Область техники

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве охладителя оборотной воды на крупных промышленных объектах, включая электростанции, на которых расход воды составляет не менее 4000 м ³ /час.

Предшествующий уровень техники

Известна башенная градирня (RU 2295099 С1 , 2007), содержащая корпус с воздухоподающими соплами, проемы в кожухе, дополнительные проемы и водовоздушный эжектор. Каждое водоподающее сопло размещено внутри введенной в корпус трубной оболочки, водовоздушные эжекторы образованы указанными воздухоподающими соплами и трубными оболочками, при этом зазоры между воздухоподающими соплами и трубными оболочками заполнены воздухом, а дополнительные проемы образованы указанными зазорами, при этом водоподающие сопла и трубные оболочки размещены внутри кожуха градирни так, что их входные торцы расположены вблизи проемов в кожухе.

Указанная известная градирня имеет следующие основные недостатки. Расположение эжекторов только по периметру не может оказать существенного влияния на эксплуатационные показатели градирни в целом, так как они работают только в периферийной зоне, а габариты башенных градирен в плане, как правило, измеряются десятками метров.

Исходя из приведенного соотношения (1 ,05-И , 03): 1 между диаметрами трубной оболочки эжектора и водоподающего сопла, величина зазора между ними составляет несколько миллиметров, так как диаметр реальных водоподающих сопел не превышает 200 мм. Через столь малые зазоры даже при очень больших скоростях невозможно прокачать большое количество воздуха, что практически нивелирует влияние эжекторов на работу градирни, поскольку башня протягивает миллионы кубических метров воздуха, а производительность таких градирен по охлажденной воде исчисляется тысячами кубических метров в час.

Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению является градирня (RU 2099662 С1 , 1997), содержащая вертикальную башню с воздухозаборным окном, резервуар для сбора охлажденной воды и водораспределительную систему, которая включает кольцевой водоподводящий коллектор с радиальными патрубками, установленными с наклоном от центра к периферии, и поярусно размещенные форсунки, сопла которых ориентированы к центру башни под разными углами к горизонтальной плоскости.

Градирня, являющаяся ближайшим аналогом, также имеет ряд существенных недостатков.

При отсутствии эжекционных каналов и размещении форсунок внутри активной зоны градирни эжектирующая способность свободных факелов порождает лишь рециркуляцию влажного воздуха в ее объеме и мало способствует подсосу дополнительного количества воздуха.

Практика эксплуатации башенных градирен показывает, что линии тока воздушных потоков сразу же после воздухозаборного окна изгибаются вверх под действием самотяги башни. В этой связи в воздушный поток попадают только форсунки верхних рядов, смонтированные под углами 30-45° к горизонту. Потоки воды, выталкиваемые форсунками нижних рядов в горизонтальном направлении, оказываются за пределами зоны течения воздуха и поэтому охлаждения значительной части воды практически не происходит. Более того, водопады, создаваемые форсунками верхних рядов, обрушиваясь вниз, угнетают факелы нижних рядов.

Строительство дорогостоящих башен высотой 50 м и более, способных создать необходимую самотягу, экономически целесообразно, если расход воды через градирню исчисляется тысячами кубических метров в час. Габариты таких градирен в плане составляют несколько десятков метров, тогда как форсунки нижних рядов, при среднестатистическом давлении 0, 1 -0, 15 МПа, могут вытолкнуть воду на расстояние не более 6-7 м, то есть в центральной части градирни создается «мертвая зона», где нет движения теплоносителей.

Гидравлическая схема градирни неудобна, так как не позволяет осуществлять техническое обслуживание форсунок без полного останова агрегата.

Сущность изобретения

Задачами данного изобретения являются повышение охлаждающей способности градирни, снижение капитальных затрат на строительство и улучшение условий технического обслуживания агрегата.

Поставленные задачи решены, согласно настоящему изобретению, тем, что многоконтурная эжекционная градирня, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, корпус в виде правильной многогранной призмы, расположенные в нижней части емкости для сбора охлажденной воды, систему наклонных водосливов, над которыми расположены эжекционные узлы с форсунками, а непосредственно под ними смонтированы коллекторы водораспределительной системы, расположенные в верхней части конфузор и выхлопной канал с установленным внутри его каплеуловителем, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена разделительной перегородкой, концентрично установленной внутри корпуса и делящей объем градирни на внутренний и периферийный контуры охлаждения, при этом внутренний контур охлаждения снабжен водосливом в форме усеченной перевернутой пирамиды, а периферийный контур охлаждения снабжен двумя водосливами кольцевой многогранной формы с уклоном навстречу друг к другу, технологическими площадками, расположенными в проекционной связи под каждым водосливом, причем настил периферийной технологической площадки выполнен сплошным, а внутренней площадки - решетчатым, ветровыми перегородками, установленными между нижними кромками всех водосливов и контурами технологических площадок, ограждающими активные зоны градирни во внутреннем и периферийном контурах охлаждения, воздухозаборным коридором, образованным в пространстве между водосборными емкостями, огражденном сверху двумя смежными водосливами, по бокам - ветровыми перегородками, а снизу - решетчатым настилом внутренней технологической площадки.

При этом форсунки расположены рядами по осям проемов воздуховходных окон, выполненных в плоскостях водосливов, над которыми установлены щелевидные эжекционные каналы.

Поперечное сечение эжекционного канала имеет форму сопла Лаваля.

Ширина эжекционного канала по верхней кромке меньше диаметра факела, создаваемого форсункой, в этой же плоскости, а шаг расположения форсунок выбран с возможностью обеспечения смыкания друг с другом деформированных стенками канала факелов для образования гарантированного гидрозатвора в поясе шириной не более 150 мм от верхней кромки канала.

По кромкам каждого воздуховходного окна выполнены отбортовки, образующие желоба для отвода воды из зоны гидрозатвора.

Емкости для сбора охлажденной воды выполнены в виде приемной камеры, имеющей призматическую форму и расположенной в центральной части градирни, и водосборного бассейна, имеющего кольцевую многогранную форму и расположенного на периферии градирни.

Все секторы водосборного бассейна соединены с приемной камерой переливными трубами, причем каждая труба направлена параллельно ближайшей к месту врезки грани камеры.

Предлагаемое изобретение позволяет достичь более глубокого охлаждения воды. Материалоемкость и капитальные затраты на строительство агрегата, по сравнению с типовыми башенными градирнями, уменьшаются на 30- 40%. Полная локализация активных зон градирни, а также работа каждого ряда форсунок в отдельный эжекционный канал и наличие в нем надежного гидрозатвора обеспечивают высокие коэффициенты эжекции. Одновременно снижается рабочее давление в системе до 0,20-0,25 МПа, что сокращает энергопотребление эжекционнои градирни. Кроме того, существенно улучшаются условия технического обслуживания агрегата.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан осевой разрез градирни. На фиг. 2 показан разрез по А- А фиг. 1. На фиг. 3 показан вид градирни сверху с частичным разрезом. На фиг. 4 показан разрез эжекционных узлов (увеличено).

Предпочтительный вариант осуществления изобретения Градирня содержит корпус 1 в виде правильной многогранной призмы, смонтированный на опорах 2 на высоте около двух метров над поверхностью земли. В нижней части градирни расположены две емкости для сбора охлажденной воды: на периферии - водосборный бассейн 3 кольцевой многогранной формы, в центре - приемная камера 4, из которой осуществляется подача охлажденной воды потребителю. Все секторы водосборного бассейна 3 соединены с приемной камерой 4 переливными трубами 5, причем каждая труба 5 направлена параллельно ближайшей к месту врезки грани камеры 4. Градирня имеет два контура охлаждения - внутренний и периферийный, разделенные перегородкой 6, расположенной концентрично стенкам корпуса 1. Высота панели перегородки б равна высоте стенок корпуса 1. Удлиненные стойки 7 каркаса перегородки 6 удерживают опорную раму 8 каплеуловителя 9. В верхней части корпус 1 переходит в конфузор 10, верхняя кромка которого стыкуется с опорной рамой 8 каплеуловителя 9. Над конфузором 10 смонтирован выхлопной канал 11 градирни. В основаниях конфузора 10 и выхлопного канала 1 1 расположены наружные трапы 12 и 13. Внутри выхлопного канала 11 в плоскости каплеуловителя 9 устроены внутренние трапы 14. В нижней части разделительной перегородки 6 по ее периметру изнутри смонтированы наклонные водосливы 15 в виде усеченной перевернутой пирамиды. На том же уровне снаружи перегородки 6 и по контуру стенок корпуса 1 изнутри также смонтированы водосливы 16 и 17 с уклоном навстречу друг другу. На водосливах 15, 16 и 17 расположены эжекционные узлы. Под водосливами 15, 16 и 17 смонтированы элементы водораспределительной системы. Ниже, на уровне верха водосборного бассейна 3 и приемной камеры 4, в проекционной связи под каждым водосливом, устроены внутренние и наружные технологические площадки 18 и 19, соответственно. Настил наружной технологической площадки 19 сплошной и покрывает периферийную часть поверхности водосборного бассейна 3. Настил внутренней технологической площадки 18 перфорированный и выполнен из просечно-вытяжного листа. В пространстве между нижними кромками всех водосливов 15, 16 и 17 и контурами технологических площадок 18 и 19 установлены ветровые перегородки 20, 21 и 22, предотвращающие вынос пара и капельной влаги из объема градирни. При этом, в пространстве между водосборными емкостями, огражденном сверху двумя смежными водосливами 15 и 16, по бокам - ветровыми перегородками 20 и 21 , а снизу - решетчатым настилом внутренней технологической площадки 18, образован воздухозаборный коридор 23. Воздух в коридор 23 поступает из-под днища градирни через щели перфорированного настила внутренней технологической площадки 18. Таким образом, полная локализация активной зоны обеспечивает подачу в эжекционные узлы сухого атмосферного воздуха.

Конструкция эжекционного узла представлена на фиг. 4. В плоскостях водосливов 15, 16 и 17 выполнены проемы воздуховходных окон. Коллекторы 24 водораспределительной системы расположены параллельно стенкам корпуса 1 непосредственно под водосливами. Форсунки 25 установлены рядами на коллекторах 24 по осям воздуховходных окон, над которыми смонтированы щелевидные эжекционные каналы 26. Ширина каждого эжекционного канала 26 по верхней кромке меньше диаметра факела, создаваемого форсункой 25 в этой же плоскости. Шаг расположения форсунок 25 выбран таким, чтобы деформированные стенками канала 26 факелы смыкались друг с другом, образуя гарантированный гидрозатвор в поясе шириной не более 150 мм от верхней кромки канала 26.

Исследования показывают, что наиболее эффективным является эжекционный канал в форме сопла Лаваля. В этой связи, стенки канала 26 изогнуты и имеют в поперечном сечении профиль этого сопла. Для сбора и отвода воды, стекающей в виде пленок по стенкам эжекционного канала 26 из зоны гидрозатворов, по кромкам каждого воздуховходного окна выполнены отбортовки 27, образующие систему желобов.

В зависимости от расхода охлаждаемой воды, градирня может иметь несколько периферийных контуров охлаждения, устроенных по аналогичной схеме и разделенных перегородками. При такой конструкции градирни высота агрегата не превышает 25 м.

Градирня работает следующим образом. Охлаждаемая вода поступает через коллекторы 24 и выталкивается форсунками 25 в эжекционные каналы 26, в объеме которых происходит подсос необходимого количества сухого атмосферного воздуха, не увлажненного парами.

Водяные пленки, образовавшиеся в зонах гидрозатворов, сползают по стенкам каналов 26 в желоба, по которым вода стекает в водосборный бассейн 3 и приемную камеру 4. Таким образом, исключаются потери воды из эжекторов при их ориентации снизу вверх.

Во внутреннем контуре охлаждения потоки водовоздушной смеси сначала движутся вверх по криволинейным траекториям с уклоном к оси градирни. Первая зона активного тепломассообмена возникает в объеме эжекционных каналов 26 в процессе интенсивного взаимодействия диспергированной жидкости и сухого атмосферного воздуха. В верхней части градирни происходит многостороннее лобовое столкновение потоков, сопровождающееся многократным дроблением и витанием капель, то есть потоки как бы зависают в объеме на некоторое время, создавая вторую зону активного тепломассообмена. После столкновения вода падает вниз в виде дождя. При этом некоторая часть эжектированного воздуха, насыщенного паром, из зоны столкновения уходит через выхлопной канал 11 в атмосферу. Другая часть воздуха, увлекаемая дождем, перемещается вниз. У поверхности жидкости в приемной камере 4, поток воздуха поворачивает и, распределяясь по объему, устремляется вверх к выхлопному каналу 11 , двигаясь противотоком падающему дождю - третья зона эффективного охлаждения. В периферийном контуре схема движения и характер взаимодействия потоков теплоносителей аналогичны процессу во внутреннем контуре. Отличие заключается лишь в том, что в верхней части объема между противоположными водосливами 16 и 17 происходит двухстороннее столкновение потоков. Разделительная перегородка 6 предотвращает движение блуждающих потоков, самопроизвольно возникающих в объемах больших тепломассообменных агрегатов.

Помимо рациональной схемы движения и взаимодействия потоков, существенно продлевающих время контакта теплоносителей, процессу эффективного тепломассообмена способствуют и другие факторы. Ввиду того, что поступающие по переливным трубам 5 потоки сориентированы тангенциально, весь объем воды в приемной камере 4 постоянно вращается. Сила трения приводит во вращение и воздух над поверхностью водоворота, вследствие чего в объеме внутреннего контура охлаждения создается смерчеобразный восходящий поток, увеличивающий самотягу всей градирни. Кроме того, наличие вихревых потоков еще более интенсифицирует процесс тепломассообмена между водой и воздухом.

Градирня очень удобна для технического обслуживания. С поверхностей нижних технологических площадок 18 и 19 обеспечен свободный доступ к эжекторам и элементам водораспределительной системы даже во время работы агрегата, так как водосливы 15, 16 и 17 защищают персонал от падающего дождя. Проникновение в активные зоны градирни осуществляется с этих же площадок 18 и 19 через двери в стенках ветровых перегородок 20, 21 и 22 (двери и лестницы на схеме не показаны). Для подъема на технологические площадки 18 и 19 в конструкции предусмотрены маршевые лестницы. С наружного трапа 13 на внутренний трап 14 персонал попадает через дверь в стенке выхлопного канала 11. Для оценки состояния и выполнения ремонтно-восстановительных работ основных несущих конструкций персонал может свободно перемещаться под днищем градирни.

Промышленная применимость

Таким образом, предлагаемые конструкция градирни и технологическая схема процесса охлаждения определяют ее применение в водооборотных системах охлаждения крупных промышленных предприятий и тепловых электростанций, где расходы воды достигают нескольких десятков тысяч кубометров в час.

Конструкции градирни, включая водосборные емкости, смонтированы на высоте около двух метров над поверхностью земли, что позволяет использовать эти агрегаты на предприятиях, где отсутствуют дорогостоящие заглубленные насосные станции, а насосы располагаются на нулевой отметке.