Способ интенсификации теплообмена в секционированной градирне

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА В СЕКЦИОНИРОВАННОЙ ГРАДИРНЕ(71) Заявитель Академический научный комплекс Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова НАН Беларуси(73) Патентообладатель Академический научный комплекс Институт тепло- и массообмена им. А.Г. Лыкова НАН Беларуси(57) Способ интенсификации теплообмена в секционированной градирне путем регулирования расхода воды с учетом результатов измерения температуры паровоздушной смеси, а также температуры воды на входе в градирню и в водосборном бассейне, отличающийся тем, что измеряют скорость паровоздушной смеси над оросителем, температуру этой смеси измеряют также над оросителем, а воду подают в секции периодически с частотой(1 /,где- продолжительность подачи воды, выбираемая из условия 0,34 , причем 22/,2724 1 где- расстояние между соседними щитами оросителя- коэффициент диффузии водяного пара/- продолжительность паузы- высота щитов оросителя- скорость паровоздушной смеси над оросителем. Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в градирнях для повышения эффективности их работы. Известно техническое решение 1 по интенсификации охлаждения жидкости воздухом путем перераспределения последнего по секциям вытяжной башни. Однако это конструктивное решение реализуется в случае охлаждения малых объемов воды. Известен способ повышения эффективности работы градирни 2, принятый в качестве прототипа, в котором измеряют температуру воды на входе в градирню и в водосборном бассейне, температуру и влажность воздуха на входе в градирню и изменяют расход воды в секциях градирни в зависимости от соотношения температуры воды на входе и выходе из градирни. Недостатком способа является постоянный во времени расход воды по секциям, что обуславливает взаимодействие охлаждаемой воды с воздухом, в котором высока концентрация паров воды. В результате эффективность охлаждения воды снижается. Задача, которую решает заявляемое изобретение, состоит в увеличении эффективности охлаждения воды в градирне за счет периодического изменения расхода охлаждаемой воды в каждой секции. Указанная задача осуществляется тем, что в секционированной градирне измеряют скорость паровоздушной смеси над оросителем, температуру этой смеси градирни измеряют также над оросителем, а воду подают в секции периодически с частотой/, где- продолжительность подачи воды, выбираемая из условия 0,34, причем 22/, где- расстояние между соседними щитами оросителя- коэффициент диффузии водяного пара/ - продолжительность паузы- высота щитов оросителяскорость паровоздушной смеси над оросителем. Изобретение поясняется графическим материалом. На фиг.1 схематично изображена градирня, 1 - башня градирни 2 - водораспределительная система 3 - щиты оросительного устройства, 4 - водосборный бассейн,5 - датчики контроля температуры воды, поступающей в градирню, 6 - датчики контроля температуры воды в водосборном бассейне, 7, 8 - датчики измерения температуры и скорости воздуха над оросительной системой, соответственно 9 - регулируемый вентиль. На фиг.2 представлена зависимость коэффициентаот периода Т изменения расхода охлаждаемой воды (1 - при прямоугольной форме изменения расхода, 2 - при синусоидальном законе изменения расхода во времени). Градирня содержит башню 1 с размещенной в ней секционированной водораспределительной системой 2 с разбрызгивателями и системой щитов 3 оросительного устройства. В нижней части градирни расположен водосборный бассейн 4. На водораспределителе 2 и в бассейне 4 установлены датчики 5 и 6 для измерения температуры воды, соответственно. Над оросительным пространством градирни установлены датчики определения скорости 7 и температуры 3 паровоздушной смеси. На каждой секции водораспределительной системы 2 установлен управляемый вентиль 9 для регулирования расхода проливаемой воды. Подаваемая через водораспределитель 2 на охлаждение вода разбрызгивается во внутреннем объеме градирни. Капли и струи воды, падая, осаждаются на щитах 3, образуя пленку, стекающую в водосборный бассейн 4. Щиты 3 установлены на небольшом расстоянии между собой, образуя каналы для прохода охлаждающего воздуха. Температура воды в водораспределительной системе и в водосборном бассейне измеряется датчиками 5 и 6, соответственно. Воздух, поднимаясь вверх, взаимодействует со струйками и каплями воды в каналах между щитами и с пленочным течением нагретой воды стекающей по поверхности щитов 3. В результате диффузии паров воды воздух насыщается ими. Эффективность испарительного охлаждения воды паровоздушным потоком снижается тем больше, чем выше поднимается этот поток. Скорость и температура паровоздушной смеси над оросительной системой 2 измеряется датчиками 7 и 8, соответственно. Время, за которое воздух насыщается водяными парами в первом приближении можно записать 22,где- расстояние между двумя соседними щитам- коэффициент диффузии водяных паров, который является функцией температуры. Возможность повышения к.п.д. градирни связана с увеличением времени взаимодействия воды с воздухом, который не насыщен парами воды. Это, в частности, достигается прекращением (уменьшением) пролива воды на некоторое время с помощью управляемого вентиля 9, сохраняя при этом средний расход водыза период. Т. е. от стационарного режима работы градирни переходят к периодическому. За время прекращения расхода воды в одной из секций тяга градирни, определяемая перепадом температуры между воздухомна входе в градирню и внутри ее, сохраняется, поскольку в других секциях вода продолжает проливаться. Это обуславливает обновление воздуха в этой секции в зоне взаимодействия его с водой. Поскольку 2 2724 1 определяющее влияние на процесс охлаждения воды имеет теплообмен между взаимодействующими фазами в межщитовых каналах, продолжительность паузы , в основном, определяется временем, за которое воздух сменяется в каналах. Второй важный параметр, определяющий период изменения расхода воды Т - это продолжительность подачи воды . Таким образом, Т. На эффективность охлаждения воды влияет не только величина концентрации паров воды в воздушном потоке, но и соотношение расходов воды и воздуха/. При малых временах пролива , воздух мало насыщен парами воды, но реализуется высокая мгновенная плотность орошения (за малые промежутки времени реализуется расход воды, равный расходу в стационарном режиме), т. е. большое значение , что отрицательно сказывается на эффективности охлаждения. Действительно, коэффициент теплового действия градирниравен/ 0 ,где- понижение температуры воды в градирне 0 - максимально возможное снижение температуры воды из термодинамических условий. Для градирни, работающей в стационарном режиме коэффициент теплового действия можно записать в виде/ (11 ) , где а - максимальное значение теплового к.п.д 1 - параметр, определяемый экспериментально из тепловых измерений методом идентификации. В нестационарном режиме параметр 1 становится функцией времени. Аппроксимируем эту функцию квадратичной зависимостью, при этом будем обозначать коэффициент перед отношением расходов как 0(2/2),где 0(1-)/2. Коэффициент 0 определен из условия, что к.п.д. градирни, при устранении эффекта насыщения, в два раза превышает к.п.д. градирни, работающей в стационарном режиме. Из условия 1,определяется параметр 1/0-1. В качестве параметра эффективности работы градирни при периодическом изменении расхода естественно принять отношение потоков энтальпийН/Н,где поток энтальпий Н в стационарном режиме работы градирни равен Н.( - теплоемкость воды), а поток энтальпий при периодическом изменении расхода. С учетом определения коэффициента теплового действия градирни, поток энтальпий в периодическом режиме можно записать 0/((, где функцияописывает динамику изменения расхода воды во времени в секции градирни. Эффект охлаждения тем выше, чем ближе величинак значению(Фиг. 2). Данные расчеты выполнены для градирни типовой конструкции, используемой на Минской ТЭЦ-4. Время 2 с, 20 с, что соответствовало длине щитов 4 м и расстоянию между щитами 2 см. Переход от прямоугольного к синусоидальному закону изменения расхода воды (кривая 1 и 2) в большей степени отвечает реальным условиям работы управляемого вентиля 9. Эффективность при этом несколько падает (порядка 10 .). Причина в снижении соотношения 0/ за время пролива, вследствие изменения амплитуды . Очевидно, что время открытия и закрытиявентиля 9, может влиять на эффективность охлаждения, если оно много больше, чем требуемое время пролива воды . Это время определяется не только характеристикой механической системы привода вентиля 9, но и необходимостью предотвращения гидравлического удара в трубах водораспределительной системы 2. Разбиение системы 2 на достаточно большое число секций позволяет времяуменьшить настолько, что оно уже не будет влиять на эффективность охлаждения. Таким образом, переход от режима работы градирни при стационарном проливе воды к режиму работы с периодическим изменением расхода во времени увеличивает эффективность охлаждения. Преимущество периодического режима работы градирни по сравнению со стационарным сохраняется до значений 4 т. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4