Спосіб охолодження рідини в градирні енергетичної установки і градирня енергетичної установки для здійснення способу охолодження

Винахід відноситься до теплоенергетики, зокрема до способу охолодження рідини в градирнях систем оборотного водопостачання енергетичних установок і до конструкції оснастки, яка використовується при цьому, і може бути використаним для охолодження рідини в зворотних системах водопостачання АЕС, ТЕС та інших промислових підприємствах, яке здійснюється атмосферним повітрям. Відомий спосіб охолодження рідини в градирні [1] шляхом подачі повітря назустріч падаючій зверху рідини і розділення повітряного потоку вентиляторами відцентрово-бризкальних форсунок, які розташовані під кутом 2-90° від вертикалі, створюючи при цьому циркулюючи потоки повітря над горизонтальними потоками, які надходять через повітрявхідні вікна, причому утворений тиск циркуляційних потоків на горизонтальні потоки повітря зменшують від периметру до центру градирні. Однак даний спосіб має недоліки, виражені тим, що в цьому технічному рішенні, неефективно використанні потоки повітря утворені вентиляторами відцентрово-бризкальних форсунок, тому що розбризкування рідини починається нижче утвореного єдиного потоку повітря в шахті градирні і приводе до низької інтенсивності охолодження рідини, високих енергетичних затрат. В плані устрою об'єкт представляє градирню, яка вміщує в себе пустотілу шахту з повітрявхідними вікнами в нижній частині. Над повітрявхідними вікнами розташована розподільна система трубопроводів, на якій установлені відцентрово-бризкальні форсунки з вентиляторами та резервуар, для збору охолодженої рідини. Відцентрово-бризкальні форсунки встановлені таким чином, щоб повітряні струмені, що утворені їх вентиляторами, були направлені під кутом 2-90° від вертикалі. Однак даний пристрій має недоліки, виражені тим, що в цьому технічному рішенні, низько встановлена водорозподільна система з форсунками і потоки рідини виходячи з форсунок направлені в низ, що зменшує час контакту повітря з рідиною і приводить до низької інтенсивності охолодження рідини, високих енергетичних затрат. Також відомий, прийнятий як прототип, спосіб охолодження рідини в градирні енергетичного устаткування [2], при якому тепло відводиться в атмосферне повітря, при цьому потік рідини роздробляють на декілька потоків і кожний з них на факела із крапель в нижній частині шахти градирні за допомогою пристрою розпилу і направляють факела крапель проти напрямку сил тяжіння, заповнюючи об'єм шахти градирні. Рух рідини забезпечується за рахунок напору, створюваного насосом і за рахунок сил тяжіння, а для руху повітря в шахті використовують природну аерацію. Інтенсифікація теплообміну і рух потоку повітря забезпечується за рахунок ежекції повітря водяним факелом. Розмір крапель рідини в факелі складає 0,7 - 0,9мм еквівалентного діаметра, а кут відхилення від вертикалі факела складає не більше 30° і роздроблену рідину направляють усередину шахти, при швидкості руху рідини в нижній частині шахти 8-9м/сек. Однак прийнятий за прототип спосіб має недоліки, виражені тим, що в цьому технічному рішенні, низька інтенсивність охолодження із-за малого еквівалентного діаметру крапель розпилу рідини, що приводить до повного випаровування дрібних крапель і цим збільшує вологість повітря в інтенсивній зоні теплообміну, що приводить до зменшення інтенсивності охолодження більших краплин та зниження інтенсивності охолодження рідини в цілому, малий час контакту повітря-рідина в зоні інтенсивного теплообміну. Прийнятий за прототип об'єкт в часті пристрою представляє градирню енергетичної установки, яка вміщує шахту де встановлено дефлектор, краплівловлювач, в нижній частині встановлені повітрявхідні вікна і устаткування для роздроблення рідини, яке виконано у вигляді відцентрово-струміневих форсунок, знизу шахти розташований резервуар, для охолодженої рідини, форсунки направлені в гору і до центру шахти, тиск рідини перед форсунками складає 0,12-0,15МПа. Однак прийнятий за прототип пристрій має недоліки, виражені тим, що в цьому технічному рішенні, неефективний теплообмін, низька інтенсивність охолодження рідини, мала крапля розпилу рідини і високий тиск рідини перед форсунками, який приводе до високих енергетичних затрат. В заявленому способі в основу винаходу покладено завдання оптимально збільшити інтенсивність охолодження рідини в градирні. Даний технічний результат досягається тим, що у способі охолодження рідини в градирні енергетичної установки, при якому тепло відводить в атмосферне повітря, а потік рідини роздробляютьв шахті градирні на декілька потоків і кожен з них роздробляють на краплі за допомогою пристрою розпилу, і направляють отриманні факела крапель рідини проти сил тяжіння, заповнюючи об'єм шахти градирні, рух рідини забезпечується за рахунок тиску створеного насосом і за рахунок сил тяжіння, а для руху в шахті потоку повітря використовують природну аерацію, при цьому, згідно винаходу, результат досягається тим, що кут відхилення осі факела від вертикалі становить 20°-40°, і за рахунок напрямку факелів та ежекції повітря утворюються багато спіралеподібних рухів повітря та хмарин із крапель рідини розташованих в одній горизонтальній площині, один біля одного, в зоні інтенсивного теплообміну, причому еквівалентний діаметр крапель рідини складає 2-3мм, а лінійна швидкість краплі 4,5 -7м/сек. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак заявленого способу охолодження і досягненням технічного результату забезпечується таким чином: при лінійній швидкості краплі 4,5 -7м/сек., роздроблення потоку рідини в факелі становить 2-3мм еквівалентного діаметру, що зменшує кількість мілких крапель рідини, та зменшує непотрібне повне випаровування мілких крапель, яке зменшує вологоутримання повітря в інтенсивній зоні теплообміну і приводить до збільшення інтенсивності випаровування та охолодження більших краплин. Відміною особливістю є те, що початок роздробу на краплі рідини здійснюється як умова вище, в шахті градирні, таким чином, що лінійна швидкість краплі перед краплі вловлювачем дорівнювала нулю, а кут відхилення осі факела крапель від вертикалі становить 20°-40°, (оптимальний кут відхилення становить 30°) що приводе до найбільш протяжного шляху польоту краплі рідини з максимальним перетином потоку повітря. Ще однією відмінністю є утворення багатьох спіралеподібних рухів повітря та хмарин із крапель рідини розташованих в одній горизонтальній площині один біля одного, в зоні інтенсивного теплообміну, що дозволяє збільшити час контакту повітря-рідина. Все це дозволяє збільшити теплообмін та інтенсивність охолодження рідини в градирні та більш ефективно використовувати об'єм шахти градирні. В основу винаходу на пристрій покладено задачу удосконалення градирні енергетичної установки шляхом зміни конструкції та зменшення енергетичних затрат. Для здійснення запропонованого пристрою в градирні енергетичної установки, яка вміщує шахту де встановлено дефлектор, краплівловлювач, устаткування для роздроблення рідини, яке виконано у вигляді форсунок направлених під кутом в гору, в нижній частині встановлені повітря вхідні вікна, резервуар для охолодженої рідини, насос і трубопроводи, згідно винаходу результат досягається тим, що устаткування для роздроблення рідини виконано у вигляді відцентрово-пелюсткових форсунок розташованих на розподільній системі трубопроводів в верхній частині шахти градирні перед краплі вловлювачем, при цьому переріз шахти градирні по горизонталі ділиться на частки трубопроводами розподільної системи, які установлені по периметру кожної частки, на одному рівні по висоті шахти, а форсунки на них установлені групами від 5 до 40 штук з одночасною поступовою зміною кута відхилення від вертикалі для кожної форсунки в групі з 20° до 40° і з одночасним нахилом в один бік по колу, по часовій стрільці чи проти, з поступовою зміною кута відхилення від осі трубопроводу, для кожної форсунки в групі від 50° до 90°, а кут відхилення однієї форсунки від іншої в групі, як по вертикалі, так і відносно осі трубопроводу складає 0°-10°, тиск рідини перед форсунками складає 0,04-0,09МПа. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак заявленого пристрою градирні енергетичної установки і досягненням технічного результату забезпечується таким чином. Так устаткування для роздроблення рідини виконано у вигляді відцентрово-пелюсткових форсунок, які дозволяють одержати факел крапель з еквівалентним діаметром 2-3мм, при лінійній швидкості рідини 4,5-7м/сек та розташовані на розподільній системі трубопроводів в верхній частині шахти градирні перед краплі вловлювачем, що дозволяє максимально використати час контакту повітря-рідина. Відмітною особливістю пристрою конструкції являється те, що переріз шахти градирні по горизонталі ділиться на частки трубопроводами розподільної системи, які установлені по периметру кожної частки, на одному рівні по висоті шахти, а форсунки на них установлені групами від 5 до 40 штук з одночасною поступовою зміною кута відхилення від вертикалі для кожної форсунки в групі з 20° до 40° і з одночасним нахилом в один бік по колу, по часовій стрільці чи проти, з поступовою зміною кута відхилення від осі трубопроводу, для кожної форсунки в групі від 50° до 90°, а кут відхилення однієї форсунки від іншої в групі, як по вертикалі, так і відносно осі трубопроводу складає 0°-10°, що дозволяє утворити спіралеподібний рух повітря і збільшити час контакту повітря-рідина. Відмітною особливістю устрою являється зниження тиску перед форсунками до 0,040,09МПа, що приводить до зменшення потужності електродвигунів для її перекачування і зменшення енергоспоживання. На фіг.1 зображена принципова схема градирні енергетичної установки, яка пояснює здійснення заявленого способу, та розташування трубопроводів розподільної системи рідини, з відцентровопелюстковими форсунками, по висоті градирні, і рух проходження оборотного циклу рідини та повітря в градирні. На фіг.2 зображено переріз шахти градирні, де відображена схема трубопроводів розподільної системи рідини, з форсунками, в площині шахти градирні та рух повітря. Заявлений спосіб здійснюють таким чином: підігріта рідина під тиском подається в форсунки розподільної системи градирні де зі швидкістю руху рідини 4,5-7м/сек утворюються багато факелів з еквівалентним діаметром крапель 2-3мм, а напрямок факелів спрямований так, що утворюється багато спіралеподібних хмарин із крапель рідини в шахті градирні, на початку руху рідини краплі мають швидкість більшу від швидкості повітря і за рахунок ежекції утворюють багато, один біля одного, спіралеподібні рухи повітря, де утворюється зона інтенсивного теплообміну повітря-рідини. Крапля рухаючись в гору і в сторону за рахунок сил тяжіння зупиняється рухатись в гору і починає рухатись вниз і в сторону охолоджується зустрічним потоком повітря і попадає в резервуар охолодженої рідини. Охолоджуюче повітря поступає в шахту через повітрявхідні вікна і рухається угору під дією температурного напору, приймає статистичний рух, далі, за рахунок ежекції, факелами крапель рідини починає рухатись з підвищеною швидкістю утворюючи багато спіралеподібних рухів, далі повітря пройшовши зону інтенсивного теплообміну з дрібними краплями проходить краплівловлювач, де осідають дрібні краплі, які далі з'єднуються і під силою тяжіння падають вниз, проходячи шахту , а повітря через дефлектор виходить з градирні. Заявлений пристрій складається з шахти 4 де встановлено устаткування для роздроблення рідини, яке виконано у вигляді розподільного колектора 3 з трубопроводів і форсунок 5, при цьому напрямок виходу факела роздробленої рідини установлено під кутом в гору. Градирня складається також з резервуара 6 для охолодженої рідини, насоса 1 і трубопроводів 10 з'єднуючих устаткування енергетичної установки 2 з розподільним колектором та насосом, при цьому переріз шахти градирні по горизонталі ділиться на частки трубопроводами розподільної системи, які установлені по периметру кожної частки, на одному рівні по висоті шахти, а форсунки на них установлені групами від 5 до 40 штук, з одночасною поступовою зміною кута відхилення осі факела від вертикалі для кожної форсунки в групі з 20° до 40°, а також з одночасним нахилом в один бік по колу, по часовій стрільці чи проти, з поступовою зміною кута відхилення осі факела від осі трубопроводу, для кожної форсунки в групі від 50° до 90°, а кут відхилення однієї форсунки від іншої в групі, як по вертикалі, так і відносно осі трубопроводу складає 0°-10°, тиск рідини перед форсунками складає 0,04-0,09МПа. Градирня складається також з системи повітряної аерації, котра складається з дефлектора 7, краплівловлювачу 8 розташованих в верхній частині шахти та повітря вхідних вікон 9 розташованих в нижній частині шахти. Заявлений пристрій здійснюють таким чином. Охолоджену рідину із резервуара за допомогою насоса 1 подають на енергетичний пристрій 2, де рідина нагрівається, і з залишковим тиском рідина подається в розподільний колектор 3, де на відцентрово-пелюсткових форсунках 5 роздроблюється в об'ємі шахти. Таким чином, приведені відмітні особливості заявленого винаходу підвищують в зрівняні з прототипом конкурентно спроможність заявленого технічного рішення, тому що воно забезпечує зменшення енергетичних затрат, збільшення економічності експлуатації. Перелік фігур креслення. 1. Фіг.1. — модельна установка для експериментального випробування запропонованого способу охолодження рідини в градирні, де відображена градирня з розташуванням розподільної системи трубопроводів, з відцентрово-пелюстковими форсунками, по висоті градирні, а також схема проходження оборотного циклу рідини та рух повітря в градирні. Стрілками показано рух повітря. Пунктирними лініями показано рух рідини з форсунок. 2. Фіг.2. — переріз корпуса градирні, де відображена схема трубопроводів розподільної системи, з форсунками, в площі градирні та рух повітря. Стрілками показано рух повітря. Пунктирними лініями показано рух рідини з форсунок. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво України № 25754, МПК F 28 С 1/00, 1996. 2. Патент Російської Федерації № 2168131, МПК 7 F 28 С 1/00, 1997.