Градирня енергетичної установки

1 Градирня енергетичної установки, що має шахту, у якій здійснюють теплообмін між рідиною та повітрям, пристрій для роздроблення потоку рідини, причому напрямок виходу факела роздробленої рідини установлений за заданим кутом уверх, басейн для збирання охолодженої рідини, повітрозабірний прилад, насос та трубопроводи, яка відрізняється тим, що пристрій для роздроблення потоку рідини установлений поза шахтою в повітрозабірному приладі, а факел роздробленої рідини спрямований усередину шахти 2 Градирня енергетичної установки за п 1, яка відрізняється тим, що пристрій для роздроблення потоку рідини виконаний у вигляді відцентровоструминних форсунок 3 Градирня енергетичної установки за п 1, яка відрізняється тим, що повітрозабірний прилад виконаний у вигляді установленого поза шахтою короба з регульованою площею прохідного пе рерізу для повітря 4 Градирня енергетичної установки за п 1 або 2, яка відрізняється тим, що відцентрово-струминні форсунки приєднані до кільцевого розподільного колектора 5 Градирня енергетичної установки за п 4, яка відрізняється тим, що за висотою шахти установлено більше ніж один колектор 6 Градирня енергетичної установки за будь яким із пунктів 1, 2, 3, 4, 5, яка відрізняється тим, що шахта виконана відкритою зверху, а верхній рівень шахти розміщений за висотою над рівнем розміщення верхнього ряду форсунок на віддалі, що визначається із співвідношення ,2 W H>kr 'tga, 2g де Н - віддаль за висотою від верхнього ряду шахти до верхнього ряду форсунок, Kg - коефіцієнт, ураховуючий аеродинамічний опір крапель роздробленої рідини, W - швидкість витікання рідини із сопла форсунки, g - прискорення сили тяжіння, tga - кут нахилу до горизонту факела роздробленої рідини О (О ю Винахід відноситься до обладнання енергетичних установок і стосується удосконалення конструкції градирні, що забезпечує охолодження води, яка використовується як робоче тіло установки Для охолодження різних агрегатів енергетичних установок використовується вода Однак скид теплих вод в оточення несприятливо відбивається на екологічній обстановці Підвищення в природних водоймах температури води на 8-10°С приводить до розростання найпростіших водоростей, до збіднення води киснем та гибелі багатьох мешканців цієї водойми ВІДОМІ технічні рішення, які дозволяють використовувати систему ставків для охолодження води без несприятливих екологічних наслідків (див [1] crop 182) Створюють систему ставків, сполучених протоками В один із них спускають теплі води, які потім перетікають із одного ставка в другий, охолоджуючись при цьому Різна температура в ставках корисно використовується для обігрівання теплиць та оранжерей, розведення теплолюбних риб і т п Однак це технічне рішення не отримало широкого поширення із-за свого суттєвого істотного недоліку, пов'язаного з високою вартістю та великою площею, яка потрібна для розміщення ставків На підприємствах, розташованих у містах а великих населених пунктах, такий спосіб не прийнятний Відомий спосіб охолодження теплих вод у бризкальних басейнах, наприклад, наведений в [2] У цьому технічному рішенні теплі води розбризкують з допомогою відцентрових форсунок, рівномірно розміщених над поверхнею басейну Однак, відомий спосіб не вичерпує всіх можливостей заощадження місця під розміщення обладнання для охолодження води енергетичної установки ВІДОМІ також технічні рішення, які дозволяють інтенсифікувати теплообмін, використовуючи для відведення тепла градирні різної системи Наприклад, ВІДПОВІДНО [3] в баштовій градирні створюють додатковий потік охолоджуючого повітря завдяки ежектуванню його в центральну зону градирні з допомогою додатково установлених ежекторів Таке рішення дозволяє зменшити площу, яку займає градирня, однак габарити баштових градирень не дозволяє в багатьох випадках розміщати їх на території підприємства ВІДОМІ також технічні рішення, в яких використовують вентилятор для інтенсифікації теплообміну й зменшення таким чином габаритів градирні, наприклад, наведене в [4] У відомому технічному рішенні може бути отримане значне заощадження місця для установки градирні Однак, це технічне рішення має дуже складну конструкцію шахти, побільшені витрати на виготовлення Збільшення швидкості руху охолоджуючого потоку повітря з допомогою вентилятора при збільшеному гідравлічному опорі повітряного тракту приводить до високих експлуатаційних витрат ВІДОМІ також ІНШІ технічні рішення, у яких для руху охолоджуючого повітря використовують вентилятор, наприклад, у [5] вентиляторна градирня обладнана системою розподіляючих трубопроводів і розбризкуючих сопел, що дозволяє забезпечити більш рівномірною розподілення капель охолоджуваної води по об'єму градирні Однак, відоме технічне рішення має низку недоліків, наприклад, збільшені експлуатаційні витрати, складну систему трубопроводів усередині шахти, розбризкуючі сопла не забезпечують оптимальних розмірів капель води, що знижує ефективність теплообміну З-поміж відомих технічних рішень найбільш близьким об'єктом до заявляемого за сукупністю суттєвих ознак є конструкція градирні за [6], визнана авторами за прототип заявляемого винаходу Визнаний за прототип об'єкт являє собою градирню енергетичної установки, що має шахту, у якій здійснюють теплообмін поміж рідиною та повітрям, пристрій для роздроблення потоку рідини, причому напрямок виходу факела роздробленої рідини установлений за заданим кутом уверх, і має також басейн для збирання охолодженої рідини, насос та трубопроводи Визнаний за прототип пристрій забезпечує збільшену витрату повітря через шахту градирні та достатню теплопродуктивність Однак, визнаний за прототип пристрій має суттєві недоліки, які полягають утому, що під час роботи розбризкуючих сопел відносна швидкість руху капель води та повітря недостатня, а розмір капель води не оптимальний, що приводить до зменшення ефективності теплообміну Конструкція другого варіанту - багатоярусного водорозподілу складна, що викликає її дорожчання, крім того, при 51762 збільшеній теплопродуктивності градирні, коли треба відводити збільшену КІЛЬКІСТЬ тепла від технологічного обладнання, габарити шахти збільшуються, що ускладнює обслуговування градирні у зв'язку з утрудненим доступом до розбризкуючих сопел Задачею винаходу, який пропонується, є підвищення ефективності використання об'єму шахти градирні для здійснення теплообміну поміж каплями води та повітрям при спрощуванні конструкції градірш, зростанні зручності монтажу та обслуговування розбризкуючих сопел Внаслідок рішення цієї задачі досягнуто новий технічний результат, який полягає в опрацюванні конструкції, яка дозволяє модернізувати існуючі на підприємствах градирні підвищеної теплопродуктивності, зменшити при цьому експлуатаційні витрати та забезпечити підвищення ефективності охолодження теплої води Використання винаходу при проектуванні та виготовленні нових градирень дозволить значно скоротити затрати на їх створення та експлуатацію, що підвищує їх конкурентоспроможність порівняно з відомими Цей технічний результат досягнутий тим, що в конструкції градирні енергетичної установки, що має шахту, у якій здійснюють теплообмін між рідиною та повітрям, пристрій для роздроблення потоку рідини, причти напрямок виходу факела роздробленої рідини установлений за заданим кутом уверх, і має також басейн для збирання охолодженої рідини, насос та трубопроводи, згідно винаходу, пристрій для роздроблення потоку рідини установлений поза шахтою в повітрозаборному приладі, а факел роздробленої рідини спрямований усередину шахти, при цьому пристрій для роздроблення потоку рідини виконаний у вигляді відцентрово-струминних форсунок, а повітрозаборний прилад виконаний у вигляді установленого поза шахтою короба з регульованою площею прохідного перерізу для повітря, причому відцентрово-струминні форсунки приєднані до кільцевого розподільного колектора, і за висотою шахти може бути установлено більші ніж один колектор, крім того, шахта градирні виконана відкритою зверху, а верхній рівень шахти розміщений за висотою над рівнем розміщення верхнього ряду форсунок на віддаленні, визначаємому Із співвідношення H>k — g2g tga a де Н - віддалення за висотою від верхнього ряду шахти до верхнього ряду форсунок, kg - коефіцієнт, ураховуючий аеродинамічний опір капель роздробленої рідини, w - швидкість витікання рідини із сопла форсунки, g - прискорення сили тяжіння, tga - кут нахилу до горизонту факела роздробленої рідини ВІДМІННОЮ особливістю винаходу є те, що пристрій для роздроблення потоку рідини установлений поза шахтою в повітрозборному приладі, а факел роздробленої рідини спрямований усередину шахти Рідина у вигляді капель під дією сил інерції своєї маси рухається в межах шахти споча 51762 тку уверх, досягаючи у верхній зоні шахти нульової абсолютної швидкості, а потім униз - під дією сил Баси, заповнюючи таким чином увесь об'єм шахти При цьому установка пристрою для роздроблення потоку рідини поза шахтою спрощує монтаж таексплуатацію розбризкуючих сопел, дозволяє підвищити рівномірність розподілення крапель охолоджувальної рідини по об'єму шахти При порівняно невеликих температурних напорах у процесі теплообміну поміж рідиною та охолоджуючим повітрям вплив коефіцєнтів теплопередачі на КІЛЬКІСТЬ відводимого тепла суттєво зменшується порівняно з іншими процесами теплообміну Визначальними чинниками зменшення температури охолоджувальної рідини стають поверхня теплообміну та час здійснення процесу теплопередачі Збільшена поверхня крапель рідини порівняно з плівкою, яка утворюється на поверхнях насадок баштових та вентиляторних градирень, дозволяє отримати в винаході збільшену КІЛЬКІСТЬ тепла, що передається від рідини до охолоджуючого повітря Збільшення довжини шляху потоку крапель рідини при контакті з потоком охолоджуючого повітря в два рази порівняно з баштовими та вентиляторними градирнями, що зрошуються зверху, дозволяє також збільшити КІЛЬКІСТЬ тепла, яке передається від рідини до охолоджуючого повітря, що компенсує деяке зменшення коефіцієнта тепловіддачі порівняно, наприклад, з вентиляторною градирнею й отримати суттєвий виграш завдяки зниженню енергозатрат Іншою ВІДМІННОЮ особливістю винаходу є те, що пристрій для роздроблення потоку рідини виконаний у вигляді відцентрово-струминних форсунок Таке технічне рішення дозволяє отримати оптимальне співвідношення розмірів крапель рідини в факелі при досить високому факелі, що забезпечує заповнення об'єму шахти краплями оптимального розміру за всією висотою, і врешті підвищує ефективність тепловідведення Ще однією ВІДМІТНОЮ особливістю винаходу є те, що повітрозаборний прилад виконаний у вигляді установленого поза шахтою короба з регульованою площею прохідного перерізу для повітря При цьому задають збільшену швидкість руху потоку рідини на виході із відцентрово-струминних форсунок для ежектування охолоджуючого повітря й отримують необхідну для заповнення шахти висоту факела, що поліпшує теплообмін та забезпечує потрібне охолодження рідини Виконання повітрозаборного приладу у вигляді установленого поза шахтою короба спрощує доступ до форсунок та їх обслуговування, а регульована площа прохідного перерізу для повітря, наприклад, з допомогою жалюзі дозволяє запобігти обмерзання пристрою для роздроблення потоку рідини зимою У градирні, що заявляється найбільш оптимально порівняно з відомими використовується можливість інтенсифікації теплообміну за рахунок підвищення коефіцієнта тепловіддачі, величина якого залежить від відносної швидкості руху охолоджуючого й охолоджуваного потоків Найбільша відносна швидкість підтримується в заявляемому об'єкті при найбільшому температурному перепаді Використання, наприклад, зрошуваної насадки у відомих вентиляторних градирнях приводить до змен шення швидкості руху рідини і виграш за рахунок збільшення швидкості руху повітря порівняно з заявляємим винаходом зникає ВІДМІННОЮ особливістю винаходу є також те, що відцентрово-струминні форсунки приєднані до кільцевого розподільного колектора, а за висотою шахти установлено більші ніж один колектор Це дозволяє оптимізувати габарит спорудження градирні в поперечному перерізі, використовуючи за висотою декілька рядів пристроїв для роздроблення рідини з меншою висотою факела в кожного Винахід дозволяє значно краще використувати поперечний габарит градирні, що особливо суттєво при модернізації з використанням заявляемого винаходу діючих градирень великої теплопродуктивності, крім того, це технічне рішення дає додатковий позитивний ефект, який полягає в ежектуванні потоку охолоджуючого повітря завдяки підвищеній ВІДНОСНІЙ швидкості потоків рідини й охолоджуючого повітря в повітрозаборному пристрої з отриманням додаткового ежектуючого ефекту по центру шахти градирні за рахунок кільцевого розміщення відцентрово-струминних форсунок та спрямування факелів капель рідини уверх При використанні вищезгаданих ВІДМІТНИХ особливостей винаходу появляється також можливість використати ще одну відмінну особливість винаходу, а саме те, що и шахта виконана відкритою зверху, а верхній рівень шахти розміщений за висотою над рівнем розміщення верхнього ряду форсунок на віддаленні, визначаємому із співвідношення w2 де Н - віддалення за висотою від верхнього ряду шахти доверхнього ряду форсунок, kg - коефіцієнт, ураховуючий аеродинамічний опір капель роздробленої рідини, w - швидкість витікання рідини із сопла форсунки, g - прискорення сили тяжіння, tga - кут нахилу до горизонту факела роздробленої рідини Найбільші ВІДНОСНІ швидкості рідини води та повітря досягаються при цьому в нижній зоні шахти, а у верхній зоні відносна швидкість невелика, що значно знижує винос води, наприклад, порівняно з вентиляторними градирнями Це дозволяє здійснить ефективне відведення тепла й водночас значно зменшити винос води з потоком повітря Як показали виконані авторами експерименти, при цьому відпадає потреба в додатковому споруджуванні краплеуловлюваючих пристроїв, крім того, використання природної аерації не вимагає будьяких додаткових енергетичних затрат, що знижує експлуатаційні витрати Водночас зберігається рівномірність заповнення об'єму шахти капельками рідини Таким чином, наведені ВІДМІТНІ особливості винаходу порівняно з відомими технічними рішеннями дозволяють створити дешеву та ефективно працюючу градирню для будь-якої промислової енергетичної або технологічної установки, що ВІДПОВІДНИМ чином забезпечить її конкурентоспромо 51762 8 зано два ряди), і напрямок виходу факелів водяних крапель установлений уверх з нахилом факеНа фіг зображена принципова схема заявляла форсунки до центра шахти за кутом не більше ємої градирні енергетичної установки ніж 45° від вертикалі При цьому каплі рідини таГрадирня має, шахту 1, пристрій для роздробкож заповнюють об'єм шахти 1 Досягаючи верхлення потоку рідини, який виконаний у вигляді воньої зони шахти 1, краплі утрачають свою швиддорозподільних колекторів 2 та форсунок 3, прикість і за дією сил тяжіння падають донизу, чому напрямок виходу факелів роздробленої проходять другий раз через об'єм шахти й збирарідини установлений за кутом а уверх, а верхній ються в басейні 4 ряд форсунок 3 установлений на віддаленні Н від верхнього рівня шахти 1 Градирня має також баОхолоджуюче повітря надходить в об'єм шахсейн 4 для збирання охолодженої води, насос 5 та ти 1 із атмосфери через жалюзі 9 короба 7 та вікна трубопроводи, які з'єднують теплообмінне облад8, рухається знизу уверх за дією температурного нання 6 енергетичної установки з насосом 5 і рознапору, який утворюється при відбиранні тепла від подільними колекторами 2 При цьому пристрій рідини, а також за дією сил ежекції крапель рідини для роздроблення потоку рідини виконаний у вив факелах, що рухаються з підвищеною швидкісгляді кільцевих водорозподільних колекторів 2 та тю, і які утворюються відцентрово-струминними відцентрово-струминних форсунок 3, які установфорсунками З У верхній зоні шахти 1, де швидлені в коробі 7 Повітрозаборний прилад складакість руху обумовлюється тільки потоком повітря, ють також розміщені в нижній частині шахти 1 вікбо краплі рідини за дією сил тяжіння первісну на 8, які виконані в СТІНЦІ шахти 1, що примикає до швидкість втратили, відбувається відділення кракороба 7 Короб 7 виконаний з регульованою плопель рідини, бо їх розмір достатньо великий, щоб щею прохідного перерізу для повітря, з тим він не бути винесеними з потоком повітря Тому що обладнаний жалюзі 9 швидкість потоку повітря в градирні менше, ніж наприклад, у вентиляторній градирні, потоком поГрадирня споряджена насосом 5 з напором, вітря захоплюється тільки випарувана рідина Утщо забезпечує тиск, який контролюється манометрати охолоджувальної води з потоком повітря ром 10, не менше 0,12МПа перед форсунками З складають при цьому мінімальну величину При модернізації діючих установок і підвищеному гідравлічному опорі охолоджуючого обладнання Таким чином, наведені ВІДМІТНІ особливості може бути установлений додатковий насос перед винаходу порівняно з відомими градирнями підфорсунками 3 для забезпечення зазначеного навищують конкурентоспроможність технічного ріпору шення, яке заявляється бо воно забезпечує підвищення економічності, а також знижує затрати на Робота градирні здійснюється таким чином виготовлення Охолоджуючу воду із басейна 4 з допомогою насоса 5 подають для охолодження теплообмінноРозрахунки та експерименти, виконані автого обладнання 6 Підігріта вода надходить у кільрами, показали, що порівняно з найбільш ефектицеві водорозподільні колектори 2 і з допомогою вними відомими вентиляторними градирнями які відцентрово-струминних форсунок 3 розбризкузабезпечують зниження температури теплих вод ється через вікна 8 в об'єм шахти 1 на 12 15°С, заявляємий винахід забезпечує зниження температури теплих вод до 15 20°С, при Конструкція відцентрово-струминних форсунок значному зменшенні енергозатрат під час експлуЗ опрацьована авторами на підставі теоретичних атації та зменшенні капіталовкладень на споруположень, викладених у [7, стор 26 93, 189 206] дження градині Випробування цих форсунок показали, що вони забезпечують необхідний спектр розмірів крапель рідини (еквівалентний діаметр близько 0,9мм) при Література висоті факела до 7 9 метрів, що відповідає габа1 Гурвич С М , Кострикш Ю М «Оператор воритам використовуваних на більшості енергетичдопідготовки», М Енергоіздат, 1981 р них установок шахт 1 градирень, за умови, що на2 Авторське свідоцтво СРСР №1366842, пір рідини перед форсунками 3 складає величину F28C 3/06, 1986, опубл в Бюл № 2, 1988 р не менш 0,12МПа При напорі води перед форсун3 Авторське свідоцтво СРСР №1158845, ками 3 не менш 0,12МПа утворюється факел воF28C 1/00, 1982, опубл в Бюл № 20, 1985 р дяних крапель за розміром часток рідини не біль4 Авторське свідоцтво СРСР №1601490, ше 0,9 мм еквівалентного діаметра Напрямок F28C 1/00, 1988, опубл в Бюл №39, 1990 р факелів установлюють знизу уверх за кутом а І 5 Авторське свідоцтво СРСР №1071915, каплі води, які викидаються із форсунок зі швидкісF28C 1/00, 1981, опубл в Бюл №5, 1984 р тю не менше 8м/с, рухаються уверх проти сил тя6 Патент Франції № 1590956, F28C 1/00, 1968, жіння, заповнюючи об'єм шахти 1 опубл 29 05 70 р -прототип У випадку, коли необхідно відводити збільше7 Галустов В С «Прямоточні розпилювальні ну КІЛЬКІСТЬ тепла і поперечний переріз шахти 1 апарати в теплоенергетиці» М Енергоатоміздат, збільшений, колектори 2 та форсунки 3 розміщені 1989 р за висотою шахти 1 у декілька рядів (на фіг покаЖНІСТЬ //Лі' 5^ X \ \\\ 11 51762 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 12