RU2614623C2

RU2614623C2 - Air precooler in the air cooling devices

Info

Publication number: RU2614623C2
Application number: RU2015108829A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Шевцов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Интехэнерго"
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2017-03-28
Also published as: RU2015108829A; WO2016148600A1; US20180080716A1; DE212016000064U1

Abstract

FIELD: ventilation.

SUBSTANCE: invention relates to the air cooling devices (ACD) and can be used for condensation or cooling of coolant in power plants, chemical and petroleum industries. Device for cooling or condensation of the coolant, containing a housing, a vent element, a heat exchanger, at least one member for spraying the water located before the holes in the housing for air intake from the outside and configured as a closed loop with the nozzles evenly spaced along the length of the circuit for water spraying and rigidly connected with the housing or mounted on the common base with the housing. The loop is made as two hollow tubes, connected in the upper and lower parts, so that to provide the fluid movement thereon and to provide the uniform pressure at each nozzle.

EFFECT: improved air interaction with the coolant.

5 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Решение относится к аппаратам воздушного охлаждения (АВО) и может быть использовано для конденсации или охлаждения теплоносителя на электростанциях, предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности.The solution relates to air cooling devices (ABO) and can be used for condensation or cooling of a coolant in power plants, chemical and oil refining enterprises.

Уровень техникиState of the art

Конструкции известных АВО в той или иной степени способствуют интенсификации процессов теплового обмена в основном за счет увеличения поверхности теплообмена, путем улучшения распределения воздуха или теплоносителя внутри АВО. Однако проблема охлаждения или конденсации теплоносителя в летний период в условиях жаркого климата при температуре окружающего воздуха, достигающей отметки выше 30°C, как следует из уровня техники, не решена. Если теплоноситель, подаваемый в АВО на охлаждение или конденсацию, имеет температуру 30-300°C, а температура поступающего для охлаждения теплоносителя воздуха возрастает в летний период, то эффективность работы АВО снижается.The designs of the known ABOs to one degree or another contribute to the intensification of heat exchange processes mainly due to an increase in the heat transfer surface, by improving the distribution of air or coolant inside the ABO. However, the problem of cooling or condensation of the coolant in the summer in hot climates at an ambient temperature reaching above 30 ° C, as follows from the prior art, has not been solved. If the coolant supplied to the ABO for cooling or condensation has a temperature of 30-300 ° C, and the temperature of the air supplied for cooling the coolant increases in the summer, then the efficiency of the ABO decreases.

Известны аппараты воздушного охлаждения (АВО), производимые по ГОСТ Р 51364-99. Аппарат воздушного охлаждения (далее - аппарат) представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из следующих основных частей: теплообменной поверхности (теплообменная секция); системы подачи воздуха, включающей вентилятор с приводом от электродвигателя, диффузор с коллектором; опорной металлоконструкции.Known devices for air cooling (ABO), produced according to GOST R 51364-99. The air cooling apparatus (hereinafter referred to as the apparatus) is a heat exchanger consisting of the following main parts: heat exchange surface (heat exchange section); air supply systems, including a fan driven by an electric motor, a diffuser with a collector; supporting metalwork.

Дополнительно аппараты могут быть оснащены увлажнителем воздуха, необходимым для снятия пиковых нагрузок в летнее время.Additionally, the devices can be equipped with an air humidifier, necessary to relieve peak loads in the summer.

Недостатком данного АВО является низкая эффективность испарения воды в потоке входящего в АВО воздуха, а следовательно, и низкая степень охлаждения воздуха. Для сбора неиспарившейся в воздухе воды предусмотрен бассейн под конструкцией АВО. Неиспарившаяся влага вместе с воздухом попадает на теплообменники и при испарении на поверхности теплообменника образует соли. Как следствие ухудшается теплообмен и снижается эффективность работы АВО.The disadvantage of this ABO is the low efficiency of water evaporation in the flow of air entering the ABO, and therefore the low degree of air cooling. To collect non-vaporized water in the air, a swimming pool is provided under the ABO design. Unevaporated moisture, together with air, enters the heat exchangers and forms salts on evaporation on the surface of the heat exchanger. As a result, heat transfer deteriorates and the efficiency of the ABO decreases.

Известен аппарат воздушного охлаждения с системой водяного орошения, применяемой при высоких температурах окружающего воздуха, конструкция которого принята за прототип (патент № RU 2200907, класс F24F 3/14, опубликованный 20 марта 2003 года). Между опорами и на нижней плоскости блока теплообменников установлена рама с металлической сеткой и фильтрующим полотном. Металлическая сетка электрически соединена с теплообменными трубами, водометные стволы направлены сверху вниз и из центра к периметру, расположены на каждой стороне в ряд зигзагом, к водометным стволам присоединен воздушный компрессор, по периметру пола проложен лоток с водой.Known air cooling apparatus with a water irrigation system used at high ambient temperatures, the design of which is taken as a prototype (patent No. RU 2200907, class F24F 3/14, published March 20, 2003). Between the supports and on the lower plane of the heat exchanger block, a frame with a metal mesh and a filter web is installed. The metal mesh is electrically connected to the heat exchanger tubes, water jet trunks are directed from top to bottom and from the center to the perimeter, are arranged on each side in a row in a zigzag pattern, an air compressor is attached to the water jet trunks, a water tray is laid along the perimeter of the floor.

Направление водометного ствола сверху вниз и из центра к периметру обеспечивает увлажнение вертикальных фильтрующих полотен, движение водяных частиц навстречу воздушному потоку. Фильтрующее полотно, установленное на нижней плоскости блока теплообменников, улавливает мелкие частицы воды. Здесь происходит испарение воды под действием воздушного потока.The direction of the water jet barrel from top to bottom and from the center to the perimeter provides the moistening of the vertical filtering webs, the movement of water particles towards the air flow. A filter cloth mounted on the lower plane of the heat exchanger block picks up small particles of water. Here, water evaporates under the influence of air flow.

Недостатком данного АВО является низкая эффективность испарения воды с увлажненных фильтрующих полотен в потоке входящего в АВО воздуха, а следовательно, и низкая степень охлаждения воздуха. Для сбора неиспарившейся в воздухе воды предусмотрен специальный лоток по периметру АВО. Фильтрующее полотно повышает сопротивление воздуха на входе в АВО и, как следствие, снижается объем поступающего в АВО воздуха. С уменьшением объема воздуха снижается общая эффективность теплообмена АВО. Необходимы дополнительные затраты на постоянную очистку фильтрующего полотна.The disadvantage of this ABO is the low efficiency of water evaporation from moistened filter sheets in the flow of air entering the ABO, and therefore the low degree of air cooling. To collect water that does not evaporate in the air, a special tray is provided around the perimeter of the ABO. The filter cloth increases the air resistance at the inlet to the air cooler and, as a result, the volume of air entering the air cooler decreases. With a decrease in air volume, the overall heat transfer efficiency of the ABO decreases. Additional costs are required for the continuous cleaning of the filter cloth.

Технической задачей является повышение эффективности работы АВО в условиях жаркого климата. Техническим результатом является улучшение взаимодействия воздуха с теплоносителем.The technical task is to increase the efficiency of the ABO in hot climates. The technical result is to improve the interaction of air with a coolant.

Раскрытие решенияDecision Disclosure

Указанный технический результат достигается тем, что используется устройство для охлаждения или конденсации теплоносителя, включающее корпус, вентиляционный элемент, теплообменник, отличающееся тем, что перед отверстиями в корпусе для забора воздуха снаружи расположен, по крайней мере, один элемент для распыления воды, выполненный в виде замкнутого контура с равномерно расположенными по длине контура форсунками для распыления воды и жестко соединенный с корпусом или закрепленный на общем основании с корпусом. Контур может представлять собой две полые трубки, соединенные в верхней и нижней частях таким образом, чтобы обеспечить движение жидкости по ним в одном направлении для создания однородного давления между форсунками. Форсунки изготавливают с диаметром не более 3 мм. А в контуре создают давление порядка 80 атм.The specified technical result is achieved by the fact that a device for cooling or condensing a heat carrier is used, including a housing, a ventilation element, a heat exchanger, characterized in that at least one element for spraying water is arranged outside the holes in the housing for air intake, made in the form closed loop with nozzles for spraying water evenly spaced along the length of the loop and rigidly connected to the housing or fixed on a common base with the housing. The circuit can be two hollow tubes connected in the upper and lower parts in such a way as to ensure that the fluid moves along them in one direction to create uniform pressure between the nozzles. Nozzles are made with a diameter of not more than 3 mm. And in the circuit create a pressure of about 80 atm.

При создании устройства выполняется ряд элементов для распыления воды, расположенных по периметру устройства для создания сплошной туманно-образной завесы и соединенных между собой трубопроводом с независимым источником воды. При этом каждый элемент для распыления воды выполняют с краном для независимого отключения от трубопровода и с возможностью замены без прекращения работы остальных элементов для распыления воды. Техническое решение позволяет повысить эффективность работы АВО в условиях жаркого климата за счет создания условий принудительного охлаждения поступающего в АВО воздуха. Другими словами в результате установки испарительной системы на входе воздуха в АВО появилась возможность повысить способность воздуха охладиться за счет испарения влаги, распыляемой вихревыми форсунками во входящем в АВО воздухе. По сравнению с прототипом изобретение позволяет отделить процесс охлаждения воздуха от процесса охлаждения теплоносителя. Сначала на входе в АВО за счет создания форсунками, распыляющими воду, туманообразующей завесы, достигается максимально возможное испарение микроскопических капелек воды без осаждения их на конструкциях АВО и охлаждение поступающего в АВО горячего воздуха. Затем внутри АВО в результате повышенного теплообмена теплоносителя через теплообменник с поступающим потоком воздуха, охлажденного на входе в АВО, осуществляется охлаждение или конденсация теплоносителя. Таким образом, обеспечивается более высокая эффективность работы АВО в условиях жаркого климата. Посредством того, что система испарительных трубчатых элементов размещена снаружи, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить доступ к форсункам, предназначенным для распыления холодной воды, и тем самым упростить обслуживание АВО. Кроме того, испарительная система кольцевого типа с наружным положением трубчатых элементов в виде колец позволяет произвести обслуживание и ремонт форсунок одного из элементов без отключения всей системы, а также без остановки АВО.When creating the device, a number of elements for spraying water are located, located along the perimeter of the device to create a continuous fog-like curtain and interconnected by a pipeline with an independent water source. Moreover, each element for spraying water is performed with a tap for independent disconnection from the pipeline and with the possibility of replacement without interruption of the remaining elements for spraying water. The technical solution allows to increase the efficiency of the ABO in hot climates by creating conditions for the forced cooling of the air entering the ABO. In other words, as a result of installing an evaporative system at the air inlet to the air cooler, it became possible to increase the ability of air to cool due to the evaporation of moisture sprayed by vortex nozzles in the air entering the air cooler. Compared with the prototype, the invention allows to separate the process of cooling the air from the process of cooling the coolant. At first, at the entrance to the ABO, due to the creation of mist-forming curtains by nozzles spraying water, the maximum possible evaporation of microscopic droplets of water is achieved without depositing them on the ABO structures and cooling of the hot air entering the ABO. Then, inside the ABO, as a result of increased heat transfer of the coolant through the heat exchanger with the incoming air stream cooled at the inlet to the ABO, the coolant is cooled or condensed. Thus, a higher efficiency of the ABO in a hot climate is ensured. Due to the fact that the system of evaporative tubular elements is located outside, the claimed technical solution allows to provide access to nozzles designed for spraying cold water, and thereby simplify the maintenance of ABO. In addition, the ring-type evaporation system with the outer position of the tubular elements in the form of rings allows maintenance and repair of nozzles of one of the elements without shutting down the entire system, as well as without stopping the ABO.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 изображено устройство охлаждения (конденсации) теплоносителя в изометрии и схематично показаны элементы для распыления воды.In FIG. 1 shows a device for cooling (condensing) a coolant in isometry and schematically shows elements for spraying water.

На фиг. 2 изображена схема расположения элементов для испарения воды вокруг устройства.In FIG. 2 shows a layout of elements for evaporating water around the device.

На фиг. 3 изображен элемент для распыления воды.In FIG. 3 shows an element for spraying water.

Осуществление решенияDecision implementation

Техническое решение позволяет повысить эффективность работы АВО в условиях жаркого климата за счет создания условий принудительного охлаждения поступающего в устройство воздуха. Другими словами в результате установки испарительной системы (элементов для испарения воды) на входе воздуха в устройство появилась возможность повысить способность воздуха охладиться за счет испарения влаги, распыляемой форсунками во входящем в устройство воздухе. По сравнению с прототипом изобретение позволяет отделить процесс охлаждения воздуха от процесса охлаждения теплоносителя. Сначала на входе в устройство за счет создания форсунками, распыляющими воду, туманно-образной завесы достигается максимально возможное испарение микроскопических капелек воды без осаждения их на конструкциях АВО и охлаждение поступающего в устройство горячего воздуха. Затем внутри устройства в результате повышенного теплообмена теплоносителя через теплообменник с поступающим потоком воздуха, охлажденного на входе в устройство, осуществляется охлаждение или конденсация теплоносителя. Таким образом, обеспечивается более высокая эффективность работы устройства в условиях жаркого климата. Посредством того, что система испарительных трубчатых элементов размещена снаружи, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить доступ к форсункам, предназначенным для распыления холодной воды, и тем самым упростить обслуживание устройства. Кроме того, испарительная система с наружным расположением элементов для испарения воды позволяет произвести обслуживание и ремонт форсунок одного из элементов без отключения всей системы, а также без остановки устройстваThe technical solution allows to increase the efficiency of the ABO in hot climates by creating conditions for the forced cooling of the air entering the device. In other words, as a result of the installation of an evaporative system (elements for evaporating water) at the air inlet to the device, it became possible to increase the ability of air to cool due to the evaporation of moisture sprayed by nozzles in the air entering the device. Compared with the prototype, the invention allows to separate the process of cooling the air from the process of cooling the coolant. First, at the entrance to the device, due to the creation of foggy-shaped curtains with nozzles spraying water, the maximum possible evaporation of microscopic droplets of water without depositing them on the ABO structures and cooling of the hot air entering the device is achieved. Then, inside the device, as a result of increased heat transfer of the coolant through the heat exchanger with the incoming air stream cooled at the inlet to the device, cooling or condensation of the coolant is carried out. Thus, a higher efficiency of the device in a hot climate. Due to the fact that the system of evaporative tubular elements is located outside, the claimed technical solution allows access to nozzles designed for spraying cold water, and thereby simplify the maintenance of the device. In addition, an evaporative system with an external arrangement of elements for water evaporation allows maintenance and repair of nozzles of one of the elements without shutting down the entire system, as well as without stopping the device

Устройство содержит корпус 1 с окнами или открытыми проемами (отверстиями) для входа воздуха, вентиляционную систему 2 с комплектом теплообменников 3. Снаружи по периметру АВО подвешены соединенные в контур полые трубки, образующие элемент для испарения воды испарителя 4, связанные между собой с образованием замкнутой системы трубопроводом 5 для подачи воды из источника 6. Трубчатые части 5 элемента 4 расположены в проемах воздухозаборных окон и снабжены форсунками 7. Форсунки 7 установлены равномерно по периметру каждого элемента 4.The device comprises a housing 1 with windows or openings (openings) for air inlet, a ventilation system 2 with a set of heat exchangers 3. Outside around the perimeter of the air cooler are hollow tubes connected to the circuit, forming an element for evaporating the water of the evaporator 4, connected to each other to form a closed system a pipeline 5 for supplying water from the source 6. The tubular parts 5 of the element 4 are located in the openings of the air intake windows and are equipped with nozzles 7. The nozzles 7 are installed evenly around the perimeter of each element 4.

Устройство работает следующим образом. Теплоноситель, подлежащий охлаждению или конденсации, подают в теплообменник 3. По трубопроводу системы 5 к элементу 4 из независимого источника 6 под высоким давлением (например, 80 атм) подается вода. Через отверстия специальных форсунок 7 (диаметром не более 3 мм) вода распыляется в потоке воздуха, поступающего в градирню через окна или открытые проемы, расположенные вокруг корпуса 1. При соприкосновении горячего воздушного потока с водяной завесой вода испаряется. В связи с тем, что всякая испаряющаяся жидкость отнимает энергию из своего окружения, то поток воздуха охлаждается. Охлажденный поток воздуха, проходя через вентиляционную систему 2, попадает на теплообменники 3, охлаждает или конденсирует (в зависимости от целей устройства) поступающий в устройство теплоноситель.The device operates as follows. The coolant to be cooled or condensed is supplied to the heat exchanger 3. Water is supplied through element 5 to the element 4 from an independent source 6 under high pressure (for example, 80 atm). Through the holes of special nozzles 7 (with a diameter of not more than 3 mm), water is sprayed in a stream of air entering the tower through windows or openings located around the housing 1. When the hot air stream contacts the water curtain, the water evaporates. Due to the fact that any evaporating liquid takes energy from its environment, the air flow is cooled. The cooled air flow passing through the ventilation system 2, enters the heat exchangers 3, cools or condenses (depending on the purpose of the device) the coolant entering the device.

Описанная схема размещения распылительных элементов из трубчатых частей позволяет обеспечить равномерное давление перед каждой форсункой. Например, если один элемент оросительной системы снабдить десятью форсунками диаметром 3 мм, то при указанном давлении можно испарить 184 литра воды в час, что позволит снизить температуру воздуха проходящего через данный элемент на 15 градусов. В результате работы всего устройства охлаждения в АВО из воздуха потребляется 17 млн. ккал тепла в час, в результате температура воздуха, поступающего в градирню, понижается в среднем на 15 градусов.The described arrangement of the spraying elements from the tubular parts makes it possible to ensure uniform pressure in front of each nozzle. For example, if one element of the irrigation system is equipped with ten nozzles with a diameter of 3 mm, then at the indicated pressure it is possible to evaporate 184 liters of water per hour, which will reduce the temperature of the air passing through this element by 15 degrees. As a result of the operation of the entire cooling device in the ABO, 17 million kcal of heat per hour is consumed from the air, as a result, the temperature of the air entering the cooling tower decreases by an average of 15 degrees.

Claims

1. Device for cooling or condensing a coolant, comprising a housing, a ventilation element, a heat exchanger, at least one element for spraying water, located in front of the holes in the housing for air intake from the outside and made in the form of a closed loop with nozzles uniformly spaced along the length of the loop for spraying water and rigidly connected to the housing or fixed on a common base with the housing, characterized in that the circuit is two hollow tubes connected in the upper and lower parts so m to provide fluid movement thereon and to provide a uniform pressure in each nozzle.

2. The device according to claim 1, characterized in that the diameter of the nozzles does not exceed 3 mm.

3. The device according to claim 2, characterized in that a pressure of 80 atm is created in the circuit.

4. The device according to paragraphs. 1-3, characterized in that it contains several elements for spraying water, located around the perimeter of the device to create a continuous fog-like curtain and interconnected by a pipeline with an independent water source.

5. The device according to p. 4, characterized in that each element for spraying water contains a valve for independent disconnection from the pipeline and is made with the possibility of replacement without interruption of the remaining elements for spraying water.