RU2511824C2

RU2511824C2 - Cooling tower

Info

Publication number: RU2511824C2
Application number: RU2010107046/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Борисович Лапшин; Алексей Алексеевич Палей
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ПРОСТОР"
Priority date: 2010-02-27
Filing date: 2010-02-27
Publication date: 2014-04-10
Also published as: RU2010107046A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering and is designed for cooling of liquid. The cooling tower comprises an open hollow tower above a water-collecting pond with side openings near the base, a grounded grid, installed in the plane of cross section of the open hollow tower, and corona-forming electrodes installed on insulators with a gap relative to the grounded net, connected with a high-voltage source of power supply, a sprinkler of cooled water and a water trap.

EFFECT: invention is aimed at reduction of moisture discharge from a cooling tower into environment.

1 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области энергетики и предназначено для охлаждения жидкости.The proposed technical solution relates to the field of energy and is intended for cooling a liquid.

В заявке Японии №4-81119, кл. F28F 27/00, представлено описание градирни, содержащей теплообменник с вентилятором.In the application of Japan No. 4-81119, cl. F28F 27/00, a description of a cooling tower comprising a heat exchanger with a fan is provided.

Величину скорости движения воздушных масс внутри данной градирни и интенсивность теплообмена регулируют путем изменения положения наклона лопастей вентилятора и число оборотов его электродвигателя. Скорость регулируют в зависимости от перепада температур до и после теплообменника. Вместе с тем, путем увеличения скоростного потока объем сбрасываемого тепла ограничен, так как дальнейшее же увеличение скорости потока приводит лишь к выбросу из градирни капель воды и потери воды в системе оборотного водоснабжения.The magnitude of the speed of movement of air masses within a given cooling tower and the heat exchange intensity are controlled by changing the position of the tilt of the fan blades and the number of revolutions of its electric motor. The speed is regulated depending on the temperature difference before and after the heat exchanger. At the same time, by increasing the flow rate, the amount of heat discharged is limited, since a further increase in the flow rate only leads to the emission of water droplets from the tower and the loss of water in the circulating water supply system.

Увеличение площади теплообмена в известной градирне затруднительно и ограничено площадью конструкции вентилятора.Increasing the heat transfer area in a known cooling tower is difficult and limited by the area of the fan structure.

Известна градирня, содержащая соединенные с входной трубой форсунки, смонтированные внутри полости открытой башни, установленной над водосборным бассейном с отводной трубой, ограждение, выполненное в виде жалюзийных деревянных щитков, закрепленных по периметру башни, и оросители, представляющие собой горизонтальные щиты, размещенные в несколько рядов ниже уровня форсунок в полости башни (см., например, "Теплоизолирующие установки промышленных предприятий", Харьков, Издательство Харьковского университета, 1985 г.).Known cooling tower, containing nozzles connected to the inlet pipe, mounted inside the cavity of an open tower installed above the drainage basin with a branch pipe, a fence made in the form of louvered wooden shields mounted around the perimeter of the tower, and sprinklers, which are horizontal panels placed in several rows below the level of the nozzles in the cavity of the tower (see, for example, "Insulating installations of industrial enterprises", Kharkov, Kharkov University Press, 1985).

Охлаждаемая вода в данной градирне подается по входной трубе в форсунки и разбрызгивается. Образуемые капли воды падают вниз и охлаждаются окружающим воздухом, который под напором ветра перемещается перпендикулярно к направлению движения капель воды. Наклонные жалюзи являются препятствием выносу капель воды из полости башни. Продолжая падение, вода стекает по оросителю и охлаждается воздухом. К существенному недостатку функционирования градирни следует отнести нестабильность интенсивности охлаждения по времени суток из-за изменения скорости набегающего на башню естественного воздушного потока, что ограничивает возможности применения градирни.Cooled water in this cooling tower is supplied through the inlet pipe to the nozzles and is sprayed. The resulting water droplets fall down and are cooled by the surrounding air, which under the pressure of the wind moves perpendicular to the direction of movement of the water droplets. Inclined blinds are an obstacle to the removal of water droplets from the cavity of the tower. Continuing the fall, water flows down the sprinkler and is cooled by air. A significant disadvantage of the functioning of the cooling tower is the instability of the cooling intensity over the time of the day due to a change in the speed of the natural air flow incident on the tower, which limits the possibilities of using the cooling tower.

Известна градирня, содержащая расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания для прохождения охлаждающего воздуха, разбрызгиватель охлаждаемой воды, водоулавливающее устройство, включающее приспособление над разбрызгивателем (см. патент №656698, МКИ F28C 1/16,1986 г.).A known cooling tower comprising an open hollow tower located above the catchment basin with side openings at the base for the passage of cooling air, a chilled water sprinkler, a water catcher device including a device over the sprinkler (see patent No. 656698, MKI F28C 1 / 16.1986).

Охлаждаемая вода в известной градирне поступает по входной трубе в разбрызгиватель и распыляется над оросителем. Опускаясь в виде пленки или капель соответственно на пленочном или капельном оросителе, вода охлаждается воздухом, двигающимся через боковые проемы в полости башни снизу вверх. Движение воздуха осуществляется естественным образом за счет разницы плотности теплого воздуха (в нижней части башни) и холодного (в верхней части башни). Насыщенный влагой нагретый воздух, поднимаясь вверх, проходит через приспособление водоулавливающего устройства, расположенное над разбрызгивателем, где происходит отделение от воздуха значительной части воды. Охлажденная вода стекает в водосборный бассейн, а нагретый воздух, содержащий мелкодисперсную и парообразную влагу, поднимается далее вверх внутри полости башни. По мере перемещения вверх воздух охлаждается, частицы влаги, достигшие размеров, достаточных для их гравитационного выпадения под действием силы тяжести, падают вниз.Cooled water in a known cooling tower enters the sprinkler through the inlet pipe and is sprayed over the sprinkler. Dropping in the form of a film or drops on a film or drip sprinkler, respectively, the water is cooled by air moving through the side openings in the cavity of the tower from the bottom up. The movement of air is carried out naturally due to the difference in the density of warm air (in the lower part of the tower) and cold (in the upper part of the tower). The heated air saturated with moisture, rising upward, passes through the device of the water-collecting device located above the sprayer, where a significant part of the water is separated from the air. Chilled water flows into the catchment area, and heated air containing finely divided and vaporous moisture rises further upward inside the tower cavity. As you move up, the air cools, moisture particles that have reached sizes sufficient for their gravitational precipitation by gravity fall down.

Известная конструкция градирни может быть выполнена любых сколь угодно больших размеров, исходя из возможностей строительной индустрии, и решить проблему сброса больших объемов тепла.The known design of the cooling tower can be made of any arbitrarily large sizes, based on the capabilities of the construction industry, and solve the problem of discharge of large volumes of heat.

Вместе с тем, скорость проходящего внутри башни воздушного потока определяется естественными природными условиями, ограничена и практически не регулируется. Кроме того, мелкодисперсные капли, образуемые в результате испарения охлаждаемой воды в условиях естественной эволюции, происходящей внутри башни в процессе подъема охлаждающего воздуха вверх, не успевают укрупниться в размере до размера гравитационного осаждение (-20 мкм) и выносятся за пределы градирни, что приводит к потере охлаждаемой воды в системе оборотного водоснабжения и ухудшению экологической обстановки в прилегающем районе.At the same time, the speed of the air flow passing inside the tower is determined by natural environmental conditions, limited and practically not regulated. In addition, the finely dispersed droplets formed as a result of the evaporation of the cooled water under the conditions of natural evolution occurring inside the tower in the process of raising the cooling air up do not have time to grow larger in size to the size of gravitational deposition (-20 μm) and are carried outside the cooling tower, which leads to loss of chilled water in the circulating water supply system and environmental degradation in the surrounding area.

Наиболее близким техническим решением является градирня, содержащая расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания, перекрытыми заземленной электропроводной сеткой, относительно которой с зазором на изоляторах с внешней от башни стороны установлены коронирующие электроды, соединенные с источником высокого напряжения, разбрызгиватель охлаждаемой воды и водоулавливающее устройство. См. патент РФ на изобретение №2326321 C1, МПК F28C 1/00, опубликованный 10.06.2008 г. Бюллетень №16. В данной конструкции движение воздушных масс осуществляется как естественным путем, так и за счет ионного ветра, формируемого коронным разрядом между коронирующими электродами и заземленной сеткой. Электрические заряды, сопутствующие процессу коронного разряда способствуют укрупнению охлаждаемых капель, их гравитационному выпадению и снижению объема выброса влаги в атмосферу.The closest technical solution is a cooling tower, containing an open hollow tower located above the drainage basin with side openings at the base covered by a grounded electrically conductive grid, with respect to which corona electrodes connected to a high voltage source, a chilled water sprinkler are installed with a gap on insulators from the outside of the tower and water trapping device. See RF patent for invention No. 2226321 C1, IPC F28C 1/00, published June 10, 2008. Bulletin No. 16. In this design, the movement of air masses is carried out both naturally and due to the ionic wind formed by the corona discharge between the corona electrodes and the grounded grid. The electric charges accompanying the corona discharge process contribute to the enlargement of the cooled droplets, their gravitational precipitation and reduce the amount of moisture released into the atmosphere.

Вместе с тем, значительная часть мелкодисперсной влаги за время движения в башне градирни не успевает дорасти до размеров, способствующих гравитационному выпадению в условиях восходящего потока, и выносится за пределы градирни, что приводит к потере охлаждаемой воды в системе оборотного водоснабжения и ухудшению экологической обстановки в прилегающем районе.At the same time, a significant part of the fine moisture during the movement in the tower of the tower does not have time to grow to the size that contributes to gravitational precipitation in the conditions of the upward flow, and is carried out outside the tower, which leads to the loss of cooled water in the circulating water supply system and environmental degradation in the adjacent area.

Предлагаемое изобретение направлено на сокращение выброса влаги из градирни в окружающее пространство.The present invention is directed to reducing the release of moisture from the tower into the surrounding space.

В обеспечение достижения ожидаемого технического результата в градирне, содержащей расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания, коронирующие электроды, соединенные с высоковольтным источником питания, установленные на изоляторах с зазором относительно заземленной сетки, разбрызгиватель охлаждаемой воды и водоулавливающее устройство, заземленная сетка установлена в плоскости поперечного сечения открытой полой башни.To ensure the achievement of the expected technical result in the cooling tower, located above the drainage basin, an open hollow tower with side openings at the base, corona electrodes connected to a high-voltage power source, installed on insulators with a clearance relative to the grounded mesh, a chilled water sprinkler and a water trapping device, a grounded mesh installed in the plane of the cross section of an open hollow tower.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1 - схематическое изображение градирни в разрезе.The invention is illustrated in figure 1 - schematic representation of the tower in section.

Градирня содержит открытую полую башню 1, расположенную над водосборным бассейном 2, разбрызгиватель охлаждаемой воды 3, смонтированный над оросителем 4, водоулавливающее устройство, включающее приспособление 5, расположенное над разбрызгивателем 3. В верхней части полости башни 1 в плоскости поперечного сечения смонтирована заземленная сетка 6. С зазором относительно заземленной сетки 6 на изоляторах 7 установлены коронирующие электроды 8, которые могут быть выполнены из проводов малого диаметра, натянутых на каркасе 9. Исходя из условий реальных значений высокого напряжения порядка 100 кВ, диаметр коронирующих проводов измеряется ориентировочно порядка 0,5-1 мм. Величина зазора определяется десятками сантиметров. Конструктивное выполнение схемы крепления коронирующих электродов не является принципиальным и может быть выполнено, исходя из общих норм проектирования, и отличаться от схемы, представленной на фиг.1. Основная задача крепления состоит, с одной стороны, в надежном обеспечении гарантированного зазора между коронирующими электродами и заземленной сеткой и, с другой стороны, обеспечении надежной электрической изоляции их от заземленной поверхности.The cooling tower contains an open hollow tower 1 located above the catchment basin 2, a chilled water sprinkler 3 mounted above the sprinkler 4, a water catching device including a device 5 located above the sprinkler 3. A grounded grid 6 is mounted in the upper part of the tower 1 cavity in the plane of the cross section. With a gap relative to the grounded mesh 6, corona electrodes 8 are installed on insulators 7, which can be made of small diameter wires stretched on the frame 9. Based on the conditions p cial values of high voltage of 100 kV, the diameter is measured tentatively corona wires order of 0.5-1 mm. The size of the gap is determined by tens of centimeters. The structural implementation of the mounting scheme of the corona electrodes is not fundamental and can be performed based on the general design standards, and differ from the circuit shown in figure 1. The main task of the fastening is, on the one hand, to reliably ensure a guaranteed gap between the corona electrodes and the grounded grid and, on the other hand, to ensure reliable electrical isolation of them from the grounded surface.

Источник высокого напряжения 10 может быть установлен на кронштейне 11, закрепленном на корпусе башни, и закрыт от попадания на него атмосферных осадков козырьком 12. Система регулирования значения высокого напряжения, на фиг.1 не показана, может быть выполнена в отдельном блоке управления высоковольтного источника. Питание на коронирующие электроды может подаваться от высоковольтного источника питания через высоковольтный кабель 13. Скорее всего, значение высокого напряжения, подаваемого на коронирующие электроды, будет определяться стойкостью высоковольтного кабеля.The high voltage source 10 can be installed on the bracket 11, mounted on the tower housing, and is closed from atmospheric precipitation by the visor 12. The high voltage value control system, not shown in FIG. 1, can be implemented in a separate control unit for the high voltage source. Power to the corona electrodes can be supplied from the high voltage power source through the high voltage cable 13. Most likely, the value of the high voltage supplied to the corona electrodes will be determined by the resistance of the high voltage cable.

Градирня работает следующим образом. Охлаждаемая вода по входной трубе подается в разбрызгиватель 3. Опускаясь вниз, вода в виде пленок на пленочном оросителе 4 или в виде капель на капельном оросителе 4 охлаждается потоком воздуха. Насыщенный влагой нагретый воздух, направляясь вверх, проходит через приспособление 5 водоулавливающего устройства, где отделяется часть капель воды. Охлажденная вода стекает в водосборный бассейн 2, откуда снова поступает в систему оборотного водоснабжения. Нагретый воздух, содержащий влагу в виде пара и мелкодисперсных капель, продолжает подниматься вверх внутри корпуса полой башни. В процессе движения влаги вверх за счет передачи части тепла через стенки башни атмосферному воздуху часть пересыщенной парообразной влаги конденсируется, часть мелкодисперсных капелек воды укрупнится, и те из них, которые достигнут размеров, достаточных для гравитационного выпадения, падают вниз в водосборный бассейн, захватывая на своем пути мелкие капельки.The cooling tower works as follows. Cooled water is supplied through the inlet pipe to the sprayer 3. When going down, water in the form of films on a film sprayer 4 or in the form of drops on a drip sprayer 4 is cooled by an air stream. Saturated with moisture, heated air, heading upward, passes through the device 5 of the water-collecting device, where a part of the drops of water is separated. Chilled water flows into the catchment basin 2, from where it again enters the water recycling system. Heated air containing moisture in the form of steam and fine droplets continues to rise up inside the body of the hollow tower. During the movement of moisture upward due to the transfer of part of the heat through the walls of the tower to the atmospheric air, part of the supersaturated vaporous moisture condenses, part of the finely dispersed droplets of water coarsens, and those that reach sizes sufficient for gravitational precipitation fall down into the catchment, capturing on their ways small droplets.

Движение воздуха вверх обеспечивается как естественным путем, за счет разницы температур в нижней и верхней частях башни, так и за счет сил электрического ветра, формируемого коронным разрядом между заземленной сеткой 6 и коронирующими электродами 8. При подаче высокого напряжения от источника 10 на коронирующие электроды 8 между коронирующими электродами 8 и заземленной сеткой 6 возникнет электрическое поле. Как известно, см., например И.А.Рогов, B.C.Бабакин, В.А.Выгодин «Моделирование процесса движения капли конденсата влажного воздуха в электрическом поле» (__best_article_issue_10_2005.htm), при напряженности электрического поля между коронирующими электродами 8 и заземленной конструкцией 6 E=5,0·10⁵…1,0·10⁶ В/м, скорость электрического ветра может составлять 0,5…1,5 м/сек. Таким образом, дополнительно к естественным ветровым потокам будет добавлен ветровой поток электрического ветра, который позволит увеличить объем ветрового потока, проходящего через полость башни и увеличить объем снимаемого тепла с единицы поверхности орошаемой поверхности. Путем регулирования значения высокого напряжения, подаваемого на коронирующие электроды, можно обеспечивать величину дополнительного ветрового потока. Кроме того, система из коронирующих электродов, установленных с зазором относительно заземленной сетки, очищает проходящий воздушный поток от водных аэрозолей (капелек воды), собирая их на заземленной сетке. В воздушно-капельной смеси, проходящей через область разрядного промежутка, происходят сложные микрофизические процессы, приводящие к укрупнению капель. В экспериментах, проведенных авторами предлагаемого изобретения, в увлажненном газовом потоке выхлопных газов автомобиля коронный разряд инициировал образование капель видимого размера. См. Лапшин В.Б и др. Метод очистки газовых потоков от природных и техногенных аэрозолей, включающих субмикронные составляющие. Электронный журнал «Исследование в России», 28, 275-280, 2007. . Укрупненные электрически заряженные капли, проходя через ячейку заземленной сетки, увлекаются силами электростатического взаимодействия к поверхности ее конструкции. Собранные на заземленной сетке капли воды укрупняются и, достигнув размеров, вес которых превышает значение сил поверхностного натяжения, падают вниз. Конструктивное выполнение заземленной сетки, размеры ячеек сетки, ее конструктивные размеры выбираются исходя из величины подаваемого на коронирующие электроды высоковольтного напряжения..The upward movement of air is provided both naturally, due to the temperature difference in the lower and upper parts of the tower, and due to the forces of the electric wind generated by the corona discharge between the grounded grid 6 and the corona electrodes 8. When applying high voltage from the source 10 to the corona electrodes 8 an electric field will arise between the corona electrodes 8 and the grounded grid 6. As you know, see, for example, I.A. Rogov, BC.Babakin, V.A. E = 5.0 · 10 ⁵ ... 1.0 · 10 ⁶ V / m, the electric wind speed can be 0.5 ... 1.5 m / s. Thus, in addition to the natural wind flows, an electric wind wind flow will be added, which will increase the volume of the wind flow passing through the tower cavity and increase the amount of heat removed from a unit surface of the irrigated surface. By adjusting the value of the high voltage supplied to the corona electrodes, the magnitude of the additional wind flow can be ensured. In addition, a system of corona electrodes installed with a gap relative to the grounded grid cleans the passing air stream of water aerosols (water droplets), collecting them on a grounded grid. In the air-drop mixture passing through the region of the discharge gap, complex microphysical processes occur, leading to the enlargement of the droplets. In experiments conducted by the authors of the present invention, in a humidified gas stream of exhaust gases of a car, a corona discharge initiated the formation of droplets of a visible size. See Lapshin VB and others. A method for cleaning gas flows from natural and man-made aerosols, including submicron components. The electronic journal "Research in Russia", 28, 275-280, 2007.. Large electrically charged drops passing through a cell of an earthed grid are carried away by the forces of electrostatic interaction to the surface of its structure. The water droplets collected on an earthed grid are enlarged and, having reached sizes whose weight exceeds the value of the surface tension forces, fall down. The design of the grounded grid, the mesh cell sizes, its structural dimensions are selected based on the magnitude of the high voltage applied to the corona electrodes ..

Таким образом, предложенное устройство благодаря новым отличительным признакам в совокупности с известными признаками, позволяет создать в башне дополнительный ветровой поток, увеличить эффективность работы градирни, сократить объем выброса влаги из градирни в окружающее пространство и достичь цели предлагаемого изобретения.Thus, the proposed device, thanks to new distinguishing features in combination with the known features, allows you to create an additional wind flow in the tower, increase the efficiency of the tower, reduce the amount of moisture emitted from the tower into the surrounding space and achieve the goal of the invention.

Claims

A cooling tower comprising an open hollow tower located above the drainage basin with side openings at the base, corona electrodes connected to a high-voltage power supply, mounted on insulators with a gap relative to the grounded mesh, a chilled water sprinkler and water recovery device, characterized in that the grounded mesh is installed in the plane cross section of an open hollow tower.