EA007724B1

EA007724B1 - Ventilating cooling tower

Info

Publication number: EA007724B1
Application number: EA200501632A
Authority: EA
Inventors: Вадим Борисович Иванов; Илья Вадимович Иванов
Original assignee: Вадим Борисович Иванов; Илья Вадимович Иванов
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-12-29
Also published as: EA200501632A1

Abstract

The invention relates to heat-and-power engineering, in particular, to evaporating coolers and can be used at thermal and nuclear power plants and other industrial objects, where cooling of water or other liquids is required.The inventive task is to improve the effectiveness of the tower operation due to higher intensification of liquid cooling and simplification of the installation.The inventive problem is solved by mounting nozzles at some distance from the side wall, wherein the nozzles jets are directed downward and to the center, inclined air-protective shields are arranged below the nozzles level at a distance not exceeding the gap between the wall and the nozzle.There are some other differences from the prototype.The invention provides considerable improve of heat mass exchange rate of the tower with no cost increase compares to prior art at simplification of the tower design, better reliability, maintainability and reduce operation costs.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к испарительным охладителям; и может быть применено на тепловых и атомных электростанциях, а также на других промышленных объектах, где требуется охлаждение воды или других жидкостей.The invention relates to a power system, in particular to evaporative coolers; and can be applied at thermal and nuclear power plants, as well as at other industrial facilities where cooling of water or other liquids is required.

Известна вентиляторная градирня, содержащая установленные в корпусе каплеуловитель, водораспределительные трубопроводы с разбрызгивающими соплами и водосборный резервуар в нижней части, в которой трубопроводы установлены в корпусе поярусно, причем в каждом ярусе они размещены по периметру корпуса, а разбрызгивающие сопла выходными отверстиями обращены в центральную зону градирни [1, 2].Known fan cooling tower containing a drip catcher installed in the housing, water distribution pipelines with spray nozzles and a catchment basin in the lower part in which the pipelines are installed in the housing are located around the perimeter of the housing, and the spray nozzles with outlet openings face the central zone of the cooling tower [12].

Недостатками известных устройств является невысокая эффективность схемы охлаждения жидкости, обусловленная большим количеством жидкости в небольшом пространстве, что в свою очередь заставляет пропускать большие потоки воздуха, использовать мощные вентиляторные системы. Но с другой стороны, мощные потоки воздуха уносят большое количество охлаждаемой жидкости, не повышая эффективности охлаждения.The disadvantages of the known devices is the low efficiency of the cooling circuit of the liquid, due to the large amount of liquid in a small space, which in turn causes the passage of large air flows, use powerful fan systems. But on the other hand, powerful air flows carry away a large amount of cooled liquid, without increasing cooling efficiency.

Известна также градирня, содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами, выполненными по кольцу в нижней ее части, размещенный в башне выше окон ороситель с водораспределительной системой и водоструйные эжекторы, подключенные к водораздающему коллектору, в которой эжекторы установлены в центральной зоне градирни, ограниченной диаметром, равным 0,2-0,25 диаметра оросителя, и выходными торцами обращены к оросителю, а водораздающий коллектор размещен внутри башни [3].Also known cooling tower containing exhaust tower with air inlet windows, made on the ring in its lower part, placed in the tower above the windows sprinkler with water distribution system and water jet ejectors connected to the water distribution collector, in which the ejectors are installed in the central zone of the cooling tower, limited diameter 0.2-0.25 diameter of the sprinkler, and output ends facing the sprinkler, and the water distribution collector is located inside the tower [3].

Положительным моментом в аналоге является то, что конструкция и размещение эжекторов позволяет организовать принудительную циркуляцию воздуха без использования внешних вентиляторов. Недостатком прототипа является сложность устройства, обусловленная наличием оросительной системы, недостаточная долговечность и надежность устройства, обусловленная той же причиной, недостаточная эффективность охлаждения, вызванная большим аэродинамическим сопротивлением, связанным с размещением в шахте элементов оросителя. С другой стороны, отказаться от оросителя в данной системе невозможно, поскольку именно ороситель является тем устройством, на котором происходит теплопередача.The positive point in the analog is that the design and placement of ejectors allows you to organize forced air circulation without the use of external fans. The disadvantage of the prototype is the complexity of the device, due to the presence of the irrigation system, insufficient durability and reliability of the device, due to the same reason, insufficient cooling efficiency, caused by high aerodynamic drag associated with the placement in the mine elements irrigator. On the other hand, it is impossible to abandon the sprinkler in this system, since it is the sprinkler that is the device on which heat transfer occurs.

В качестве прототипа принята вентиляторная градирня, содержащая корпус, охваченный кожухом с образованием воздухоотводящего канала, воздухоотводящую трубу, установленную в днище корпуса, снабженную водосборным лотком и жалюзийной решеткой, вытяжной патрубок с вентилятором, воздухораспределитель с форсунками и воздуховходные патрубки, размещенные в крышке корпуса, в котором система охлаждения дополнительно снабжена воздуховодами с запорными клапанами и оболочкой, размещенной вокруг боковой стенки корпуса с кольцевым зазором [4].A fan-type cooling tower was adopted as a prototype. wherein the cooling system is additionally provided with air ducts with shut-off valves and a shell placed around the side wall of the housing with an annular gap [4].

Недостатком прототипа является сложность устройства, при этом эффективность дополнительной воздушной трубы не окупает существенного роста сложности и материалоемкости всей системы.The disadvantage of the prototype is the complexity of the device, while the effectiveness of the additional air pipe does not pay off a significant increase in the complexity and material intensity of the entire system.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности работы градирни за счет интенсификации охлаждения жидкости при одновременном упрощении устройства.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of the cooling tower due to the intensification of cooling fluid while simplifying the device.

Поставленная задача решается тем, что в известной градирне, содержащей вытяжной корпус коробчатого типа с воздухозаборными окнами, выполненными по периферии нижней части корпуса, водораспределительный коллектор с распылительными форсунками и водосборный бассейн, согласно изобретению в верхней части корпуса установлен вытяжной вентилятор.The problem is solved by the fact that in a known cooling tower containing a box-type exhaust casing with air intake windows made on the periphery of the lower casing, a distribution manifold with spray nozzles and a drainage basin, according to the invention, an exhaust fan is installed in the upper casing.

Поставленная задача решается также тем, что на боковой стенке корпуса установлены наклонные воздухоотбойные щитки на расстоянии, не превышающем зазора между стенкой и границей факела жидкости, а распылительные форсунки расположены в воздухозаборных окнах.The task is also solved by the fact that on the side wall of the casing there are inclined air discharge plates at a distance not exceeding the gap between the wall and the boundary of the liquid torch, and the spray nozzles are located in the air intake windows.

Доставленная задача решается также тем, что на боковой стенке корпуса установлены наклонные воздухоотбойные щитки на расстоянии, не превышающем зазора между стенкой и границей факела жидкости, а распылительные форсунки установлены над поверхностью бассейна, так, что боковая поверхность факела не достигает стенок корпуса.The delivered task is also solved by the fact that on the side wall of the case inclined air discharge plates are installed at a distance not exceeding the gap between the wall and the boundary of the liquid torch, and the spray nozzles are installed above the pool surface so that the lateral surface of the torch does not reach the walls of the case.

Поставленная задача решается также тем, что на боковой стенке корпуса установлены наклонные воздухоотбойные щитки на расстоянии, не превышающем зазора между стенкой и границей факела, а форсунки установлены на высоте не меньшей 40% высоты градирни и на расстоянии от боковой стенки, струи факела распыла направлены вниз и к центру.The task is also solved by the fact that on the side wall of the case inclined air discharge plates are installed at a distance not exceeding the gap between the wall and the boundary of the torch, and the nozzles are installed at a height of not less than 40% of the height of the cooling tower and at a distance from the side wall, the spray jet is directed downwards and to the center.

Поставленная задача решается также тем, что щитки установлены на стенках с продольным уклоном.The task is also solved by the fact that the plates are installed on the walls with a longitudinal slope.

Поставленная задача решается также тем, что расстояние между форсунками и стенками градирни составляет 0,2-1,5 м.The task is also solved by the fact that the distance between the nozzles and the walls of the cooling tower is 0.2-1.5 m.

Поставленная задача решается также тем, что угол наклона щитков к горизонту составляет 15-60°.The task is also solved by the fact that the angle of inclination of the plates to the horizon is 15-60 °.

Такое выполнение устройства градирни позволяет, во-первых, при установке вентилятора в верхней плоскости градирни обеспечить наилучший теплообмен за счет принудительного отбора теплого воздуха. В этом случае вектор скорости воздуха не совпадает с вектором скорости частиц жидкости, распыляемых форсунками. Несовпадение векторов скоростей частицы жидкости и воздуха обеспечивает нарушение паровой теплоизолирующей рубашки каждой частицы жидкости и ускорение теплообмена. ТакоеSuch an embodiment of the cooling tower device allows, firstly, when installing a fan in the upper plane of the cooling tower, to provide the best heat exchange due to the forced extraction of warm air. In this case, the air velocity vector does not coincide with the velocity vector of the fluid particles sprayed by the nozzles. The discrepancy between the velocity vectors of the particles of liquid and air provides a violation of the steam insulating jacket of each particle of liquid and the acceleration of heat transfer. Such

- 1 007724 выполнение градирни позволяет создать распределенный во всем объеме градирни воздушный ороситель. Поверхность диспергирования при этом существенно больше, чем в капельной или пленочной градирне. Кроме того, установка форсунок с зазором относительно стенок при активном отборе воздуха в верхней части градирни позволяет подать вдоль стенки градирни свежий, сравнительно сухой воздух и с помощью щитков подать его непосредственно в центральную зону. Свежий воздух, обладая меньшей влажностью по сравнению с воздухом, прошедшим через факел распыла, позволяет значительно интенсифицировать разрушение слаботеплопроводной паровой оболочки вокруг капель за счет ее испарения и, соответственно, повысить интенсивность теплообмена.- 1 007724 implementation of the cooling tower allows you to create distributed in the entire volume of the cooling tower air irrigator. At the same time, the dispersion surface is substantially larger than in a dropping or film cooling tower. In addition, the installation of nozzles with a gap relative to the walls with active air bleeding in the upper part of the cooling tower allows fresh, relatively dry air to flow along the cooling tower wall and apply it directly to the central zone using shields. Fresh air, having less moisture than the air that has passed through the spray torch, allows to significantly intensify the destruction of the weakly heat-conducting steam envelope around the droplets due to its evaporation and, accordingly, increase the intensity of heat exchange.

Установка щитков с продольным наклоном позволяет собрать и отвести капли брызг попадающих сверху щитка.Installing the slats with a longitudinal slope allows you to collect and remove the droplets of spray falling on top of the shield.

Установка угла наклона щитков к горизонту 15-60° позволяет направить свежий воздух в центр градирни при различных режимах работы градирни.Setting the angle of inclination of the guards to the horizon of 15-60 ° allows you to direct fresh air to the center of the cooling tower with different operating modes of the cooling tower.

Расстояние между форсунками и стенками градирни конструктивно выбрано 0,2-1,5 м, исходя из того, что расстояние менее 0,2 м не позволит проникнуть сухому воздуху вверх, а расстояние более 1,5 м приводит только к увеличению габаритов устройства без достижения положительного эффекта.The distance between the nozzles and the walls of the cooling tower is structurally selected 0.2-1.5 m, assuming that a distance of less than 0.2 m will not allow dry air to penetrate upwards, and a distance of more than 1.5 m leads only to an increase in the dimensions of the device without reaching positive effect.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 показан схематический разрез вентиляторной градирни с расположением форсунок над поверхностью бассейна. На фиг. 2 - схематический разрез вентиляторной градирни с расположением форсунок в окнах и установкой воздухоотбойных щитков. На фиг. 3 схематический разрез вентиляторной градирни с расположением форсунок в верхней части градирни и направлением жидкости вниз и установкой воздухоотбойных щитков. На фиг. 4 показан вид А фиг. 3 вид на воздухоотбойные щитки с продольным уклоном.The invention is illustrated by drawings. FIG. 1 shows a schematic section of a fan cooling tower with the location of the nozzles above the surface of the pool. FIG. 2 - a schematic section of a fan cooling tower with the location of the nozzles in the windows and the installation of air vent panels. FIG. 3 is a schematic section of a fan cooling tower with the location of the nozzles in the upper part of the cooling tower and the direction of the liquid down and the installation of air vent panels. FIG. 4 shows the view A of FIG. 3 view of the longitudinal sloped air shields.

Градирня содержит корпус 1, выполненный в виде вертикального короба с воздуховходными окнами 2, выполненными по периметру в нижней ее части, водораспределительную систему 3 и водоструйные форсунки-эжекторы 4, подключенные к водораздающему коллектору 5, причем форсунки-эжекторы 4 создают наклонные от вертикали факелы жидкости 6. Кроме того, градирня содержит водосборный бассейн 7. Форсунки 4 соединены с водораспределительной системой 3 известными средствами. Вентилятор 8 обеспечивает отбор воздуха в верхней части градирни, тем самым, обеспечивая приток свежего воздуха через воздуховходные окна 2. Вследствие этого внутри градирни образуются потоки воздуха 9. Градирня сверху закрыта крышей 10, в которой смонтирован осевой вентилятор 8. К боковым стенкам прикреплены воздухоотбойные щитки 11.The cooling tower includes a housing 1, made in the form of a vertical box with air inlet windows 2, made around the perimeter in its lower part, the water distribution system 3 and water-jet nozzles-ejectors 4 connected to the water distribution collector 5, and the nozzles-ejectors 4 create inclined torches from the vertical 6. In addition, the cooling tower contains a drainage basin 7. The nozzles 4 are connected to the water distribution system by 3 known means. The fan 8 provides air intake in the upper part of the cooling tower, thereby providing fresh air through the air inlets 2. As a result, air flows are formed inside the cooling tower 9. The cooling tower is closed from the top by a roof 10, in which an axial fan 8 is mounted. eleven.

Градирня работает следующим образом. Охлаждаемая вода подается через водораспределительную систему 3 и форсунки 4 в корпус 1 в виде факелов 6, направленных вверх или вниз и к центру. Вектор движения любой из капель охлаждаемой жидкости не совпадает с вектором движения потоков воздуха 9, созданных отбором воздуха у крыши 10 градирни с помощью вентилятора 8. Размер капель, создаваемых форсунками должен быть таким, чтобы воздух не увлекал их вверх и не уносил за пределы градирни. Падая, капля охлаждается потоками свежего поднимающегося вверх воздуха и попадает в водосборный бассейн 7. Засасываемый вентилятором 8 воздух, кроме того, что идет через центральное сечение градирни, охлаждая падающую жидкость, частично идет вдоль стенок до воздухоотбойных щитков 11, где поворачивается и направляется в центр жидкости.The cooling tower operates as follows. The cooled water is fed through the water distribution system 3 and the nozzles 4 into the body 1 in the form of torches 6 directed upwards or downwards and towards the center. The motion vector of any of the droplets of the cooled liquid does not coincide with the motion vector of the air flow 9 created by taking air from the roof of the 10 cooling tower using a fan 8. The size of the droplets created by the nozzles must be such that the air does not carry them up and does not carry it outside the limits of the cooling tower. Falling, the drop is cooled by fresh air rising upward and enters the catchment basin 7. The air sucked in by the fan 8, besides flowing through the central section of the cooling tower, cools the falling fluid, partially goes along the walls to the air discharge plates 11, where it turns and goes to the center fluid.

Изобретение позволяет значительно повысить эффективность тепломассообмена градирни без увеличения затрат, по сравнению с известными конструкциями, при этом можно существенно упростить конструкцию градирни, повысить ее надежность, ремонтопригодность и снизить эксплуатационные расходы.The invention allows to significantly increase the efficiency of heat and mass transfer of the cooling tower without increasing costs, compared with the known structures, thus it is possible to significantly simplify the design of the cooling tower, increase its reliability, maintainability and reduce operating costs.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account in the examination:

1. А.С. СССР № 1071915, кл. Р 28С 1/00, опубликовано БИ № 32 1983 г.1. A.S. USSR № 1071915, cl. R 28C 1/00, published BI No. 32 1983

2. В.С. Галустов. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М., Атомиздат, 1989 г.2. V.S. Galustov. Direct-flow spray devices in power system. M., Atomizdat, 1989

3. А.С. СССР 1158845, кл. Р 28С 1/00, опубликовано БИ № 20 1985 г.3. A.S. USSR 1158845, cl. R 28C 1/00, published BI No. 20 1985

4. А.С. СССР № 1601490, кл. Р 28С 1/00, опубликовано БИ № 12 1991 г. (прототип).4. A.S. USSR № 1601490, cl. R 28C 1/00, published BI No. 12 1991 (prototype).

Claims

CLAIM

1. A cooling tower comprising a box-type exhaust case with air intake windows made at the periphery of the lower part of the body, a water distribution manifold with spray nozzles and a catchment basin, characterized in that an exhaust fan is installed in the upper part of the body.

2. The cooling tower according to claim 1, characterized in that the inclined air baffle plates are installed on the side wall of the casing at a distance not exceeding the gap between the wall and the boundary of the fluid plume, and the spray nozzles are located in the air intake windows.

3. The cooling tower according to claim 1, characterized in that inclined air baffles are installed on the side wall of the casing at a distance not exceeding the gap between the wall and the boundary of the liquid plume, and spray nozzles are installed above the surface of the pool so that the side surface of the plume does not reach the walls of the casing .

- 2 007724

4. The cooling tower according to claim 1, characterized in that the inclined air baffle plates are installed on the side wall of the casing at a distance not exceeding the gap between the wall and the flare boundary, and the nozzles are installed at a height not less than 40% of the tower height and at a distance from the side walls, the spray jet is directed downward and toward the center.

5. Cooling tower according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the shields are mounted on the walls with a longitudinal slope.

6. The cooling tower according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the distance between the nozzles and the walls of the tower is 0.2-1.5 m.

7. Cooling tower according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the angle of inclination of the shields to the horizon is 15-60 °.