RU2411437C2

RU2411437C2 - Fan cooling tower

Info

Publication number: RU2411437C2
Application number: RU2008152986/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Емельянов (RU); Сергей Геннадьевич Емельянов; Николай Сергеевич Кобелев (RU); Николай Сергеевич Кобелев; Татьяна Васильевна Алябьева (RU); Татьяна Васильевна Алябьева; Владимир Николаевич Кобелев (RU); Владимир Николаевич Кобелев; Пётр Юрьевич Щедрин (RU); Пётр Юрьевич Щедрин; Анатолий Александрович Маматов (RU); Анатолий Александрович Маматов
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2011-02-10
Also published as: RU2008152986A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: fan cooling tower includes stack with air inlet openings along the perimetre of its lower part, water catcher, water-distribution system with convergent nozzles and symmetrically located relative to longitudinal axis of tower, sprinkler and reservoir divided with partitions into sections, each of which is made from bimetal in the form of zigzag so that confusers and diffusers are formed in turn in the section in staggered order. At that, water distribution system has convergent nozzles which are located in pairs and on inner surface of each nozzle of the pair there located are curved grooves which are located in longitudinal direction from larger base of the nozzle to smaller one. At that, in the first nozzle of the pair the guide of curved groove has clockwise direction, and in the second one the guide of curved groove has counter-clockwise direction.

EFFECT: improving cooling efficiency of recirculated water in fan cooling tower by intensifying the heat mass exchange process at the contact of hot water leaving the swirler with cooling air entering after the sprinkler.

4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано для охлаждения оборотной воды.The invention relates to a power system, can be used to cool circulating water.

Известна вентиляторная градирня (см. патент РФ №2156422, МПК F28C 1/100, 2000, Бюл. №26), содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами по периметру ее нижней части, водоуловитель, водораспределительную систему с суживающими соплами и расположенную симметрично относительно продольной оси башни, ороситель и бассейн.Known fan cooling tower (see RF patent No. 2156422, IPC F28C 1/100, 2000, Bull. No. 26), containing an exhaust tower with air inlets around the perimeter of its lower part, a water trap, a water distribution system with narrowing nozzles and located symmetrically relative to the longitudinal axis towers, irrigation and pool.

Недостатком данной вентиляторной градирни является неэффективное использование бассейна как элемента охлаждения воды, особенно при положительных высоких температурах атмосферного воздуха, когда температурная разность между охлажденной водой и атмосферным воздухом незначительна и передача тепла в окружающую среду от корпуса бассейна практически не осуществляется.The disadvantage of this fan cooling tower is the inefficient use of the pool as an element of water cooling, especially at positive high temperatures of atmospheric air, when the temperature difference between chilled water and atmospheric air is insignificant and heat is not transferred to the environment from the pool casing.

Известна вентиляторная градирня (см. патент РФ №2200924, МПК F28C 1/100, 2003), содержащая вытяжную башню с воздуховодными окнами по периметру ее нижней части, водоуловитель, водораспределительную систему с суживающимися соплами и расположенную симметрично относительно продольной оси башни, ороситель и бассейн, разделенный на секции перегородками, каждая из которых выполнена из биметалла зигзагообразно с образованием в секции чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров.Known fan cooling tower (see RF patent No. 2200924, IPC F28C 1/100, 2003), containing an exhaust tower with air ducts around the perimeter of its lower part, a water catcher, a water distribution system with tapering nozzles and located symmetrically relative to the longitudinal axis of the tower, a sprinkler and a pool divided into sections by partitions, each of which is made of bimetal in a zigzag fashion with the formation of confusers and diffusers alternating in a checkerboard pattern in a section.

Недостатком является неэффективное охлаждение горячей воды из-за отсутствия интенсивного тепломассообмена между потоком жидкости, выходящей из завихрителя в виде закрученных струй, и охлаждаемым воздухом, что при дальнейшем поэтапном охлаждении на оросителе и в бассейне затрудняет получение нормированной температуры оборотной воды на выходе из башенной градирни.The disadvantage is the ineffective cooling of hot water due to the lack of intense heat and mass transfer between the fluid stream exiting the swirl in the form of swirling jets and the cooled air, which, with further stepwise cooling on the sprinkler and in the pool, makes it difficult to obtain a normalized temperature of the circulating water at the outlet of the tower tower.

Техническая задача заключается в повышении эффективности охлаждения оборотной воды в вентиляторной градирне путем интенсификации тепломассобменного процесса при контакте горячей воды, выходящей из завихрителя с охлаждающим воздухом, поступающим после оросителя.The technical task is to increase the efficiency of cooling the circulating water in the fan tower by intensifying the heat and mass transfer process when hot water comes out of the swirl with cooling air coming after the sprinkler.

Технический результат повышения эффективности охлаждения оборотной воды достигается тем, что вентиляторная градирня содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами по периметру ее нижней части, водоуловитель, водораспределительную систему с суживающимися соплами и расположенную симметрично относительно продольной оси башни, ороситель и бассейн, разделенный на секции перегородками, каждая из которых выполнена из биметалла зигзагообразно с образованием в секции чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, при этом водораспределительная система выполнена с попарно расположенными суживающимися соплами и на внутренней поверхности каждой из пары сопел выполнены продольно расположенные от большего основания сопла к меньшему криволинейные канавки, причем в первом из пары сопел направляющая криволинейной канавки имеет направление по ходу часовой стрелки, а во втором - направляющая криволинейной канавки имеет направление против хода часовой стрелки.The technical result of increasing the efficiency of cooling the circulating water is achieved by the fact that the fan tower contains an exhaust tower with air inlets around the perimeter of its lower part, a water trap, a water distribution system with tapering nozzles and located symmetrically relative to the longitudinal axis of the tower, each sprinkler and a pool, divided into sections by partitions, each of which it is made of bimetal in a zigzag fashion with the formation in the section of staggered confusers and diffusers, while water the distribution system is made with pairwise tapering nozzles and on the inner surface of each of the pair of nozzles are made longitudinally spaced grooves from the larger base of the nozzle to the smaller, moreover, in the first of the pair of nozzles, the guide of the curved groove has a clockwise direction, and in the second, the guide is curved the grooves have a counterclockwise direction.

На фиг.1 показан общий вид вентиляторной градирни, на фиг.2 - разрез корпуса бассейна, на фиг.3 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с продольно расположенными канавками, направляющая которых имеет направление по ходу часовой стрелки, на фиг.4 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с продольно расположенными канавками, направляющая которых имеет направление против хода часовой стрелки.In Fig.1 shows a General view of the fan tower, Fig.2 is a section of the pool casing, Fig.3 is the inner surface of the tapering nozzle with longitudinally located grooves, the guide of which has a clockwise direction, Fig.4 is the inner surface of the tapering nozzles with longitudinally located grooves, the guide of which has a counterclockwise direction.

Вентиляторная градирня содержит корпус 1 с воздуховпускными окнами и водосборным бассейном 2, над которым установлены ороситель 3, водораспределительная система 4, водоуловитель 5. На верхней части корпуса 1 закреплены вытяжное устройство, включающее конфузатор 6 с вентилятором 7, концевой конфузорный канал 8 с устройством регулирования подачи ветрового потока атмосферного воздуха и диффузор 9, за вентилятором 7 жестко укреплены профильные пластины 10, а на внутренней поверхности от входа к выходу диффузора 9 расположены ребра 11, соединенные с кольцевой канавкой 12 и внешней поверхностью конической обечайки 13. Ороситель 3 имеет не менее двух секций из волнообразных пластин 14, водораспределительная система 4 состоит из подводящего коллектора 15 и водораспределителя 16, включающего ассиметрично укрепленную трубу 17, относительно корпуса 1, на которой распределены суживающиеся сопла 18 с встроенными в них завихрителями 19.The fan cooling tower comprises a housing 1 with air inlets and a catchment basin 2, over which a sprinkler 3, a water distribution system 4, a water trap 5 are installed. An exhaust device is mounted on the upper part of the housing 1, including a confuser 6 with a fan 7, an end confuser channel 8 with a feed control device atmospheric air flow and diffuser 9, profile plates 10 are rigidly fixed behind the fan 7, and ribs 11 connected to the inner surface from the inlet to the outlet of the diffuser 9 are connected with an annular groove 12 and the outer surface of the conical shell 13. The sprinkler 3 has at least two sections of wave-like plates 14, the water distribution system 4 consists of a supply manifold 15 and a water distributor 16, including an asymmetrically strengthened pipe 17, relative to the housing 1, on which the tapering nozzles are distributed 18 with swirls built into them 19.

Водосборный бассейн 2 (фиг.1 и фиг.2) включает корпус 1, в котором установлены секционные перегородки 20, выполненные зигзагообразными, и образует в каждой секции 21 диффузоры 22 и конфузоры 23, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке.The catchment basin 2 (FIG. 1 and FIG. 2) includes a housing 1 in which sectional partitions 20 are made, made zigzag, and in each section 21 forms diffusers 22 and confusers 23, staggered relative to neighboring sections.

Водораспределительная система 4 с суживающимися соплами 18 выполнена в виде попарно расположенных суживающихся сопел 24 и 25, при этом на внутренней поверхности 26 суживающегося сопла 24 выполнены продольно расположенные от большего основания 27 к меньшему основанию 28 криволинейные канавки 29, причем направляющая криволинейной канавки 29 имеет направление по ходу часовой стрелки, а на внутренней поверхности 30 суживающегося сопла 25 выполнены продольно расположенные от большего основания 31 к меньшему основанию 32 криволинейные канавки 33 и направляющая криволинейной канавки 33 имеет направление против хода часовой стрелки.The water distribution system 4 with tapering nozzles 18 is made in the form of pairwise tapering nozzles 24 and 25, while on the inner surface 26 of the tapering nozzle 24 there are curved grooves 29 longitudinally arranged from the larger base 27 to the smaller base 28, and the guide of the curved groove 29 has a direction along clockwise, and on the inner surface 30 of the tapering nozzle 25, curvilinear grooves 33 and longitudinally arranged longitudinally from the larger base 31 to the smaller base 32 are made the curved groove 33 has a counterclockwise direction.

Вентиляторная градирня работает следующим образом.Fan cooling tower operates as follows.

Горячая вода подается из коллектора 15 в водораспределитель 16 через ассиметрично укрепленную трубу 17 относительно корпуса 1 в суживающиеся сопла 18. Размещение суживающихся сопел 18 попарно, таким образом, что, например, на внутренней поверхности 26 суживающегося сопла 24 выполнены криволинейные канавки 29, направляющая которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а на внутренней поверхности 30 суживающегося сопла 25 выполнены криволинейные канавки 33, направляющая которых имеет направление против хода часовой стрелки, приводит к следующему: поток горячей воды, перемещаясь от большего основания 27 суживающегося сопла 24 по криволинейным канавкам 29, расположенным на внутренней поверхности 26, закручивается по ходу часовой стрелки и после завихрителя 19 в виде микрозавихрения выбрасывается в полость корпуса 1 между оросителем 3 и водоуловителем 5.Hot water is supplied from the manifold 15 to the water distributor 16 through an asymmetrically fixed pipe 17 relative to the housing 1 into the tapering nozzles 18. The tapering nozzles 18 are arranged in pairs, so that, for example, curved grooves 29 are made on the inner surface 26 of the tapering nozzle 24, the guide of which has clockwise direction, and on the inner surface 30 of the tapering nozzle 25 there are curved grooves 33, the guide of which has a counterclockwise direction, leads to the following mu: the flow of hot water moving from the larger base 27 of a tapered nozzle 24 of the cam groove 29 located on the inner surface 26, is twisted clockwise and after swirler 19 as mikrozavihreniya ejected into the cavity of the body 1 between the sprinkler 3 and 5 water traps.

Одновременно поток горячей воды, перемещающийся от большего основания 3 суживающегося сопла 25 по криволинейным канавкам 33, расположенным на внутренней поверхности 30, закручивается против хода часовой стрелки и после соответствующего завихрителя 19 в виде микрозавихрения выбрасывается также в полость корпуса 1 между оросителем 3 и водоуловителем 5. Попарное расположение суживающихся сопел 24 и 25 приводит к тому, что два вращающихся в противоположные направления микрозавихрения сталкиваются, образую микровзрывы (см., например, А.П.Меркулов. Вихревой эффект и его применение в промышленности. Куйбышев 1969, 348 с., ил.) с интенсивным перемешиванием капелек горячей воды, что резко интенсифицирует тепломассообменный процесс охлаждаемой воды с воздухом, выходящим из оросителя 3.At the same time, the flow of hot water moving from the larger base 3 of the tapering nozzle 25 along the curved grooves 33 located on the inner surface 30 is twisted counterclockwise and, after a corresponding swirler 19, is also micro-swirled into the cavity of the housing 1 between the sprinkler 3 and the water trap 5. The pairwise arrangement of the narrowing nozzles 24 and 25 leads to the fact that two micro-eddies rotating in opposite directions collide, forming micro-explosions (see, for example, A.P. Merkulov. Vortex effect and its application in industry Kuibyshev 1969, 348 p., Sludge) with intensive mixing of droplets of hot water, which sharply intensifies the heat and mass transfer process of cooled water with air leaving the irrigator 3.

Под действием гидродинамических свойств, преимущественно, каплеобразная масса остывающей горячей воды фонтанирует на оросителе 3 и стекает по волнообразным пластинам 14 первой секции в виде полосок пленки и капель, контактируя с проходящим потоком воздуха. После первой секции вода дождеванием переходит на вторую секцию, где циклично повторяется теплообмен первой секции, т.е. осуществляется пленочно-капельный эффект. Со второй секции охлажденная жидкость поступает в водосборный бассейн 2. При этом атмосферный воздух поступает в корпус 1 через воздуховпускные окна и охлаждает горячую воду, после чего насыщенный парами и каплями поступает в водоуловитель 5, где очищается от воды, и вентилятор 4 осуществляет отсос воздуха из корпуса 1.Under the influence of hydrodynamic properties, mainly, a droplet-like mass of cooling hot water gushes out on the sprinkler 3 and flows down into the undulating plates 14 of the first section in the form of film strips and drops in contact with a passing air stream. After the first section, the water sprinkles to the second section, where the heat transfer of the first section is cyclically repeated, i.e. film-droplet effect is carried out. From the second section, the cooled liquid enters the catchment basin 2. At the same time, atmospheric air enters the housing 1 through the air inlets and cools the hot water, after which it is saturated with vapors and drops and enters the water trap 5, where it is cleaned of water, and the fan 4 sucks air from housing 1.

В водосборном бассейне 2 секции 21 расположены таким образом, что обеспечивается равномерная эпюра скоростей водяного потока в поперечном сечении корпуса бассейна 2, поддерживаемая за счет «живого» сечения входных отверстий диффузоров 22 и конфузоров 23. Охлажденный поток воды с оптимальной эпюрой скоростей, обеспечивающей рациональный контакт воды с зигзагообразными секционными перегородками 20, поступает в секции 21 и, проходя последовательно участки диффузоров 22 и конфузоров 23, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и повышению теплообмена, а также к перераспределению в секциях 21 давления движущегося потока воды. Это выравнивает гидравлическое сопротивление воды в секциях 21 приводит к равномерному смыванию водой всего объема водосборного бассейна 2.In the catchment basin 2, sections 21 are arranged in such a way that a uniform diagram of the water flow velocities is provided in the cross section of the basin body 2, supported by a “live” section of the inlet openings of the diffusers 22 and confusers 23. A cooled water stream with an optimal velocity diagram providing rational contact water with zigzag sectional partitions 20, enters section 21 and, passing successively sections of diffusers 22 and confusers 23, continuously changes its speed, which leads to turbulization and flow and increase heat transfer, as well as redistribution in sections 21 of the pressure of the moving water stream. This equalizes the hydraulic resistance of the water in the sections 21 leads to uniform flushing with water of the entire volume of the catchment basin 2.

Кроме того, шахматное расположение диффузоров 22 и конфузоров 23 в каждой секции 21 относительно соседней секции приводит к тому, что поверхности секционных перегородок 20 одновременно находятся под различным скоростным воздействием потока движущейся воды (с одной стороны перегородку 20 омывает поток, движущийся в диффузоре, с другой омывает поток, движущийся в конфузоре). В результате на данный элемент секционной перегородки 20 действует разность температур (температурный напор) посекционно разделенного потока охлажденной воды. Выполнение секционных перегородок 20 из биметалла приводит в данных условиях воздействия температурного напора к возникновению продольных колебаний термовибрации, что создаст дополнительную турбулизацию непосредственно в поперечном слое секционных перегородок 20, значительно повышая тепломассообменные процессы дальнейшего поэтапного охлаждения воды в бассейне 2. Все это в конечном итоге и обеспечивает эффективную работу вентиляторной градирни даже при незначительном перепаде температур между атмосферным воздухом и охлаждаемой водой.In addition, the checkerboard arrangement of the diffusers 22 and confusers 23 in each section 21 relative to the adjacent section leads to the fact that the surfaces of the sectional partitions 20 are simultaneously under different speed effects of the flow of moving water (on the one hand, the partition 20 is washed by the flow moving in the diffuser, on the other washes a stream moving in the confuser). As a result, a temperature difference (temperature pressure) of a sectionally separated stream of chilled water acts on this element of the partition wall 20. The implementation of the sectional partitions 20 from bimetal under the given conditions of temperature pressure leads to the occurrence of longitudinal vibrations of thermal vibration, which will create additional turbulation directly in the transverse layer of the sectional partitions 20, significantly increasing the heat and mass transfer processes for further stage-by-stage cooling of water in the pool 2. All this ultimately provides effective operation of the fan tower even with a slight temperature difference between the atmospheric air and the cooled oh.

Оригинальность конструктивного решения заключается в том, что повышение эффективности работы вентиляторной градирни обеспечивается интенсификацией тепломассообмена между горячей водой, выходящей из суживающихся сопел водораспределительной системы путем усовершенствования ее конструкции за счет выполнения попарно расположенных суживающихся сопел и на внутренней поверхности каждой из пары суживающихся сопел выполнены криволинейные канавки, продольно расположенные от большего основания к меньшему, при этом направляющая криволинейных канавок в одном из пары сопел имеет направление по ходу часовой стрелки, а во втором из данной пары сопел направляющая имеет направление против хода часовой стрелки. В результате при перемешивании потоков горячей воды по криволинейным канавкам на выходе из соответствующих завихрений образуются встречно вращающиеся микрозавихрения, контакт которых приводит к минивзрывам с разной интенсификацией перемешивания мелкодисперсной каплеобразной горячей воды и потока воздуха, т.е. наблюдается более эффективный процесс тепломассообмена для последующего поэтапного охлаждения оборотной воды в оросителе и бассейне.The originality of the constructive solution lies in the fact that increasing the efficiency of the cooling tower is ensured by the intensification of heat and mass transfer between hot water leaving the tapering nozzles of the water distribution system by improving its design due to the execution of pairwise tapering nozzles and curved grooves are made on the inner surface of each pair of tapering nozzles, longitudinally spaced from the larger base to the smaller, with the guide curvilinear ynyh grooves in one of the pair of nozzles has a direction clockwise, and the second of this pair of guide nozzles has a direction of counterclockwise. As a result, when mixing hot water flows along curved grooves, counterrotating microvortices are formed at the exit from the corresponding vortices, the contact of which leads to mini-explosions with different intensities of mixing of finely divided droplet-shaped hot water and air flow, i.e. a more efficient heat and mass transfer process is observed for the subsequent phased cooling of the circulating water in the irrigation and pool.

Claims

A fan tower containing an exhaust tower with air inlets around the perimeter of its lower part, a water trap, a water distribution system with tapering nozzles and located symmetrically relative to the longitudinal axis of the tower, an irrigation device and a pool divided into sections by partitions, each of which is made of zigzag bimetal with formation in a section in a zigzag shape alternating staggered confusers and diffusers, characterized in that the water distribution system is made pairwise arranged tapering with in the flames and on the inner surface of each of the pair of nozzles, curved grooves are arranged longitudinally from the larger base to the smaller one, while in the first of the pair of nozzles, the guide of the curved groove has a clockwise direction, and in the second, the guide of the curved groove has a counterclockwise direction .