Область техники

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использовано в качестве охладителя оборотной воды и других жидких сред в различных отраслях промышленности.

Предшествующий уровень техники

Известна эжекционная градирня (RU 2187058 С1 , 2002), содержащая корпус, водоуловитель, воздуховходные и воздуховыходную шахты. В верхней и нижней части корпуса установлены коллекторы основного охлаждения с эжекционными форсунками, распыляющими воду и эжектирующими воздух. Корпус имеет четыре воздуховходные шахты, внутри корпуса расположены вертикальная перегородка и коллекторы предварительного охлаждения с форсунками, обращенными выходными отверстиями вверх, которые вместе с вертикальной перегородкой задают направление движения отработанного воздуха.

Такая градирня имеет следующие основные недостатки:

- затруднено техническое обслуживание форсунок и коллекторов предварительного охлаждения и других узлов внутри корпуса агрегата;

- зона выхода отработавшего воздуха расположена в непосредственной близости от входа верхней воздуховходной шахты;

- ориентация форсунок на двух коллекторах внутри корпуса в сторону водоуловителя увеличивает потери воды, связанные с каплеуносом;

- градирня характеризуется перерасходом электроэнергии на увеличение объема эжектируемого воздуха, связанное с оттоком его части из градирни в

, местах, где периметры круглых факелов не касаются плоских стенок воздуховходной шахты.

Наиболее близкой по техническим по технической сущности является эжекционная градирня (RU 2166163 С2, 2001 ), содержащая корпус с воздуховходными эжекционными окнами, выполненными в виде продольного канала и расположенными вдоль верхней кромки градирни, и коллектор с форсунками, направленными вниз.

Эта градирня, являющаяся ближайшим аналогом, также имеет ряд существенных недостатков:

- для обеспечения гидрозатвора в прямоугольном эжекционном канале взаимное перекрытие факелов составляет 60-70%. Исследования показывают, что перекрытие более 30% ведет к разрушению факелов, что снижает коэффициент эжекции и ухудшает охлаждающую способность градирни;

- установка форсунок в верхней части градирни снижает располагаемый напор перед форсунками на высоту градирни;

- при направлении факелов вниз форсунка «простреливает» весь объем невысокой градирни почти мгновенно, тогда как процесс тепломассообмена в градирнях до полного насыщения воздуха занимает не менее 4-5 секунд, что требует увеличения высоты агрегата до нескольких десятков метров. В результате этого растет материалоемкость конструкции и повышается потребный напор, сопровождающийся перерасходом электроэнергии;

- при расположении эжекционных каналов в непосредственной близости от выхлопного канала градирни происходит постоянный подсос отработавшего влажного воздуха и непрерывная его рециркуляция, ухудшающая охлаждающую способность агрегата. .

Сущность изобретения

Задачами настоящего изобретения являются повышение охлаждающей способности градирни, снижение энергоемкости процесса, снижение материалоемкости конструкции и улучшение условий технического обслуживания агрегата.

Поставленные задачи решены, согласно настоящему изобретению, во- первых, тем, что эжекционная градирня, содержащая корпус в виде многогранной призмы, установленный на опорах, базирующихся вместе с водосборным поддоном на опорной раме, выхлопной канал, смонтированный на верхней части корпуса и состоящий из конфузора и диффузора, каплеуловитель, установленный внутри верхней части корпуса, размещенные в корпусе водовоздушные эжекторы и расположенную за пределами корпуса водораспределительную систему, отличается тем, что основание корпуса имеет форму перевернутой усеченной пирамиды, боковую поверхность которой образуют наклонные водосливы, водовоздушные эжекторы установлены на водосливах и направлены вверх с наклоном в сторону оси корпуса, причем входные окна эжекторов выполнены в виде отверстий в плоскостях водосливов, от внутренних кромок водосливов до водосборного поддона установлены ветровые перегородки, а часть поддона снаружи от ветровых перегородок покрыта сплошным настилом, образующим нижнюю технологическую площадку.

При этом каждый эжектор имеет струйно-вихревую форсунку, смонтированную в центре воздуховходного окна, по контуру которого на водосливе расположено водоотбойное кольцо, а эжекционный канал установлен соосно с форсункой с образованием между ним и плоскостью водослива дренажного зазора высотой 3-5 мм.

Эжекционный канал имеет диаметр на 50-60 мм больше диаметра водоотбойного кольца и установлен с образованием между ними кольцевого зазора.

Высота эжекционного канала с учетом диаметра воздуховходного окна и угла раскрытия факела форсунки выбрана с возможностью обеспечения образования гарантированного гидрозатвора между факелом и стенкой эжекционного канала в зоне, ширина которой не превышает 150 мм от верхней кромки канала.

Водораспределительная система включает в себя стояки и коллекторы в виде замкнутых многогранников, повторяющих форму корпуса, расположенных концентрично относительно его оси непосредственно под водосливами.

Эжекторы расположены рядами симметрично относительно коллекторов, причем шаг их установки больше диаметра эжекционного канала на 50-100 мм. дренажного зазора высотой 3-5 мм.

Поставленные задачи решены, согласно настоящему изобретению, во- вторых, также тем, что способ организации процесса тепломассообмена, включающий диспергирование охлаждаемой воды форсунками в объем градирни с одновременным подсосом атмосферного воздуха, сбор воды в водосборном поддоне и выпуск образовавшейся паровоздушной смеси через выхлопной канал градирни в атмосферу, отличается тем, что подают охлаждаемую воду и сухой атмосферный воздух водовоздушными эжекторами с образованием в них гидрозатворов в верхнюю часть объема градирни с уклоном к ее оси, где создают многостороннее лобовое столкновение водяных потоков, обеспечивают многократное дробление и витание капель в воздушных потоках, а также в несколько раз продлевают время взаимодействия теплоносителей в режиме интенсивного тепломассообмена.

Предлагаемое изобретение позволяет достичь глубины охлаждения оборотной воды до уровня температуры воздуха по смоченному термометру плюс 4-5°, снизить материалоемкость конструкции, так как ориентация эжекторов снизу вверх не требует большой высоты градирни, снизить энергоемкость процесса в связи с понижением потребного давления до 0,2-0,25 Па, а также улучшить удобство технического обслуживания агрегата.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан вертикальный разрез градирни. На фиг.2 показан горизонтальный разрез по А-А градирни, представленной на фиг. 1 . На фиг. 3 показан вид Б (увеличено) фиг. 1 , поясняющий конструкцию водовоздушного эжектора.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения Градирня имеет корпус 1 в виде многогранной призмы, смонтированной на опорах 2, базирующихся вместе с водосборным поддоном 3, на опорной раме 4. Основание корпуса 1 имеет форму перевернутой усеченной пирамиды, гранями которой являются водосливы 5, изготовленные из металлических листов. В плоскостях водосливов 5 выполнены отверстия, над которыми смонтированы водовоздушные эжекторы. Количество эжекторов определяется производительностью форсунки при заданном рабочем давлении и общим расходом охлаждаемой воды через градирню. Водораспределительная система находится непосредственно под водосливами 5, включает в себя несколько стояков б и коллекторов 7 и выполнена в виде замкнутых многогранников, повторяющих форму корпуса 1 и расположенных концентрично относительно его оси. Пространство между водосливами 5 и водосборным поддоном 3 закрыто ветровыми перегородками 8, установленными по контурам внутренних кромок водосливов 5. В одной из ветровых перегородок 8 выполнена дверь 9. Снаружи от ветровых перегородок 8 водосборный поддон 3 покрыт сплошным настилом, образующим нижнюю технологическую площадку 10. В верхней части градирня имеет выхлопной канал для выхода паровоздушной смеси, состоящий из конфузора 1 1 и диффузора 12. В основании конфузора 1 1 смонтирована верхняя технологическая площадка 13, опоясывающая верх корпуса 1 снаружи. Внутри корпуса 1 на том же уровне установлен каплеуловитель 14. На верхнюю технологическую площадку 13 опирается трап-лестница 15, примыкающая к люку- лазу (на чертежах не показан) в стенке диффузора 12.

При установке градирни над заглубленным водосборным бассейном в ее конструкции отсутствует водосборный поддон 3.

В плоскостях водосливов 5 выполнены круглые отверстия. В центре каждого отверстия размещена струйно-вихревая форсунка 16, сориентированная вверх по оси эжектора с уклоном в сторону оси градирни.

По контуру каждого отверстия, являющегося одновременно входным окном эжектора, сверху над водосливом 5 приварено водоотбойное кольцо 17.

Эжекционный канал 18 установлен соосно с форсункой 16 и имеет дренажный зазор с водосливом 5 высотой 3-5 мм. Исследования показывают, что не только наличие гидрозатвора, но и его местоположение существенно влияет на величину коэффициента эжекции. В этой связи высота эжекционного канала 18, зависящая от диаметра воздуховходного окна эжектора и угла раскрытия факела форсунки 16, установлена такой, чтобы обеспечить образование гидрозатвора между факелом и твердой стенкой в зоне шириной 150 мм от верхней кромки канала 18. Диаметр эжекционного канала 18 на 50-60 мм больше диаметра водоотбойного кольца 17, вследствие чего между ними остается кольцевой зазор шириной 25-30 мм. Эжекторы расположены рядами симметрично относительно коллекторов водораспределительной системы. Для того, чтобы исключить разрушение факелов соседних эжекторов при их пересечении, шаг их установки больше диаметра эжекционного канала 18 на 50-100 мм.

Градирня очень удобна для технического обслуживания. С поверхности нижней технологической площадки 10 обеспечен свободный доступ к эжекторам и элементам водораспределительной системы даже во время работы агрегата, так как водосливы 5 защищают персонал от падающего дождя. Проникновение внутрь корпуса 1 градирни осуществляется с поверхности этой же площадки 10 через дверь 9. В объем выхлопного канала персонал попадает по трап-лестнице 15 через люк-лаз в стенке диффузора 12.

Такая конструкция градирни определяет и новый способ организации процесса тепломассообмена.

Нагретая вода под давлением подается в коллекторы 7 водораспределительной системы, из которых через форсунки 16, выталкивается в эжекционные каналы 18, в объеме которых происходит подсос необходимого количества сухого атмосферного воздуха.

Водяная пленка, образовавшаяся в зоне гидрозатвора, сползает вниз по стенкам эжекционного канала 18, а затем, омывая водоотбойное кольцо 17, стекает через дренажный зазор по наклонному водосливу 5. Таким образом, исключаются потери воды из эжекторов при их ориентации снизу вверх.

После эжекторов потоки диспергированной жидкости вместе с эжектированным воздухом движутся по криволинейным траекториям с уклоном к оси градирни. В верхней части градирни происходит многостороннее лобовое столкновение потоков, сопровождающееся многократным дроблением и витанием капель в процессе хаотического движения, то есть поток как бы зависает в объеме на некоторое время. После столкновения поток падает вниз в виде дождя. При этом некоторая часть эжектированного воздуха, насыщенного паром, из зоны столкновения уходит через выхлопной канал в атмосферу. Другая часть воздуха, увлекаемая дождем, движется вниз. У поверхности жидкости в водосборном поддоне 3 воздух поворачивает и, распределяясь по объему, устремляется в выхлопной канал градирни, «просеиваясь» между каплями свободно падающего дождя.

При таком способе организации процесса тепломассообмена время контакта фаз возрастает до 5 с и более. По ходу движения потоков можно выделить три зоны интенсивного тепломассообмена:

зона тепломассообмена в режиме активной турбулентности на участке от эжекторов до столкновения потоков;

зона столкновения потоков в режиме хаотического витания капель; зона свободно падающего дождя в режиме противотока с восходящими потоками воздуха.

Таким образом, помимо рациональной схемы процесса тепломассообмена, многократно увеличивающей время контакта фаз, высокую эффективность градирни обеспечивают и другие факторы.

Лобовое столкновение потоков в центре градирни играет значительную роль в общем процессе тепломассообмена.

Наличие гидрозатвора при работе каждой форсунки 16 струйно-вихревого типа в свой эжекционный канал 18 круглого сечения обеспечивает высокие коэффициенты эжекции и снижение рабочего давления до 0,2-0,25 МПа.

Через эжекторы в градирню поступает сухой атмосферный воздух, так как его увлажнению парами и капельной влагой препятствует локализация активной зоны градирни водосливами 5, ветровыми перегородками 8 и сплошным настилом нижней технологической площадки 10.

В конструкции градирни зоны входа сухого атмосферного воздуха и выхлопа отработавшей паровоздушной смеси максимально удалены друг от друга, что предотвращает рециркуляцию влаги.

Промышленная применимость

Изобретение может быть использовано в качестве охладителя оборотной воды и других жидких сред в различных отраслях промышленности.