Градирня

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Горбачев Николай Михайлович Власов Александр Викторович Давиденко Виталий Федорович Прокопович Оксана Владимировна Русакевич Михаил Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами, водосборный бассейн, ороситель, водораспределитель, водоуловитель и диффузор, отличающаяся тем, что диффузор выполнен в виде обечайки, повторяющей форму выходного отверстия градирни,причем внешний диаметр обечайки составляет не более 1,4 внешнего диаметра выходного отверстия градирни, а высота не более 0,2 внешнего диаметра обечайки, и снабжен днищем, выполненным в виде двух перфорированных колец, расположенных одно над другим, на расстоянии между ними не более 0,2 высоты обечайки, а коэффициент перфорации находится в пределах 40-60 , при этом диффузор установлен сверху на корпусе градирни концентрично выходному отверстию градирни таким образом, что верхнее перфорированное кольцо днища совпадает с выходным отверстием градирни. 99102014.02.28 Предлагаемое техническое решение относится к теплоэнергетике и может найти широкое применение при модернизации действующих и проектировании новых как башенных, так и вентиляторных градирен. Согласно справочнику по теплообменникам 1 известны градирни с естественной тягой, конструктивно такая градирня представляет собой большую железобетонную вытяжную башню с вертикальной осью почти цилиндрической формы. Более узкая часть башни образует горловину, расположенную вверху. Насадка расположена в виде сравнительно тонкого горизонтального слоя у основания башни и представляет собой решетку из деревянных балок или асбестоцементные гофрированные листы, устанавливаемые под углом друг к другу. Башня поддерживается колоннами, устанавливаемыми под большим водосбросным бассейном таким образом, чтобы обеспечить зазор ниже основания башни для поступления атмосферного воздуха. Отношение диаметра основания вытяжной башни к ее высоте обычно находится в пределах 0,75-0,85. От горловины до верха вытяжная башня расширяется подобно диффузору, что позволяет снизить аэродинамические потери и за счет этого увеличить эффективность охлаждения воды. Однако такое конструктивное выполнение диффузора приводит к усложнению и утяжелению конструкции вытяжной башни. Недостатком градирен с естественной тягой является то, что для снижения возникающих в верхней части башни статических давлений горловину делают расширяющейся подобно диффузору, а это значительно увеличивает высоту башни градирни. Воздействие ветра на очень большие вытяжные башни может стать причиной вибраций, изгиба и внутренних напряжений, которые превышают напряжения от собственной массы. На сегодняшний день существует очень много градирен с естественной тягой без диффузоров и без расширяющихся горловин, в которых проблема с возникающими статическими давлениями в верхней части никак не решена. В известном техническом решении 2 вентиляторная градирня содержит корпус с диффузором в верхней части, воздухозаборные окна и бассейн в нижней части, каплеуловитель, водораспределительную систему, ороситель внутри корпуса. В верхней части корпуса размещен электропривод лопастного колеса вентилятора и закреплены, по крайней мере, две параллельные балки, между которыми закреплены, по крайней мере, две поперечные балки с образованием центрального квадратного отверстия для монтажа над каплеуловителем электропривода лопастного колеса вентилятора. Электропривод выполнен в виде мотор-редуктора, размещенного в цилиндрическом корпусе с выполненным в виде квадратной металлической плиты основанием, приваренным к цилиндрическому корпусу. На основании корпуса установлены силовые косынки, приваренные к цилиндрическому корпусу и основанию корпуса, между силовыми косынками в угловых частях основания выполнены отверстия для крепления основания к балкам, образующим квадратное отверстие. Отношение высоты корпуса электропривода к его наружному диаметру составляет от 1,4 до 2,7. В верхней части цилиндрический корпус выполнен с опорной металлической плитой с центральным отверстием, соосным оси диффузора градирни, и на опорной металлической плите закреплен металлический плоский круглый фланец, через центральное отверстие которого выведен вал подвешенного на круглом фланце мотор-редуктора электропривода лопастного колеса вентилятора. Вращающееся от электропривода лопастное колесо вентилятора осуществляет подсос воздуха в корпус через выполненные в нижней части корпуса градирни воздухозаборные окна. Вода через водораспределительную систему подается в разбрызгивающие сопла, откуда она в виде капель попадает на поверхность оросителя, заполняющего большую частьобъема между бассейном и разбрызгивающими соплами водораспределительной системы,по которой вода в виде тонкой пленки стекает в бассейн. При этом стекающая пленка воды обдувается потоком воздуха, создаваемым лопастным колесом вентилятора. Атмосферный воздух продувается через ороситель, что способствует его интенсивному насыщению испаряемой влагой по всей высоте оросителя и интенсивному охлаждению 2 99102014.02.28 воды. Нагретый воздух лопастным колесом вентилятора через диффузор выбрасывается в атмосферу, а каплеуловитель препятствует уносу капель жидкости из градирни вместе с потоком воздуха, созданным лопастным колесом вентилятора. Однако установленный сверху на корпусе вентиляторной градирни диффузор увеличивает нагрузку на каркас градирни. Кроме того, выполнение в вентиляторной градирне диффузора в виде цилиндрической обечайки в сочетании с входным отверстием этой обечайки, занимающим только часть поперечного сечения корпуса градирни, приводит к значительным аэродинамическим потерям на входе в диффузор и, как следствие, к сравнительно невысокой эффективности работы данной градирни. Наиболее близким аналогом является вентиляторная градирня 3 (прототип), которая содержит корпус с воздуховходными окнами, водосборный бассейн, ороситель, водораспределитель и водоуловитель. На верхней части корпуса закреплены вытяжное устройство, включающее конфузор с вентилятором, кольцевой конфузорный канал с устройством регулирования подачи ветрового потока атмосферного воздуха и диффузор, при этом на выходе конфузора за вентилятором жестко укреплены профильные пластины, а на внутренней поверхности от входа к выходу диффузора расположены ребра, соединенные с кольцевой канавкой, закрепленной на нижней части диффузора с внешней стороны и внешней поверхности конической обечайки. Вентиляторная градирня работает следующим образом. Горячая вода подается в водораспределитель, разбрызгивается на ороситель и стекает с него в виде пленки. Воздух поступает в корпус через воздуховпускные окна и охлаждает воду, после чего насыщенный парами и каплями поступает далее в водоуловитель, где очищается от воды. Вентилятор осуществляет отсос воздуха из корпуса и направляет его через профильные пластины,обеспечивающие закрутку потока в диффузоре. При наличии ветра через кольцевой конфузорный канал посредством устройства регулирования ветрового потока разогнавшийся поток атмосферного воздуха, загрязненный твердыми частицами пыли и возможных технологических загрязнений промпредприятий, контактирует с закрученным посредством вентилятора и профильных пластин воздухом, прошедшим через оросительную систему,то есть являющимся охладителем оборотной воды. Твердые частицы пыли и технологических загрязнений под действием центробежной силы оттесняются из потока загрязненного воздуха к внутренней стенке диффузора. Ребра, расположенные по внутренней поверхности от входа до выхода диффузора, нейтрализуют действие закрученного потока в пристенном слое и являются направляющими для сбора загрязнений и направления их в кольцевую канавку. По мере накопления твердых частиц и технологических загрязнений и пыли в кольцевой канавке осуществляется их удаление через грязевик или другие устройства. Однако известно, что при воздействии набегающего ветрового потока на газоотводящие устройства, например на корпус градирни, избыточное давление возникает лишь в лобовой зоне воздействия ветрового потока на корпус градирни, а остальная часть корпуса градирни находится под разрежением. Поэтому набегающий ветровой поток сможет попадать в градирню и контактировать с закрученным посредством вентилятора и профильных пластин воздухом лишь в лобовой зоне воздействия ветрового потока на корпус градирни, что приводит к снижению эффективности работы данной градирни. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы градирни за счет снижения избыточных статических давлений, возникающих в верхней части градирни, путем установки диффузора, а также снижение капитальных затрат при строительстве новых градирен. Задача решается следующим образом. Известная градирня содержит корпус с воздуховходными окнами, водосборный бассейн, ороситель, водораспределитель, водоуловитель и диффузор. 99102014.02.28 Согласно предлагаемому техническому решению диффузор выполнен в виде обечайки, повторяющей форму выходного отверстия градирни. Внешний диаметр обечайки составляет не более 1,4 внешнего диаметра выходного отверстия градирни, а высота не более 0,2 внешнего диаметра обечайки. Диффузор снабжен днищем, выполненным в виде двух перфорированных колец, расположенных одно над другим, на расстоянии между ними не более 0,2 высоты обечайки, причем коэффициент перфорации находится в пределах 40-60 . Диффузор установлен сверху на корпусе градирни концентрично выходному отверстию градирни таким образом, что верхнее перфорированное кольцо днища совпадает с выходным отверстием градирни. Таким образом, установка диффузора позволяет снизить возникающие в градирне избыточные статические давления и увеличить тягу. Конструкция предлагаемого диффузора при его малых размерах позволяет улучшить структуру потока и уменьшить потери давления, связанные с отрывом потока и вихреобразованием, повысить тяговые характеристики градирни. При этом, если устанавливать диффузор на существующие градирни, их высота увеличится незначительно, а при проектировании новых градирен значительно снижается их высота, что приводит к снижению капиталовложений. На фигуре представлена схема общего вида градирни. Градирня содержит корпус 1 с воздуховпускными окнами 2 и водосборным бассейном 3, над которым установлены ороситель 4, с расположенным над ним водораспределителем 5, водоуловителем 6, предназначенным для снижения уноса воды в капельной форме из корпуса 1. На верхней части корпуса 1 закреплен диффузор. Диффузор выполнен в виде обечайки 7 и снабжен днищем, представляющим собой два перфорированных кольца верхнее 8 и нижнее 9, установленных друг над другом на расстоянии не более 0,2 высоты обечайки 7. Коэффициент перфорации колец 8 и 9 находится в пределах 40-60 . Обечайка 7 повторяет форму выходного отверстия 10 градирни, а внешний диаметр обечайки 7 составляет не более 1,4 внешнего диаметра выходного отверстия 10 градирни, и высота ее не более 0,2 внешнего диаметра обечайки 7. Диффузор установлен сверху на корпусе 1 градирни концентрично выходному отверстию 10 таким образом, что верхнее перфорированное кольцо 8 совпадает с выходным отверстием 10 корпуса 1 градирни. Градирня работает следующим образом. Горячая вода подается в водораспределитель 5, где разбрызгивается в виде мелких капель на ороситель 4. Образующиеся капли в результате теплообмена с воздухом охлаждаются, нагревая одновременно воздух, что создает в корпусе 1 тягу и поступление в него через воздуховпускные окна 2 охлаждающего воздуха из окружающей среды. Разбрызгиваемые капли падают на ороситель 4, где дополнительно охлаждаются и стекают в водосборный бассейн 3, а из него охлажденную воду подают по назначению. Насыщенный парами и каплями охлаждающий воздух поступает в водоуловитель 6, где очищается от воды, проходит выходное отверстие 10 градирни и попадает в диффузор. За счет возникающей тяги в градирне образуется область повышенного давления, а снаружи, вокруг корпуса 1 градирни, - разрежение. При воздействии ветрового потока на корпус 1 градирни разрежение вокруг корпуса 1 увеличивается. Поэтому, как только охлаждающий воздух попадает в обечайку 7 диффузора, за счет возникшей разности давлений внутри и снаружи корпуса 1 градирни потоки охлаждающего воздуха, находящиеся возле стенок корпуса 1 градирни, начинают втягиваться через днище, выполненное в виде двух перфорированных колец 8 и 9, в область пониженного давления. В области между двумя перфорированными кольцами 8, 9 движение втянутого охлаждающего воздуха ускоряется с возможным образованием вихрей. Движение оставшихся в градирне потоков охлаждающего воздуха замедляется из-за действия турбулентных напряжений между обоими потоками, поэтому потоки охлаждающего воздуха,оставшиеся в градирне, обладают достаточной энергией, чтобы пройти область расширения между корпусом 1 и обечайкой 7 диффузора без потерь давления. 99102014.02.28 Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы градирни за счет снижения избыточных статических давлений, возникающих в верхней части градирни. Установка предлагаемого диффузора позволяет повысить тяговые характеристики градирни, уменьшить потери давления. При этом, если устанавливать диффузор на существующие градирни, их высота увеличится незначительно, а при проектировании новых градирен значительно снижается их высота, что приводит к снижению капиталовложений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5