Градирня энергетической установки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Радкевич Валерий Александрович Солодуха Виталий Александрович Кунцевич Александр Иванович Драко Андрей Васильевич Сарычев Олег Эрнстович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Градирня энергетической установки, содержащая шахту, в нижней части которой по периферии установлено устройство для раздробления потока жидкости с центробежноструйными форсунками, причем выход каждого факела раздробленной жидкости направлен под углом вверх, отличающаяся тем, что устройство для раздробления потока жидкости выполнено в виде распылителей, каждый из которых имеет по пять центробежноструйных форсунок, установленных таким образом, что оси факелов раздробленной жидкости периферийных форсунок расходятся и имеют наклон от 5 до 9 от оси факела раздробленной жидкости центральной форсунки, при этом угол оси факела раздробленной жидкости центральной форсунки относительно оси шахты составляет 35-39. 15169 1 2011.12.30 Изобретение относится к оборудованию энергетических установок и, более конкретно,к усовершенствованию конструкции градирни, обеспечивающей охлаждение оборотной воды. Для охлаждения различных агрегатов энергетических установок обычно используется вода. Однако сброс теплых вод в водоемы неблагоприятно отражается на их обитателях. Известно техническое решение, позволяющее использовать систему прудов для охлаждения воды без неблагоприятных экологических последствий 1. Создается система прудов, соединенных протоками. В один из них спускают теплые воды, которые затем перетекают из одного пруда в другой, охлаждаясь при этом. Однако это техническое решение не получило широкого распространения из-за высокой стоимости прудов и большой площади, требуемой для их размещения. Известна вентиляторная градирня энергетической установки 2, включающая вентилятор, каплеуловитель, водораспределительную систему, ороситель. Использование вентилятора позволяет понизить температуру охлаждаемой воды до требуемого уровня при меньшей занимаемой полезной площади по сравнению с системой прудов. Однако вентиляторная градирня энергетической установки имеет серьезные недостатки. Подача воздуха осуществляется вентилятором, что определяет высокий расход электроэнергии, высокий уровень шума и вибрации. Ороситель подвержен разрушению и засорению, труднодоступен для замены. Разбрызгивающие форсунки подвержены засорению и труднодоступны для осмотра и чистки. Обмерзание и ледообразование в зимний период года приводит к разрушению внутренних элементов. В зимнее время повторный пуск после остановки градирни практически невозможен. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является градирня энергетической установки 3, содержащая шахту, в нижней части которой по периферии установлено устройство для раздробления потока жидкости с центробежно-струйными форсунками,установленными по периферии шахты под углом вверх с наклоном осей факелов форсунок к центру шахты по величине не более 30. В данной градирне энергетической установки вентиляторы отсутствуют, а вода распыляется при помощи центробежно-струйных форсунок и охлаждается за счет частичного испарения капель воды. Отсутствие вентиляторов позволяет уменьшить расход электроэнергии, упростить и удешевить конструкцию градирни. Из-за отсутствия вращающихся элементов градирня является малошумной, отсутствует вибрация. Однако при наклоне осей факелов форсунок к центру шахты по величине не более 30 и скорости движения жидкости в нижней части шахты 8-9 м/с высота факела распыла недостаточно высокая, что уменьшает эффективность охлаждения воды. Кроме того, в типовой градирне используется порядка 300-320 форсунок, а расстояние между соседними форсунками мало, что усложняет их демонтаж или установку при выполнении регламентных работ по очистке или замене форсунок. Если перед каждой форсункой установлена отсечная задвижка, позволяющая чистить форсунки без остановки всей градирни, то необходимо использовать по одной отсечной задвижке на каждую форсунку, что усложняет и удорожает конструкцию градирни. В основу изобретения положена задача повышения эффективности охлаждения воды и уменьшения затрат на техническое обслуживание градирни. Сущность изобретения заключается в том, что в заявляемой градирне, содержащей шахту, в нижней части которой по периферии установлено устройство для раздробления потока жидкости с центробежно-струйными форсунками, причем направление выхода каждого факела раздробленной жидкости - под углом вверх устройство для раздробления потока жидкости выполнено в виде распылителей, каждый из которых имеет по пять центробежно-струйных форсунок, установленных таким образом, что оси факелов периферийных форсунок расходятся и имеют наклон от 5 до 9 от оси факела центральной форсунки,при этом угол оси факела центральной форсунки относительно оси шахты составляет 35-39. 2 15169 1 2011.12.30 Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что устройство для раздробления потока жидкости выполнено в виде распылителей, каждый из которых имеет по пять центробежно-струйных форсунок, установленных таким образом, что оси факелов периферийных форсунок расходятся и имеют наклон от 5 до 9 от оси факела центральной форсунки, при этом угол оси факела центральной форсунки относительно оси шахты составляет 35-39. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Известно, что капли жидкости в факеле распыла движутся по параболическим траекториям, причем восходящая часть их траекторий находится в пределах конуса, который определяется углом раствора факела. Объем, который занимают капли факела распыла (на восходящей части их траекторий), определяется длиной оси факела и углом раствора факела. В отличие от однофакельного распылителя распылитель с пятью расходящимися факелами формирует пять факелов распыла, что позволяет существенно повысить плотность заполнения объема градирни каплями распыленной жидкости. Также известно, что теоретически предельная высота, на которую капля может подняться вертикально вверх без учета аэродинамического сопротивления воздуха вычисляется по формуле махверт 2/2, где верт - вертикальная составляющая начальной скорости капли,- ускорение свободного падения. При заявляемой в прототипе скорости движения жидкости 9 м/с высота факела распыла порядка 4 м, что недостаточно для обеспечения эффективного охлаждения капель. В заявляемой градирне энергетической установки высота факела распыла значительно больше, что повышает эффективность охлаждения воды, так как увеличение высоты распыла факела удлиняет путь, который капли пролетают в воздухе, а охлаждение капель воды происходит во время их полета за счет испарения из них части воды. При использовании распылителей с пятью расходящимися факелами уменьшается частичное пересечение соседних факелов распыла, что снижает вероятность нежелательного укрупнения капель, которое происходит при частичном пересечении соседних факелов. Кроме того, при использовании распылителей с пятью расходящимися факелами расстояние между соседними распылителями увеличивается, что упрощает их техническое обслуживание. Если перед каждым распылителем с пятью расходящимися факелами установлена одна отсечная задвижка, позволяющая чистить форсунки без остановки всей градирни, то количество необходимых отсечных задвижек уменьшается по сравнению с распылителями с одним факелом в 5 раз, что существенно упрощает и удешевляет конструкцию градирни. При наклоне осей факелов периферийных форсунок менее 5 от оси факела центральной форсунки происходит частичное перекрытие периферийных факелов распылителя с его центральным факелом, что приводит к нежелательному укрупнению капель и ухудшению эффективности охлаждения жидкости. При наклоне осей факелов периферийных форсунок более 9 от оси факела центральной форсунки происходит частичное перекрытие периферийных факелов распыла соседних распылителей, что приводит к нежелательному укрупнению капель и ухудшению эффективности охлаждения жидкости. При угле центральной форсунки относительно шахты менее 35 увеличиваются потери воды за счет попадания капель на стенки градирни от периферийных факелов. При угле центральной форсунки относительно шахты более 39 высота факела распыла уменьшается, что приводит к снижению эффективности охлаждения воды. На фиг. 1 показана принципиальная схема заявляемой градирни энергетической установки, содержащей шахту (1), в нижней части которой по периферии установлено устройство для раздробления потока жидкости (2), выполненное в виде распылителей (3),каждый из которых имеет по пять центробежно-струйных форсунок с пятью расходящи 3 15169 1 2011.12.30 мися факелами (4) с центробежно-струйными форсунками с наклоном осей факелов периферийных форсунок от 5 до 9 от оси факела центральной форсунки (5), причем угол оси факела центральной форсунки относительно оси шахты 35-39. На фиг. 2 показан распылитель (3) с пятью расходящимися факелами с центробежноструйными форсунками с наклоном осей факелов (6) периферийных форсунок (7) от 5 до 9 от оси факела (5) центральной форсунки (8), причем угол оси факела центральной форсунки относительно оси шахты (9) 35-39. Заявляемая градирня энергетической установки использована в системе оборотного водоснабжения предприятий. В таблице приведены сравнительные данные по характеристикам градирни при различных значениях угла наклона осей факелов периферийных форсунок, угла наклона факела центральной форсунки, скорости движения жидкости. Сравнительные данные по характеристикам градирни в/в пр,/пр,/ пр,/пр,Э/Э пр, п/п ц, град п, град отн. ед. отн. ед. отн. ед. отн. ед. отн.ед. 1 30 3 1,15 1,378 0,22 0,20 0,92 2 35 5 1,40 1,454 0,22 0,20 1,18 3 37 7 1,50 1,454 0,22 0,20 1,26 4 39 9 1,52 1,454 0,22 0,20 1,13 5 44 12 1,52 1,454 0,22 0,20 0,79 6 Прототип 1,00 1,00 1,00 1,00 Обозначения ц - угол наклона оси факела центральной форсунки ц - угол наклона осей факелов периферийных форсунок в/в пр - отношение вертикальных скоростей капель жидкости в нижней части шахты заявляемой градирни и прототипа/пр - отношение объема факелов распылителя с пятью расходящимися факелами к объему факела распылителя с одним факелом/ пр - отношение времени монтажа пятифакельного распылителя к времени монтажа пяти форсунок/ пр - отношение затрат на отсечные задвижки для заявляемой градирни и прототипа Э/Э пр - отношение эффективности охлаждения воды для заявляемой градирни и прототипа. Как видно из таблицы, при угле наклона оси факела центральной форсунки 35-39. угле наклона осей факелов периферийных форсунок от 5 до 9 полезный объем, занимаемый факелами распыла пятифакельного распылителя по сравнению с прототипом больше в 1,454 раза эффективность охлаждения воды повышается в 1,13-1,26 раз, а также снижается время монтажа и затраты на монтаж градирни. Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности охлаждения жидкости и уменьшения затрат на техническое обслуживание градирни. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5