы которых расположены внутри проходного канала для горячей воды, а их «холодные» концы расположены в проходном канале для охлажденной воды, причем вход проходного канала для горячей воды соединен через трехходовой клапан с обратной магистралью перед бассейном-смесителем, а его выход соединен с обратной магистралью перед бассейном-смесителем, кроме того, вход проходного канала для охлажденной воды соединен с прямой напорной магистралью перед регулятором давления, а его выход соединен через трехходовой клапан с бассейном-смесителем.

Изобретение относится к области энергетики. Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости за счет поддержания стационарности тепломассообмена в условиях различных температурных воздействий окружающей среды на наружную поверхность вытяжной башни путем обеспечения постоянства микроклимата в ее внутреннем объеме.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к башенным градирням для охлаждения оборотной воды промышленных предприятий. Градирня содержит башню в виде усеченной пирамиды или гиперболоида вращений.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к градирням систем оборотного водоснабжения электростанций и промышленных предприятий. Башенная градирня содержит башню с установленными в ней водораспределительной системой, водоуловителем и оросителем, причем в башне в нижней ее части выполнены воздуховпускные окна и бассейн, а в воздуховпускных окнах установлены на вертикальных осях поворотные заслонки, причем площадь каждой заслонки разделена вертикальной осью на две неравные части, водораспределительная система образована идентичными, плоскими, рядом расположенными водоразбрызгивающими секциями, установленными под водоуловителем и над оросителем, при этом водоразбрызгивающие секции подключены к водоподводящим стоякам, водораспределительная система образована двумя водоразбрызгивающими секциями, каждая из которых подключена к своему расположенному под оросителем над бассейном водоподводящему трубопроводу посредством водоподводящих стояков, каждый из которых на выходе подключен к своему горизонтальному водораспределительному трубопроводу в средней его части, причем последние установлены параллельно друг другу и сообщены с системой параллельных водораздающих трубопроводов, на которых установлены водоразбрызгивающие сопла, равномерно распределенные вдоль водораздающих трубопроводов, диаметр проходного сечения водораспределительных трубопроводов ступенчато уменьшается в направлении от места подключения к водоподводящему стояку, при этом водоразбрызгивающие секции расположены симметрично относительно вертикальной оси градирни, каждая секция снабжена одним водоподводящим стояком, стояки секций расположены параллельно друг другу вдоль вертикальной оси градирни, водораспределительные трубопроводы расположены вдоль диаметра вписанной окружности поперечного сечения градирни, к водораспределительным трубопроводам подключены параллельные друг другу водоотводящие трубопроводы, посредством которых водораспределительные трубопроводы сообщены с водораздающими трубопроводами, водоотводящие трубопроводы выполнены ступенчато сужающимися в направлении от водораздающего трубопровода к стенке градирни и расположены перпендикулярно водораспределительным трубопроводам, концевые участки водоотводящих трубопроводов каждой секции сообщены между собой периферийными трубопроводами, расположенными вдоль вписанной окружности поперечного сечения градирни, а водоразбрызгивающие сопла смежных водораздающих трубопроводов расположены в шахматном порядке относительно друг друга.

Изобретение может быть использовано в градирнях промышленных предприятий и электростанций. Сущность заявляемого способа заключается в том, что в замкнутом рециркуляционном цикле градирни, образованном градирней 1, устройством воздухоподготовки 2, паро-газовоздуховодами 3 и трубопроводами конденсата 4, устанавливают емкостный аккумулятор-регулятор 5 водного конденсата, при этом аккумулятор-регулятор 5 водного конденсата одновременно является регулятором поддержания требуемого объема воды в градирне и системе технического водоснабжения и первичным накопителем теплоты конденсации, при этом устанавливают фазовый аккумулятор-регулятор 6 теплоты с теплоемким веществом, при этом конденсация паро-газовоздушной смеси происходит в устройстве воздухоподготовки на охлаждающей поверхности теплообмена с температурой, равной или меньшей точки росы, при этом поверхность теплообмена формируется одним или несколькими последовательными способами: теплообменными трубами, по которым циркулирует рабочая технологическая жидкость с температурой, равной или ниже точки росы, работой холодильной установки, введения в паро-газовоздушную смесь холодных жидких или твердых частиц, сжатием паро-газовоздушной смеси, при этом поверхность теплообмена формируется одним или несколькими последовательными способами: теплообменными трубами, по которым циркулирует рабочая технологическая жидкость с температурой, равной или ниже точки росы, работой холодильной установки, введения в паро-газовоздушную смесь холодных жидких или твердых частиц, сжатием паро-газовоздушной смеси, чтобы при достигнутых значениях температуры и давления конденсированная фаза была термодинамически более устойчива, чем газообразная, при этом теплота конденсации из рециркуляционного цикла собирается в аккумуляторе-регуляторе теплоты, из которого тепловым насосом 7 подается потребителю теплоты по назначению 8, при этом в замкнутом рециркуляционном цикле рециркуляция паро-газовоздушной смеси и очищенного от влаги и охлажденного воздуха производится за счет возрастающей разницы давлений насыщенного пара и не насыщенного пара в очищенном от влаги и охлажденном воздухе и принудительной подачей воздуха отсасывающим или нагнетательным вентилятором 9, при этом происходит охлаждение воды ниже значений температуры мокрого термометра атмосферного воздуха и снижается зависимость работы градирни от стороннего источника воды, от состояния атмосферного воздуха, достигается высокая концентрация аккумулирования теплоты, при этом избыточный объем воздуха удаляется через регулирующий клапан 10 и восполняется через входящий клапан.
Наверх