RU2416777C1

RU2416777C1 - Sprinkler of cooling tower

Info

Publication number: RU2416777C1
Application number: RU2009138944/06A
Authority: RU
Inventors: Раиса Федоровна Витковская (RU); Раиса Федоровна Витковская; Михаил Сергеевич Трусов (RU); Михаил Сергеевич Трусов; Александр Сергеевич Пушнов (RU); Александр Сергеевич Пушнов; Василий Иванович Шишов (RU); Василий Иванович Шишов; Станислав Нилович Булатов (RU); Станислав Нилович Булатов
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-04-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention can be implemented for cooling return water in cooling towers of power and other industrial plants, for example, in heat power plants (HPP) and nuclear plants (NP). Here is disclosed the sprinkler of the cooling towers for heat- and mass -exchange processes made as units, inside of which there are arranged contacting surfaces out of synthetic woven cloth made corrugations-like with radius of curvature 19-31.4 of corrugation length. Vertexes of corrugations are located on vertical partitions of end sides of the unit. The units are arranged in rows one beneath another and contacting with their end sides at off set along vertical for width of a band. In whole they form tiers. An additional tier is perpendicular at a distance of 0.5-1 of unit height. The unit consists of two contact surfaces in form of bands, each with width from 0.2 to 0.5 of width of a vertical partition, the bands are secured along their width on upper and lower ribs of opposite vertical sides of the unit, forming corrugations. Vertexes of corrugations are bent at 90° and are attached to vertical partitions of opposite vertical sides. The corrugations are set off vertically at 0.5 of length of a contacting surface.

EFFECT: reduced hydraulic resistance of cooling tower sprinkler by increase of specific surface of interacting phases, by creating additional channels for gas flowing and by equalising field of gas velocity through all section of unit.

4 dwg

Description

Изобретение относится к оросителям для градирен и может быть использовано для охлаждения оборотной воды в градирнях энергетических и других промышленных предприятий, например на теплоэлектростанциях (ТЭЦ) и атомных электростанций (АЭС).The invention relates to sprinklers for cooling towers and can be used to cool recycled water in cooling towers of energy and other industrial enterprises, for example, at thermal power plants (TPPs) and nuclear power plants (NPPs).

Известный ороситель (регулярная насадка) для тепломассообменных аппаратов (SU 1634306 A1, B01J 19/30 от 13.03.1989 г.) выполнен в виде пакета вертикальных газопроницаемых листов с параллельными гофрами, расположенными эквидистантно, гофры размещены горизонтально и выполнены с острым углом при вершине, при этом гофры заходят друг в друга у смежных листов, направление контактирующих потоков перпендикулярно образующим гофра, а вертикальные гофрированные листы выполнены из тканого материала, содержащего основу и уток, причем нити утка расположены перпендикулярно направлению контактирующих потоков.The well-known sprinkler (regular nozzle) for heat and mass transfer apparatuses (SU 1634306 A1, B01J 19/30 of 03/13/1989) is made in the form of a package of vertical gas-permeable sheets with parallel corrugations arranged equidistantly, the corrugations are placed horizontally and made with an acute angle at the apex, while the corrugations go into each other at adjacent sheets, the direction of the contacting flows perpendicular to the corrugation, and the vertical corrugated sheets are made of woven material containing warp and wefts, and the weft threads are perpendicular It is peculiar to the direction of contacting flows.

Недостатком такого оросителя градирни является высокое гидравлическое сопротивление.The disadvantage of this sprinkler of the cooling tower is the high hydraulic resistance.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является ороситель градирни (SU 1765682 Al, F28F 25/08 // B01D 3/22 от 05.10.1989 г.) для тепломассообменных процессов в виде блоков вертикальных листов из синтетического тканого полотна в виде гофр, контактирующие поверхности которых выполнены с радиусом кривизны 19-31,4 длины гофра, причем вершины гофр расположены на вертикальных перегородках торцевых сторон блоков.Closest to the proposed invention is the cooling tower sprinkler (SU 1765682 Al, F28F 25/08 // B01D 3/22 of 05/10/1989) for heat and mass transfer processes in the form of blocks of vertical sheets of synthetic woven fabric in the form of corrugations, the contact surfaces of which are made with a radius of curvature of 19-31.4 lengths of the corrugation, and the vertices of the corrugations are located on the vertical partitions of the end faces of the blocks.

Недостатком известного оросителя градирни является высокое гидравлическое сопротивление за счет крупных каналов, приводящих к неравномерности поля скоростей газа по сечению аппарата, которое делает невозможным использование данной конструкции оросителя в вентиляторных градирнях, где существуют определенные ограничения, накладываемые технологическим оборудованием градирен - вентиляторов и каплеотбойных устройств.A disadvantage of the known cooling tower sprinkler is its high hydraulic resistance due to large channels leading to the unevenness of the gas velocity field over the apparatus cross section, which makes it impossible to use this sprinkler design in fan cooling towers, where there are certain restrictions imposed by the technological equipment of cooling towers - fans and drop eliminators.

Задача изобретения уменьшение гидравлического сопротивления оросителя градирни путем увеличения удельной поверхности взаимодействующих фаз, образования дополнительных каналов для прохождения газа и выравнивания поля скоростей газа по всему сечению аппарата.The objective of the invention is to reduce the hydraulic resistance of the sprinkler of the cooling tower by increasing the specific surface of the interacting phases, the formation of additional channels for the passage of gas and alignment of the gas velocity field over the entire cross section of the apparatus.

Указанная задача достигается тем, что ороситель градирни для тепломассообменных процессов в виде блоков, внутри которых расположены контактирующие поверхности из синтетического тканого полотна в виде гофр, выполненных с радиусом кривизны 19-31,4 длины гофра, причем блоки установлены рядами друг под другом, соприкасаясь торцевыми сторонами блоков со смещением по вертикали на ширину ленты, образуя в целом ярусы, причем к верхнему ярусу перпендикулярно установлен дополнительный ярус на расстоянии 0,5-1 высоты блока, при этом блок состоит из двух контактирующих поверхностей в виде лент, каждая с шириной от 0,2 до 0,5 ширины вертикальной перегородки, и закрепленных по ширине на верхнем и нижнем ребрах противоположных вертикальных сторон блока, образующих гофры, с вершинами гофр, образованных перегибом под углом 90° с закреплением на вертикальных перегородках противоположных вертикальных сторон, причем гофры смещены по вертикали на 0,5 длины контактирующей поверхности.This task is achieved by the fact that the cooling tower sprinkler for heat and mass transfer processes in the form of blocks, inside which there are contact surfaces made of synthetic woven fabric in the form of corrugations, made with a radius of curvature of 19-31.4 corrugation lengths, and the blocks are installed in rows one under the other, contacting end the sides of the blocks with a vertical offset by the width of the tape, forming generally tiers, with an additional tier perpendicular to the upper tier at a distance of 0.5-1 block heights, the block consists of two the contact surfaces in the form of tapes, each with a width of 0.2 to 0.5 of the width of the vertical partition, and fixed in width on the upper and lower edges of the opposite vertical sides of the block forming the corrugations, with the corrugation vertices formed by a bend at an angle of 90 ° C fixing on the vertical partitions of the opposite vertical sides, and the corrugations are shifted vertically by 0.5 lengths of the contacting surface.

Благодаря тому, что блок оросителя градирни состоит из двух контактирующих поверхностей в виде лент, каждая с шириной от 0,2 до 0,5 ширины вертикальной перегородки, и закрепленных по ширине на верхнем и нижнем ребрах противоположных вертикальных сторон блока, образующих гофры, с вершинами гофр, образованных перегибом под углом 90° с закреплением на вертикальных перегородках противоположных вертикальных сторон, причем гофры смещены по вертикали на 0,5 длины контактирующей, гидравлическое сопротивление оросителя градирни снижается.Due to the fact that the cooling tower sprinkler block consists of two contacting surfaces in the form of tapes, each with a width from 0.2 to 0.5 of the width of the vertical partition, and fixed along the width on the upper and lower edges of the opposite vertical sides of the block, forming corrugations, with vertices corrugations formed by bending at an angle of 90 ° with fastening on the vertical partitions of the opposite vertical sides, and the corrugations are shifted vertically by 0.5 contact lengths, the hydraulic resistance of the cooling tower sprinkler is reduced.

Благодаря тому, что блоки оросителя градирни установлены рядами друг под другом, соприкасаясь торцевыми сторонами блоков со смещением по вертикали на ширину ленты, образуя в целом ярусы, у оросителя градирни сохраняется высокая удельная поверхность для контакта взаимодействующих фаз при одновременном снижении гидравлического сопротивления. Существенными признаками заявляемого решения является совокупное использование созданных элементов и их взаимное расположение. В их полной взаимосвязи обеспечивается достижение технического результата изложенного выше. Благодаря тому, что у оросителя градирни к верхнему ярусу перпендикулярно установлен дополнительный ярус на расстоянии 0,1-0.3 высоты блока от верхнего яруса, достигается дополнительное увеличение глубины охлаждения на 10-12% за счет разрыва пленки жидкости по поверхности блоков оросителя градирни при одновременно дополнительном снижении гидравлического сопротивления оросителя градирни на 18-22%.Due to the fact that the cooling tower irrigation units are installed in rows one under the other, touching the ends of the units vertically offset by the width of the tape, forming generally tiers, the cooling tower irrigation system retains a high specific surface for the contact of the interacting phases while reducing hydraulic resistance. The essential features of the proposed solution is the combined use of the created elements and their mutual arrangement. In their full interconnection, the achievement of the technical result of the above is ensured. Due to the fact that an additional tier is installed perpendicularly at the cooling tower’s sprinkler to the upper tier at a distance of 0.1-0.3 block height from the upper tier, an additional increase in cooling depth of 10-12% is achieved due to a rupture of the liquid film on the surface of the tower’s sprinkler blocks with an additional a decrease in the hydraulic resistance of the sprinkler of the cooling tower by 18-22%.

Заявляемое устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показано взаимное расположение восьми блоков 1, 2, 3, 4, 5, 6 оросителя градирни, образующего два яруса в 3-х проекциях. На фиг.2 показан блок 1, 2, 3, 4, 5, 6 оросителя в аксонометрии. На Фиг.3 в 3-х проекциях показано взаимное расположение двенадцати блоков оросителя градирни, образующих три яруса, в случае установки дополнительно к верхнему ярусу дополнительного яруса на расстоянии (с зазором) 0,5-1,0 высоты блока. На Фиг.4 показано гравитационное течение пленки 17 жидкости по наклонному участку полотна тканого контактирующего устройства оросителя градирни из синтетических мононитей. Ороситель градирни выполнен в виде блоков 1, 2, 3, 4, 5 и 6 (см. фиг.1). Блоки представляют собой две контактирующие поверхности 9 и 10 в виде лент, каждая с шириной 0,2-0,5 ширины вертикальной перегородки из синтетического тканого полотна, выполненного в виде гофр 7. Контактирующие поверхности листов в виде гофр 7 выполнены с радиусом кривизны 19-31,4 длины гофра. Вершины гофр 7 расположены на вертикальных перегородках 8 торцевых сторон блока. Каждый блок состоит из двух листов 9 и 10, расположенных в одной плоскости со смещением на 0,5 длины контактирующей поверхности, образующих гофры с контактирующими поверхностями под углом 90° друг к другу. Ширина каждой ленты 9 и 10 составляет 0,2-0,5 ширины вертикальной перегородки. Четыре блока 1, 2, 3 и 4 образуют верхний ярус оросителя градирни. Высота блоков 1, 2, 3 и 4 равна высоте яруса оросителя градирни - «Н». Ширина и длина блоков оросителя градирни выполнена одинаковой и равна «В». Ленты 9 и 10 контактирующих поверхностей выполнены в виде тканого полотна 11 из синтетических мононитей - прутка 12 и утка 13. Блоки оросителя 1, 2, и 5, 6 установлены рядами друг с другом, образуя ярусы 14 и 15. К верхнему ярусу оросителя градирни 14 перпендикулярно ему установлен дополнительный ярус 16 на расстоянии «К» (с зазором), равным 0,5- 1,0 высоты блока «Н» (см. фиг.3).The inventive device is illustrated by drawings. Figure 1 shows the mutual arrangement of eight blocks 1, 2, 3, 4, 5, 6 of the irrigator of the tower, forming two tiers in 3 projections. Figure 2 shows the block 1, 2, 3, 4, 5, 6 of the irrigator in a perspective view. Figure 3 in 3 projections shows the relative position of the twelve irrigator blocks of the tower, forming three tiers, in the case of installing additional to the upper tier of an additional tier at a distance (with a gap) of 0.5-1.0 block height. Figure 4 shows the gravitational flow of a film of liquid 17 along an inclined section of the web of a woven contacting device for irrigating a tower of synthetic monofilaments. The sprinkler of the cooling tower is made in the form of blocks 1, 2, 3, 4, 5 and 6 (see figure 1). Blocks are two contacting surfaces 9 and 10 in the form of tapes, each with a width of 0.2-0.5 of the width of the vertical partitions of synthetic woven fabric made in the form of corrugations 7. The contacting surfaces of the sheets in the form of corrugations 7 are made with a radius of curvature 19- 31.4 lengths of corrugation. The corrugation tops 7 are located on the vertical partitions 8 of the end faces of the block. Each block consists of two sheets 9 and 10, located in the same plane with a displacement of 0.5 lengths of the contacting surface, forming corrugations with the contacting surfaces at an angle of 90 ° to each other. The width of each tape 9 and 10 is 0.2-0.5 of the width of the vertical partition. Four blocks 1, 2, 3, and 4 form the upper tier of the cooling tower sprinkler. The height of blocks 1, 2, 3, and 4 is equal to the height of the tier of the sprinkler of the cooling tower - "N". The width and length of the blocks of the sprinkler of the tower is the same and equal to "B". Tapes 9 and 10 of the contacting surfaces are made in the form of a woven fabric 11 of synthetic monofilaments - a bar 12 and a weft 13. The sprinkler blocks 1, 2, and 5, 6 are installed in rows with each other, forming tiers 14 and 15. Toward the upper tier of the sprinkler of the cooling tower 14 perpendicular to it, an additional tier 16 is installed at a distance "K" (with a gap) equal to 0.5-1.0 of the height of the block "N" (see figure 3).

Работа оросителя градирни поясняется на фиг.4, где показано течение пленки жидкости 17 по наклонному участку полотна 11 тканого контактного устройства из синтетических мононитей. Течение пленки жидкости 17 по полотну 11 со свободным сечением 23% из-за проницаемости сетчатого полотна 11 осуществляется с обеих сторон полотна 11, что дополнительно увеличивает поверхность контакта охлаждаемой воды 19 с потоком атмосферного воздуха 20 в оросителе градирни. При гравитационном течении пленки жидкости 17 по полотну 11 на поверхности пленки жидкости 17 образуются волны 18, которые также интенсифицируют процесс тепломассообмена, протекающий в объеме оросителя градирни.The operation of the cooling tower sprinkler is illustrated in FIG. 4, which shows the flow of a liquid film 17 along an inclined section of the web 11 of a woven contact device made of synthetic monofilaments. The flow of the liquid film 17 through the web 11 with a free cross section of 23% due to the permeability of the mesh web 11 is carried out on both sides of the web 11, which further increases the contact surface of the cooled water 19 with the flow of atmospheric air 20 in the tower sprinkler. During the gravitational flow of the liquid film 17 along the web 11, waves 18 are formed on the surface of the liquid film 17, which also intensify the heat and mass transfer process occurring in the cooling tower’s sprinkler volume.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Ороситель устанавливают в несколько ярусов в градирне. Охлаждаемая нагретая, например, до Т=42°С оборотная вода противотоком поступает на контактирующие поверхности 9, 10 оросителя. Охлаждающий атмосферный воздух, имеющий температуру Т=18°С и влажность φ=70% поступает в градирню с линейной скоростью W0=2,0 м/с. На контактирующих поверхностях 9, 10 оросителя происходит процесс испарительного охлаждения воды на Δt=12°С.The proposed device operates as follows. The sprinkler is installed in several tiers in the cooling tower. Cooled heated, for example, to T = 42 ° C, reverse water flows countercurrently to the contacting surfaces 9, 10 of the irrigator. Cooling atmospheric air having a temperature of T = 18 ° C and humidity φ = 70% enters the cooling tower with a linear velocity of W0 = 2.0 m / s. On the contacting surfaces 9, 10 of the sprinkler, the process of evaporative cooling of water occurs at Δt = 12 ° C.

Опытным путем установлено, что при высокой глубине охлаждения в оросителе градирни предлагаемой конструкции (Δt=12°С) гидравлическое сопротивление снижалось по сравнению с известной конструкцией (прототипом) на 20%.It was experimentally established that with a high cooling depth in the sprinkler of the cooling tower of the proposed design (Δt = 12 ° C), the hydraulic resistance decreased by 20% compared with the known design (prototype).

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую эффективность охлаждения оборотной воды в градирне при одновременном снижении коэффициента гидравлического сопротивления на 20%.The proposed device provides high efficiency cooling of the circulating water in the tower while reducing the coefficient of hydraulic resistance by 20%.

Заявленные пределы ширины лент 11 оросителя градирни объясняются следующим образом. При ширине лент менее 0,2 ширины вертикальной перегородки поверхность оросителя резко уменьшается и эффективность охлаждения также снижается. При ширине лент 11 оросителя более 0,5 ширины вертикальной перегородки конструкция становится неудобной в изготовлении. Указанные пределы в совокупности заявленных признаков обеспечивают достижение высокой эффективности охлаждения при одновременном снижении потери напора - ΔР.The declared limits of the width of the tapes 11 of the tower sprinkler are explained as follows. When the width of the tapes is less than 0.2 of the width of the vertical partition, the surface of the sprinkler decreases sharply and the cooling efficiency also decreases. When the width of the irrigation tapes 11 is more than 0.5 of the width of the vertical partition, the design becomes inconvenient to manufacture. The specified limits in the aggregate of the claimed features ensure the achievement of high cooling efficiency while reducing pressure loss - ΔP.

Заявленные пределы возможного расстояния дополнительного яруса 16 блоков оросителя от верхнего яруса 14 поясняются следующим образом. При расстоянии (зазором) между ярусами К≤0,5Н не наблюдается разрушений пленок жидкости, стекающих с верхнего яруса, что снижает эффективность охлаждения оборотной воды в оросителе градирни. Увеличение расстояния между ярусами К>1Н приводит к неоправданному росту габаритов градирни, что нецелесообразно.The declared limits of the possible distance of the additional tier 16 of the irrigator blocks from the upper tier 14 are explained as follows. At a distance (gap) between the tiers K≤0.5N, no destruction of the liquid films flowing down from the upper tier is observed, which reduces the cooling efficiency of the circulating water in the tower sprinkler. The increase in the distance between the tiers K> 1H leads to an unjustified increase in the dimensions of the tower, which is impractical.

Claims

The cooling tower sprinkler for heat and mass transfer processes in the form of blocks, inside of which there are contact surfaces of synthetic woven fabric in the form of corrugations, made with a radius of curvature of 19-31.4 corrugation lengths, the corrugation tops being located on the vertical partitions of the end faces of the block, characterized in that the blocks installed in rows one below the other, touching the end faces of the blocks with a vertical offset by the width of the tape, forming generally tiers, with an additional perpendicular to the upper tier rus at a distance of 0.5-1 block height, while the block consists of two contacting surfaces in the form of tapes each with a width of 0.2 to 0.5 of the width of the vertical partition and fixed along the width on the upper and lower edges of the opposite vertical sides of the block, forming corrugations, with the corrugation peaks formed by bending at an angle of 90 ° with fastening on the vertical partitions of the opposite vertical sides, and the corrugations are shifted vertically by 0.5 times the length of the contacting surface.