Спосіб охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення аес і тес та інших промислових підприємств та ежекторно-вихрова градирня для його здійснення

Винахід відноситься до способів охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення і може бути використаний в системах охолодження головних конденсаторів турбін, технологічного устаткування та АЕС, енергетичного устаткування різноманітного призначення. Відомий спосіб охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення, реалізований в градирнях (Заявка РФ №93037909/06, кл. F28C1/00, 1996), при якому відведення тепла здійснюється за рахунок пароутворення (випаровування) частини води, що охолоджується. Названий спосіб передбачає значні габарити реалізуючих його технічних засобів (баштові градирні, бризгальні басейни), створення яких потребує значних матеріальних витрат. Так, на АЕС вартість однієї градирні може складати до 25% вартості реакторного блоку. В градирнях не забезпечується необхідна ефективність тепловідводу в зв'язку з низьким коефіцієнтом ежекції (близько 7), слаборозвинутої поверхні теплообміну. Крім того, при охолодженні води випаровуванням втрати води з системи складають від 1 до 2,5% від загальної годинної витрати води через градирню. Відомий охолоджувач води (Патент РФ №2058003, кл. F28C1/02), що має в своєму складі корпус, обладнаний піддоном з патрубком відводу охолодженої води і розташовані в зоні повітря вхідного вікна форсунки для розпорошення води. Конструктивні особливості даного пристрою передбачують необхідність додаткових витрат енергії для створення тяги повітря. За прототип винаходу, що пропонується, прийнято спосіб, реалізований в прямоточному розподільному теплообмінному пристрої (Авт. св. СРСР №331256, кл. B01D47/10, 1991), що здійснюється шляхом контактування на високорозвинутій поверхні диспергованої рідини, що охолоджується з ежектованим атмосферним повітрям у внутрішньому об'ємі корпусу ежекторної теплообмінної секції з наступним розділом диспергованого потоку на виході з корпусу ежекторної теплообмінної секції на рідинний і повітряний. Даний спосіб при його використанні для охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення АЕС, ТЕС та інших промислових підприємств не забезпечує достатньої ефективності тепловідводу в зв'язку з великими втратами води на випаровування. За прототип пристрою, що пропонується, прийнято прямоточний розпорошувальний теплообмінник (Авт. св. СРСР №331256, кл. B01D47/10, 1991), ежекторна теплообмінна секція якого містить в собі багатофорсунчатий розпилювач, розташований над корпусом, забезпечений піддоном для збору охолодженої рідини, трубопроводи підводу та відводу рідини. Названий пристрій в умовах охолодження води систем оборотного водозабезпечен-ня АЕС, ТЕС та інших промислових підприємств не забезпечує достатньої інтенсивності масотеплообміну, передбачає великі втрати води на випаровування. В основу винаходу поставлене завдання за допомогою способу охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення АЕС, ТЕС та інших промислових підприємств забезпечити підвищення ефективності тепловідводу шляхом зниження втрат води на випаровування. В основу винаходу також поставлене завдання створення ежекторно-вихрової градирні для охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення АЕС, ТЕС та інших промислових підприємств, що забезпечить підвищення інтенсифікації масотеплообміну при зменшенні втрат води на випаровування. Суть винаходу міститься в способі охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення АЕС, ТЕС та інших промислових підприємств, що здійснюється шляхом контактування високорозвинутої поверхні диспергованої рідини, що охолоджується, з ежектованим атмосферним повітрям у внутрішньому об'ємі корпусу ежекторної теплообмінної секції з наступним розділом диспергованого потоку на виході з корпусу ежекторної теплообмінної секції на рідинний та повітряний, потік нагрітого атмосферного повітря направляють у вихрову камеру, де з нього формують вільноконвективний вихор, що підіймається, в метастабільній ділянці якого з парів вологи генерують туман з наступною конденсацією його крапель під впливом вихрових відцентрових сил та поверненням отриманого конденсату в систему оборотного водопостачання. Суть винаходу міститься також в тому, що ежекторно-вихрова градирня для охолодження атмосферним повітрям води систем оборотного водозабезпечення АЕС, ТЕС та інших промислових підприємств, ежекторна теплообмінна секція якого містить в собі багатофорсунчатий розпилювач, розташований над корпусом, забезпеченим піддоном для збору охолодженої рідини, трубопроводи підводу та відводу рідини, містить набір теплообмінних секцій, корпуси яких створені вертикальними радіальними перегородками, розміщеними в зазорі між внутрішньою та зовнішньою обечайками корпусу градирні, причому в кожний з ежекторних теплообмінних секцій стінка корпусу, створена внутрішньою обечайкою корпусу градирні має бокове вікно для відводу нагрітого атмосферного повітря у вихрову камеру, розташовану в порожнині внутрішньої обечайки корпусу градирні, що являє собою витяжну шахту, при цьому внутрішня обечайка корпусу градирні є зовнішньою обечайкою вихрової камери і утворює з її внутрішньою обечайкою кільцеву камеру, у верхній частині якої встановлено сепаруючий циліндричний фільтр, на внутрішній поверхні внутрішньої обечайки вихрової камери, в верхній частині розташований кільцеподібний виступ, а над рівнем бокових вікон в порожнині вихрової камери встановлені жалюзі з кутом розгортання, що фіксується. В кільцевій камері встановлено збірник конденсату з відводним трубопроводом. Використання вільноконвективного вихору, що піднімається і формується з потоку нагрітого атмосферного повітря, дозволяє здійснювати усунення вологи шляхом створення метастабільної ділянки - водяного туману, охолодження його крапель з наступним збором конденсату (опис теплогідравлічних процесів у вільноконвективному вихорі див.: Мартиненко О.Г. та ін. Конвективна нестійкість вільно конвективного вихору // Інф. фізичний журнал. Т.38. - №3. - 1990. - С.416). Подальший відвід тепла за рахунок сухого атмосферного повітря дозволяє значно підвищити ефективність тепловідводу при зниженні втрат води на випаровування. Виконання градирні у вигляді набору ежекторних теплообмінних секцій, в кожній з яких коефіцієнт ежекції перевищує 500, дозволяє значно інтенсифікувати масотеплообмін. Розташування в порожнині внутрішньої обечайки корпусу градирні, що являє собою витяжну шахту, вихрової камери забезпечує організацію вільноконвективного вихору, що піднімається, в метастабільній ділянці якого здійснюється генерування водяного туману з наступною конденсацією його крапель. При використанні високоефективних теплообмінних ежекторних секцій доля тепла, що відводиться сухим (зневодненим) повітрям може бути доведена до 40%, що дозволяє зменшити втрати на випаровування практично на таку ж величину. Спосіб здійснюється таким чином. Охолодження води систем оборотного водрзабезпечення здійснюється шляхом безпосереднього контакту крапель рідини, що охолоджується. З потоком атмосферного повітря у внутрішньому об'ємі корпусу теплообмінної секції, подачу атмосферного повітря здійснюють зверху шляхом його ежектування у внутрішній об'єм корпусу кожної з теплообмінних секцій під дією струменів рідини, що охолоджується і яку під тиском подають у багатофорсунчастий розпилювач, розміщений над корпусом кожної з теплообмінних секцій з наступним утворенням у локальному об'ємі корпусу теплообмінної секції розвинутої поверхні теплообміну в процесі гомогенізації крапель рідини, що охолоджується з ежекторним атмосферним повітрям. На виході з корпусу ежекторної теплообмінної секції диспергований потік розділяється на рідинний та повітряний, при цьому нагріте атмосферне повітря направляють у вихрову камеру, де з нього створюють вільноконвектований вихор, що піднімається. В метастабільній ділянці вихору з парів вологи генерується туман, краплі конденсації якого мають температуру "роси" меншу, ніж на вході у вихрову камеру. Краплі конденсату сепарують, збирають та повертають у оборотну систему водопостачання. Вільноконвективний вихор нагрітого повітря зі зниженою вологістю самостійно виводиться в атмосферу, після чого ежектується у теплообмінні секції градирні. На фіг.1 представлена схема ежекторновихрової градирні; на фіг.2 - розріз А - А на фіг.1. Ежекторно-вихрова градирня має у своєму складі набір ежекторних теплообмінних секцій, корпуси 1 яких розділені вертикальними перегородками 2, розміщеними в зазорі 3 між внутрішньою обечайкою 4 та зовнішньою обечайкою 5 корпусу градирні. Над корпусом 1 кожної з ежекторних теплообмінних секцій встановлено багатофорсунчастий розпилювач 6, з'єднаний з напірним трубопроводом 7. Основою кожної ежекторної теплообмінної секції служить піддон 8 для збору охолодженої води з трубопроводом 9 для її відводу до нагрівача. В кожній з ежекторних теплообмінних секцій стінка корпусу 1, створена внутрішньою обечайкою 4 корпусу градирні обладнана боковим вікном 10 для відводу нагрітого атмосферного повітря у вихрову камеру 11, розміщену в порожнині 12 внутрішньої обечайки 4, що являє собою витяжну шахту. Внутрішня обечайка 4 корпусу градирні одночасно є зовнішньою обечайкою вихрової камери 11 і утворює з її внутрішньою обечайкою 13 кільцеву камеру 14, у верхній частині якої встановлено сепаруючий циліндричний фільтр 15. На внутрішній поверхні обечайки 13 у верхній її частині розташований кільцеподібний виступ 16, а у порожнині вихрової камери 11 встановлено жалюзі 17. Кільцева камера 14 обладнана збірником конденсату 17 з відводним трубопроводом 18. На фіг.1 і 2 приведені позначення: рідина, що охолоджується - 19, атмосферне повітря, що ежектується - 20, охолоджена рідина - 21, вільноконвективний вихор, що піднімається - 22, центральна зона вихору -23, краплі туману - 24. Градирня працює таким чином. Рідина, що охолоджується 19 через напорний трубопровід 7 подається в багатофорсунчастий розпилювач 6. Утворений розпилювачем 6 пучок струменів рідини, що охолоджується 21 ежектує у внутрішній об'єм корпусу 1 теплообмінної секції навколишнє атмосферне повітря 20, що у локальному об'ємі корпусу 1 гомогенізується з рідиною, що охолоджується 19, створюючи високорозвинуту поверхню теплообміну. Охолоджена рідина 21 стікає у піддон 8, звідки відводиться через трубопровід 9 до нагрівана. Нагріте вологе повітря через бокове вікно 10 надходить у вихрову камеру 11, де з нього за допомогою жалюзі 17 та кільцеподібного виступу 16 створюється вільноконвективний вихор, що піднімається 22. Стійкий вихор 22 має центральну зону 23 зниженого тиску, що являє собою метастабільну ділянку, де з парів вологи генерується туман. Під дією вихрових відцентрових сил краплі туману 24 через сепаруючий циліндричний фільтр попадають у кільцеву камеру 14, обладнану збірником конденсату 17. По трубопроводу 18 конденсат стікає у піддон 8. Нагріте повітря зі зниженою вологістю самостійно виводиться в атмосферу. Спосіб, що пропонується, реалізований в ежекторно-вихровій градирні, дозволяє зменшити втрати води на випаровування на величину близько 40% порівняно зі штатними випарювальними градирнями. Винахід є актуальним з екологічної точки зору, тому що він забезпечує зменшення кількості хімічних компонентів (мідний купорос, хлор і т.п.), що додаються в технічну воду та виносяться в атмосферу одночасно з водяним туманом. До переваг винаходу можна віднести також те, що ежекторно-вихрові градирні можуть створюватись на базі існуючих випарювальних градирень.