RU2173436C2

RU2173436C2 - Ejection vortex cooling tower

Info

Publication number: RU2173436C2
Application number: RU99111600A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Барсуков; А.Н. Малкин
Original assignee: Барсуков Николай Васильевич; Малкин Александр Николаевич
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2001-09-10

Abstract

FIELD: cooling of circulating water. SUBSTANCE: cooling tower has smaller basin above ventilation duct; water distributing unit is made in form of system of ejectors injecting additional amount of air due to waste energy of water flow; nozzles mounted into bottom of upper basin set heat-transfer agents in cross vortex motion; drops soar in vortex air flow, i.e. cooling tower has four zones of efficient heat exchange at vortex flow of heat-transfer agents. EFFECT: reduced power requirements; enhanced degree of cooling circulating water. 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на предприятиях любого профиля, где требуется охлаждение оборотной воды. The invention relates to a power system and can be used in enterprises of any profile where cooling of the circulating water is required.

Известна вентиляторная градирня, содержащая корпус, водораспределительный узел, верхний бассейн, каплеуловитель и нижний поддон для сбора воды (см. патент РФ N 2115081, МПК F 28 С 1/04, 1998). Known fan cooling tower containing a housing, a water distribution unit, an upper pool, a drip tray and a lower tray for collecting water (see RF patent N 2115081, IPC F 28 C 1/04, 1998).

Недостатки данной конструкции состоят в следующем. The disadvantages of this design are as follows.

Градирня имеет одну основную зону эффективного тепломассообмена - область оросителя, имеющую значительное аэродинамическое сопротивление. Форма тракта воздушных каналов от входа вентилятора до выхода после каплеуловителя имеет резкие повороты, т.е. также создает дополнительные сопротивления движению воздушного потока. При такой конструкции все необходимое для тепломассообмена количество воздуха подает вентилятор. Таким образом, на подачу необходимого воздуха и преодоление аэродинамических сопротивлений затрачивается значительное количество энергии. The cooling tower has one main zone of effective heat and mass transfer - the sprinkler area, which has significant aerodynamic drag. The shape of the air duct path from the fan inlet to the outlet after the droplet eliminator has sharp turns, i.e. also creates additional resistance to the movement of air flow. With this design, all the necessary amount of air for heat and mass transfer is supplied by the fan. Thus, a significant amount of energy is spent on supplying the necessary air and overcoming aerodynamic drags.

Система водораспределения в виде бассейна с перфорированным днищем неэффективна при охлаждении воды, имеющей высокие концентрации микроорганизмов, т.к. при этом отверстия заплывают образующейся биомассой и нарушается циркуляция воды. The water distribution system in the form of a pool with a perforated bottom is ineffective in cooling water with high concentrations of microorganisms, because while the holes swim in the resulting biomass and the water circulation is disturbed.

Задача изобретения - снижение удельного энергопотребления градирни и повышение степени охлаждения оборотной воды. The objective of the invention is to reduce the specific energy consumption of the tower and increase the degree of cooling of the circulating water.

Поставленная задача решается тем, что вентиляторная градирня содержит корпус, водораспределительный узел, нижний поддон для сбора воды, верхний бассейн и малый бассейн над вентиляционным каналом, водораспределительный узел выполнен в виде системы эжекторов, инжектирующих дополнительное количество воздуха за счет бросовой энергии водяного потока, а в днище верхнего бассейна смонтированы сопла, реализующие перекрестно-вихревое движение теплоносителей, и в полой нижней части градирни капли витают в вихревом, воздушном потоке, т.е. градирня имеет четыре зоны эффективного теплообмена с вихревым движением потоков теплоносителей. The problem is solved in that the cooling tower contains a housing, a water distribution unit, a lower water collection tray, an upper pool and a small pool above the ventilation channel, the water distribution unit is made in the form of a system of ejectors that inject additional air due to the waste energy of the water flow, and nozzles are mounted on the bottom of the upper basin, which realize the cross-vortex motion of the coolants, and in the hollow lower part of the cooling tower, droplets float in a vortex, air flow, i.e. The cooling tower has four zones of effective heat exchange with the swirling motion of the coolant flows.

На фиг. 1 изображен главный вид градирни; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, схема движения потока теплоносителей в сопле; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, схема системы эжекторов. In FIG. 1 shows a main view of a cooling tower; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, a flow diagram of a coolant flow in a nozzle; in FIG. 3 - section BB in FIG. 1, a diagram of an ejector system.

Градирня имеет опорную металлоконструкцию 1, на которой установлен нижний поддон 2. В центре поддона 2 выполнен вентиляционный канал 3, в нижней части которого установлен осевой вентилятор 4, а в верхней части смонтированы малый бассейн 5, предохраняющий вентилятор 4 от попадания капель и направляющий аппарат с обтекателем 6 и завихрителем 7 воздушного потока. В плане градирня имеет круглую или многогранную форму. Весь объем градирни разделен верхним бассейном 8 на две части - верхнюю и нижнюю. В днище бассейна 8 выполнены отверстия, в которых установлены сопла 9, а в боковых стенках смонтирована система эжекторов 10, состоящих из сопл и установленных внутри форсунок 11, подающих охлаждаемую воду. Водораспределительный узел состоит из основного горизонтального коллектора 12, лежащего на выступающих концах радиальных балок опорной рамы, вертикальных стояков 13 и коротких горизонтальных коллекторов 14, на которых смонтированы форсунки 14. После реализации процесса тепломассообмена паровоздушная смесь проходит через сепарационное устройство 15, где происходит отделение капель, а затем через диффузор 16 удаляется в атмосферу. The cooling tower has a supporting metal structure 1, on which the lower tray 2 is mounted. In the center of the tray 2 there is a ventilation duct 3, an axial fan 4 is installed in the lower part, and a small pool 5 is mounted in the upper part, which protects the fan 4 from dripping and a guiding device with fairing 6 and swirl 7 air flow. In terms of cooling tower has a round or multifaceted shape. The entire volume of the tower is divided by the upper pool 8 into two parts - the upper and lower. Holes are made in the bottom of the pool 8, in which nozzles 9 are installed, and a system of ejectors 10 consisting of nozzles and installed inside nozzles 11 supplying cooled water is mounted in the side walls. The water distribution unit consists of a main horizontal collector 12 lying on the protruding ends of the radial beams of the support frame, vertical struts 13 and short horizontal manifolds 14, on which the nozzles are mounted 14. After the heat and mass transfer process is realized, the steam-air mixture passes through the separation device 15, where the drops are separated, and then through the diffuser 16 is removed into the atmosphere.

Охлаждаемая вода под напором из основного коллектора 12 через стояки 13 попадает в систему эжекторов 10, где с большой скоростью выбрасывается форсунками 11 в верхнюю часть градирни, попутно инжектируя значительное количество воздуха. При этом потоки всасываемого воздуха интенсивно перемешиваются с каплями и уже в факеле форсунки 11 происходит значительное охлаждение воды до ее падения в верхний бассейн 8, т.е. создается первая зона охлаждения. Другой поток воздуха вентилятором 4 подается через вентиляционный канал 3 в нижнюю часть градирни, причем установленные в канале обтекатель 6 и завихритель 7 обеспечивают плавный выход потока и придают ему тангенциальное направление. Закрученный поток воздуха создает в нижней части градирни большой вихрь. Одновременно потоки воды по внутренней образующей поверхности сопл 9 по спиральным траекториям стекают в нижнюю часть градирни, где встречаются с большим воздушным вихрем и еще некоторое время свободно витают в объеме в виде капель. Таким образом в нижней части градирни, в которой отсутствует традиционно применяемый ороситель, создается вторая зона охлаждения. Затем воздух из нижнего объема градирни через сопла 9 проходят в верхний объем. Причем общая площадь проходных сечений сопл 9 рассчитана так, что скорость движения воздуха, в них в несколько раз превышает скорость движения в вентиляционном канале 3. При этом потоки воздуха, вследствие их контакта с ниспадающими закрученными потоками воды, также движутся по спиральным, но восходящим траекториям, т.е. в объеме сопл 9 встречаются два сильно турбулизированных перекрестно-вихревых потока (фиг. 2), обеспечивая интенсивный тепломассообмен - третья зона эффективного охлаждения. Далее воздух попадает в верхнюю часть градирни, где перемешивается с потоками уже частично охлажденной в эжекторах воды и здесь происходит ее доохлаждение - четвертая зона охлаждения. Т. к. оси эжекторов 10 в плане ориентированы под углом α < 90^o к боковым стенкам верхнего бассейна 8, то вырывающиеся из форсунок 11 струи воды увлекают за собой воздух, создавая тенденцию вихревого движения и в верхней части градирни, что также улучшает процесс теплообмена.Cooled water under pressure from the main collector 12 through the risers 13 enters the system of ejectors 10, where at high speed nozzles 11 are ejected into the upper part of the tower, simultaneously injecting a significant amount of air. In this case, the flows of intake air are intensively mixed with drops and already in the torch of the nozzle 11 there is a significant cooling of the water before it falls into the upper pool 8, i.e. the first cooling zone is created. Another stream of air by the fan 4 is fed through the ventilation channel 3 to the lower part of the tower, and the fairing 6 and swirl 7 installed in the channel provide a smooth exit of the stream and give it a tangential direction. The swirling air stream creates a large vortex at the bottom of the tower. At the same time, water flows along the inner forming surface of the nozzles 9 along spiral paths flow into the lower part of the tower, where they meet with a large air vortex and freely flow in the form of droplets for some time. Thus, in the lower part of the tower, in which there is no traditionally used sprinkler, a second cooling zone is created. Then, air from the lower volume of the tower through nozzles 9 passes into the upper volume. Moreover, the total area of the passage sections of the nozzles 9 is calculated so that the air speed in them is several times higher than the speed in the ventilation channel 3. Moreover, air flows, due to their contact with flowing swirling water flows, also move along spiral, but ascending paths , i.e. two strongly turbulized cross-vortex flows are encountered in the volume of nozzles 9 (Fig. 2), providing intense heat and mass transfer — the third zone of effective cooling. Further, the air enters the upper part of the tower, where it mixes with the flows of water already partially cooled in the ejectors and here it cools down - the fourth cooling zone. Since the axes of the ejectors 10 are oriented in plan at an angle α <90 ^° to the side walls of the upper pool 8, water jets escaping from the nozzles 11 draw air along with them, creating a tendency of swirling movement in the upper part of the cooling tower, which also improves the heat transfer process .

Такая конструкция и организация потоков теплоносителей уменьшают гидроаэродинамическое сопротивление и значительно снижает потребляемую мощность вентилятора вследствие инжекции дополнительного количества воздуха за счет бросовой энергии, превносимой водяным потоком, при одновременном повышении эффективности процесса тепломассообмена и, в конечном итоге, более глубоком охлаждении оборотной воды. Such a design and organization of coolant flows reduce hydro-aerodynamic resistance and significantly reduce the fan power consumption due to the injection of additional air due to waste energy exceeded by the water flow, while increasing the efficiency of heat and mass transfer and, ultimately, deeper cooling of the circulating water.

Claims

A fan cooling tower comprising a housing, a water distribution unit, a lower water collection tray, an upper pool, characterized in that it comprises a small pool located above the ventilation channel, the water distribution unit is made in the form of a system of ejectors injecting additional air due to the waste energy of the water stream, and nozzles are mounted in the bottom of the upper basin that realize the cross-vortex motion of the coolants, and in the hollow lower part of the cooling tower, droplets float in a vortex, air flow, i.e., the cooling tower has four zones of effective heat exchange with the swirling motion of the coolant flows.