UA17381U

UA17381U - Cooling tower

Info

Publication number: UA17381U
Application number: UAU200604060U
Authority: UA
Inventors: Oleksdandr Pavlovych Nischyk; Oleksandr Naumovych Hershuni; Yevhen Mykolaiovych Pysmennyi
Original assignee: Kyiv Polytechnical Institute
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2006-09-15

Abstract

The cooling tower comprises a stack with heat exchanger in it. The heat exchanger is arranged as bunch of heat pipes, condensation sections of those are mounted in stack, and the evaporation sections are placed in the chamber for cooling water supply. At that evaporation and condensation sections of heat pipes are separated by tightened partition between the chamber of cooled water supply and the stack in which the heat pipes are fixed and sealed.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до галузі енергетики і може бути використана при розробці закритих систем оборотного водопостачання переважно для ТЕС та АЕС.The useful model refers to the field of energy and can be used in the development of closed circulating water supply systems mainly for thermal power plants and nuclear power plants.

Відома випаровувальна градирня має у своєму складі витяжну башту з пристроєм охолодження оборотної води в ній див. книгу Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т.2/Пер. с англ. под ред. О.Г. Мартьіненко и др.-М.: Знергоатомиздат, 1987, с.128, 129, рис.1, 2). Цей пристрій охолодження являє собою насадку.The well-known evaporative cooling tower includes an exhaust tower with a circulating water cooling device in it, see book Handbook of heat exchangers: In 2 vols. T.2/Trans. with English under the editorship O.H. Martienenko et al.-M.: Znergoatomizdat, 1987, pp. 128, 129, fig. 1, 2). This cooling device is a nozzle.

Охолодження води здійснюється шляхом передачі теплоти від води до повітря за рахунок поверхневого 70 випаровування та тепловіддачі доторканням. Рухомою силою процесу випаровування є різниця парціального тиску пари поблизу поверхні води та в ядрі повітряного потоку. При теплопередачі доторканням такою рухомою силою є різниця температури води та повітря. Вода завжди стікає через насадку вниз, а потік повітря може рухатись знизу-вверх (протитечія) або в горизонтальній площині (перехресна течія). Основним недоліком таких градирень з прямим контактом води і повітря є те, що необхідне постійне підживлення свіжою водою. Об'єм 19 цього підживлення складає приблизно 395 від загальної витрати води (195 витрачається на компенсацію випаровування та 295 для підтримання концентрації солей у воді на прийнятному рівні), а це приблизно складає 4л води на 1кВт-годину виробленої електроенергії.Water cooling is carried out by transferring heat from water to air due to surface evaporation and heat transfer by contact. The driving force of the evaporation process is the difference in the partial pressure of the vapor near the surface of the water and in the core of the air flow. In contact heat transfer, such a driving force is the temperature difference between water and air. Water always flows downwards through the nozzle, and the air flow can move from the bottom up (counterflow) or in a horizontal plane (crossflow). The main disadvantage of such cooling towers with direct contact between water and air is that they require constant feeding with fresh water. The volume 19 of this top-up is approximately 395 of the total water consumption (195 is spent to compensate for evaporation and 295 to maintain the concentration of salts in the water at an acceptable level), and this is approximately 4 liters of water per 1 kW-hour of generated electricity.

В якості прототипу вибрана найбільш близька по технічній суті радіаторна градирня або градирня Гелера, що містить витяжну башту з теплообмінником в ній (див. книгу Фарфоровський Б.С., Фарфоровский Б.Б. Охладители циркуляционной водьі теплових злектростанций. - Л.: Знергия, Ленинградское отделение, 1972, с.76-78, рис.4-13, 4-14). Теплообмінник охолодження води являє собою сукупність декількох радіаторів, що інколи називають радіаторами Форго за іменем їх розробника. Вони виконуються з алюмінієвих труб з ребрами.As a prototype, a radiator cooling tower or a Heller cooling tower, which is the closest in terms of technology, containing an exhaust tower with a heat exchanger in it, was chosen (see the book B.S. Farforovsky, B.B. Farforovsky Okhladitely circulyatsionnoi vodii teplovyh zlectrostansii. - L.: Znergia, Leningrad Department, 1972, pp. 76-78, fig. 4-13, 4-14). The water cooling heat exchanger is a set of several radiators, which are sometimes called Forgo radiators after the name of their developer. They are made of aluminum tubes with ribs.

Радіатори складають зі стандартних елементів, що мають розміри в плані 150х2500мм при висоті близько 5м. По висоті теплообмінники звичайно складаються з одного, двох або трьох елементів, відповідно повна висота 29 радіаторів складає 5, 10 та 15м. Маса кожного елемента складає близько 49Окг. Радіатори встановлюють в ств) нижній частині градирні під кутом 602 один до одного в плані.The radiators are made of standard elements with the dimensions of 150x2500mm at a height of about 5m. In terms of height, heat exchangers usually consist of one, two or three elements, respectively, the total height of 29 radiators is 5, 10 and 15 m. The mass of each element is about 49Okg. Radiators are installed in the lower part of the cooling tower at an angle of 602 to each other in plan.

В даному технічному рішенні повністю ліквідовані втрати води, тому що в цій градирні немає прямого контакту охолоджуваної води з охолоджуючим повітрям. Це дає змогу застосовувати градирні цієї конструкції в безводних регіонах та регіонах з дефіцитом водних ресурсів. -In this technical solution, water losses are completely eliminated, because in this cooling tower there is no direct contact of the cooled water with the cooling air. This makes it possible to use cooling towers of this design in arid regions and regions with a shortage of water resources. -

До недоліків прототипу відносяться наступні його особливості. Радіаторна градирня характеризується о значними розмірами та масою. Це пов'язано не тільки з низькою охолоджуючою здатністю повітря через малу його теплоємність, а й з тим, що температура води при її рухові по трубах теплообмінника буде знижуватися, а о значить і ефективність охолодження по ходу руху води буде знижуватися. Тобто найбільш ефективно буде - працювати лише частина поверхні теплообмінників, а саме на вхідних їх ділянках, що приводить до необхідностіThe disadvantages of the prototype include the following features. The radiator cooling tower is characterized by significant dimensions and weight. This is due not only to the low cooling capacity of air due to its low heat capacity, but also to the fact that the temperature of the water as it moves through the heat exchanger pipes will decrease, which means that the cooling efficiency will decrease as the water moves. That is, it will be most effective to work only a part of the surface of the heat exchangers, namely on their inlet sections, which leads to the need

Зо збільшення габаритів та маси теплообмінників, а отже, і до перевитрати дорогих кольорових металів. Надійність -- та ремонтопридатність таких теплообмінників невисока. Це спричинено тим, що при появі тріщин, пор чи інших пошкоджень на трубах теплообмінника, вся секція теплообмінника Форго виходить з ладу. Заміна секції потребує демонтажу всього теплообмінника. «From the increase in dimensions and mass of heat exchangers, and therefore to the overuse of expensive non-ferrous metals. The reliability and maintainability of such heat exchangers is low. This is due to the fact that when cracks, pores or other damages appear on the heat exchanger pipes, the entire section of the Forgo heat exchanger fails. Replacing the section requires dismantling the entire heat exchanger. "

В основу корисної моделі поставлено задачу створення градирні, в якій нова будова теплообмінника З7З 70 дозволила б забезпечити підвищення ефективності її роботи, надійності та знизити габарити і масу, а отже і с вартість. "з Поставлена задача вирішується тим, що в радіаторній градирні, що містить витяжну башту з теплообмінником в ній, згідно з корисною моделлю теплообмінник виконано у вигляді пучка теплових труб, конденсаційні ділянки яких вмонтовано у витяжну башту, а випаровувальні ділянки розміщено в камері -з 15 підведення охолоджуваної води, причому випаровувальні та конденсаційні ділянки теплових труб розділено герметичною перегородкою між камерою підведення охолоджуваної води та витяжною баштою, в якій теплові -І труби закріплено та ущільнено. Теплові труби у витяжній башті або у витяжній башті і у камері підведення охолоджуючої води можуть бути споряджені ребрами. о Виконання теплообмінника у вигляді у вигляді пучка теплових труб, конденсаційні ділянки яких вмонтовано у (ее) 50 витяжну башту, а випаровувальні ділянки розміщено в камері підведення охолоджуваної води, причому щк випаровувальні та конденсаційні ділянки теплових труб розділено герметичною перегородкою між камерою підведення охолоджуваної води та витяжною баштою, в якій теплові труби закріплено та ущільнено, причому теплові труби у витяжній башті або у витяжній башті і у камері підведення охолоджуючої води можуть бути споряджені ребрами дозволяє забезпечити підвищення ефективності її роботи за рахунок того, що температура 99 вна конденсаційних ділянках теплових труб внаслідок особливостей роботи випаровувально-конденсаційних с систем буде практично однаковою на всій їх довжині і майже не буде відрізнятися від температури на випаровувальних їх ділянках. Це забезпечуватиме високий рівень теплообміну з навколишнім повітрям на всьому протязі конденсаційних ділянок теплових труб і в підсумку дозволить зменшити габарити та масу теплообмінника, а отже і його вартість. Підвищення надійності забезпечується за рахунок того, що якщо навіть 60 якась одна або кілька теплових труб в пучку будуть ушкоджені в якомусь із середовищ - воді чи повітрі, це не приведе до розгерметизації теплообмінника, так як кожна з теплових труб має стінку в кожному з середовищ, що не можуть одночасно втратити цілісність. Така градирня має також високу ремонтопридатність, так як кожна з теплових труб може бути замінена при необхідності без демонтажу всього пучка теплових труб.The basis of a useful model is the task of creating a cooling tower, in which the new structure of the Z7Z 70 heat exchanger would allow to increase the efficiency of its operation, reliability and reduce the dimensions and weight, and therefore the cost. "The problem is solved by the fact that in a radiator cooling tower containing an exhaust tower with a heat exchanger in it, according to a useful model, the heat exchanger is made in the form of a bundle of heat pipes, the condensing sections of which are mounted in the exhaust tower, and the evaporating sections are placed in the chamber - from 15 supply of cooled water, and the evaporation and condensation sections of the heat pipes are separated by a hermetic partition between the chamber of the supply of cooled water and the exhaust tower, in which the heat pipes are fixed and sealed. The heat pipes in the exhaust tower or in the exhaust tower and in the chamber of the cooling water supply can be equipped with fins. o The execution of the heat exchanger in the form of a bundle of heat pipes, the condensing sections of which are mounted in (ee) 50 exhaust tower, and the evaporating sections are placed in the cooling water supply chamber, and the evaporating and condensing sections of the heat pipes are separated by a hermetic partition between the supply chamber cools down of water and an exhaust tower, in which the heat pipes are fixed and sealed, and the heat pipes in the exhaust tower or in the exhaust tower and in the cooling water supply chamber can be equipped with fins, which allows to increase the efficiency of its operation due to the fact that the temperature in the condensing areas is 99 of heat pipes due to the peculiarities of operation of evaporative-condensing systems will be practically the same along their entire length and will hardly differ from the temperature in their evaporative sections. This will ensure a high level of heat exchange with the surrounding air throughout the condensing sections of the heat pipes and will ultimately allow reducing the dimensions and weight of the heat exchanger, and therefore its cost. Increased reliability is ensured by the fact that even if one or more heat pipes in a bundle are damaged in one of the environments - water or air, this will not lead to depressurization of the heat exchanger, since each of the heat pipes has a wall in each of the environments, that cannot simultaneously lose integrity. Such a cooling tower is also highly maintainable, as each of the heat pipes can be replaced if necessary without dismantling the entire bundle of heat pipes.

Технічна суть та принцип дії градирні пояснюється кресленням. бо На кресленні зображена градирня в розрізі. Градирня включає в себе витяжну башту 1 та камеру підведення охолоджуваної води 2.The technical essence and principle of operation of the cooling tower is explained by the drawing. because The drawing shows a cooling tower in section. The cooling tower includes an exhaust tower 1 and a cooling water supply chamber 2.

До пучка теплових труб З належать їх випаровувальні ділянки 4 в камері 2, а також конденсаційні ділянки 5 у витяжній башті 1. Камеру 2 та витяжну башту 1 розділено герметичною перегородкою 6, в якій закріплено та ущільнено теплові труби 3. Конденсатор турбіни 7 з теплообмінником конденсатора 8 у ньому з'єднано з камерою 2 трубопроводом гарячої води 9, а камеру 2 з'єднано з конденсатором 7 трубопроводом охолодженої води 10 з циркуляційним насосом 11. Турбіна 12 з'єднана з конденсатором 7 паропроводом відпрацьованої пари 13. Конденсатор 7 споряджено конденсатопроводом 14 з конденсатним насосом 15.The bundle of heat pipes C includes their evaporation sections 4 in chamber 2, as well as condensation sections 5 in exhaust tower 1. Chamber 2 and exhaust tower 1 are separated by a hermetic partition 6, in which heat pipes 3 are fixed and sealed. Turbine condenser 7 with a condenser heat exchanger 8 in it is connected to the chamber 2 by the hot water pipeline 9, and the chamber 2 is connected to the condenser 7 by the cooled water pipeline 10 with the circulation pump 11. The turbine 12 is connected to the condenser 7 by the exhaust steam pipe 13. The condenser 7 is equipped with the condensate pipe 14 with condensate pump 15.

Градирня працює таким чином. Відпрацьована пара з турбіни 12 по паропроводу 13 направляється в 7/0 Конденсатор 7. Тут пара нагріває воду в теплообміннику конденсатора 8, одночасно конденсуючись. Нагріта вода по трубопроводу гарячої води 9 потрапляє в камеру підведення охолоджуваної води 2. Тут гаряча вода нагріває випаровувальні ділянки 4 пучка теплових труб 3. Теплоносій в теплових трубах З випаровується або кипить і у вигляді пари переміщується до конденсаційних їх ділянок 5, переносячи при цьому за рахунок прихованої теплоти пароутворення сприйняту від нагрітої в теплообміннику конденсатора 8 теплоту. У витяжній башті 1 за рахунок теплообміну з потоком повітря, утворюваного у башті, конденсаційні ділянки 5 охолоджуються, а теплоносій в них конденсується. Перетворений в рідину теплоносій теплових труб З повертається на випаровувальні ділянки 4. Охолоджена в камері 2 вода по трубопроводу охолодженої води 10 за допомогою циркуляційного насоса 11 повертається в теплообмінник 8 конденсатора 7. Далі цикл повторюється. В якості конденсатора може використовуватися конденсатор поверхневого типу або, з метою 2о Зменшення різниці температур пари та води на виході тобто температурного напору, змішуючий конденсатор.The cooling tower works like this. The spent steam from the turbine 12 is sent through the steam pipe 13 to the 7/0 Condenser 7. Here the steam heats the water in the heat exchanger of the condenser 8, simultaneously condensing. Heated water through the hot water pipeline 9 enters the cooling water supply chamber 2. Here the hot water heats the evaporating sections 4 of the bundle of heat pipes 3. The heat carrier in the heat pipes C evaporates or boils and moves in the form of steam to their condensing sections 5, while transferring account of the latent heat of vaporization absorbed from the heat heated in the heat exchanger of the condenser 8. In the exhaust tower 1 due to the heat exchange with the flow of air formed in the tower, the condensation areas 5 are cooled, and the coolant is condensed in them. The coolant of the heat pipes C, transformed into a liquid, is returned to the evaporation sections 4. The water cooled in the chamber 2 is returned to the heat exchanger 8 of the condenser 7 through the chilled water pipeline 10 with the help of the circulation pump 11. Then the cycle is repeated. A surface-type condenser can be used as a condenser or, for the purpose of reducing the temperature difference between steam and water at the outlet, i.e. temperature pressure, a mixing condenser.

Відповідно температурний напір зменшується від 4-52 до 0,2-0,32. Для створення більш потужного потоку повітря навколо тепловіддаючих поверхонь, а саме конденсаційних ділянок теплових труб, можуть також використовуватися вентилятори, тобто дане технічне рішення може бути використане і у вентиляторних градирнях.Accordingly, the temperature pressure decreases from 4-52 to 0.2-0.32. Fans can also be used to create a more powerful air flow around heat-emitting surfaces, namely the condensing areas of heat pipes, that is, this technical solution can also be used in fan cooling towers.

Виготовлена та випробувана модель фрагмента градирні, що мала у своєму складі парову камеру з блоком нагрівання, кілька теплових труб, випаровувальні ділянки яких були розміщені в герметичній камері, що мала в) спільну стінку з імітатором витяжної башти. В цей імітатор через стінку були виведені конденсаційні ділянки теплових труб, споряджені ребрами. Парова камера була приєднана паропроводом до конденсатора з теплообмінником у вигляді змійовика в ньому. Теплообмінник у свою чергу було приєднано до герметичної «-- зо камери трубками гарячої та охолодженої води. Конденсатор було споряджено конденсатозбирачем.A model of a fragment of a cooling tower was manufactured and tested, which included a steam chamber with a heating unit, several heat pipes, the evaporating sections of which were placed in a hermetic chamber, which had a) common wall with an exhaust tower simulator. Condensing sections of heat pipes, equipped with fins, were brought into this simulator through the wall. The steam chamber was connected by a steam line to a condenser with a coiled heat exchanger inside it. The heat exchanger, in turn, was connected to the hermetic chamber with hot and cooled water pipes. The condenser was equipped with a condensate collector.

В результаті проведеного випробування було з'ясовано наступне: со - через деякий час після ввімкнення живлення нагрівача парової камери в ній починала утворюватися пара, со що надходила в конденсатор, про що свідчило підвищення температури в ньому; - потім починався рух води з конденсатора в герметичну камеру, а температура теплових труб починала в з5 підвищуватися; «- - після прогрівання ділянок випаровування теплових труб вони починали працювати і передавати тепло і у гарячої води в імітатор витяжної башти; - Через деякий час встановлювався стаціонарний режим роботи теплових труб і в конденсатозбирач починав надходити конденсат; « - застосування теплових труб в якості високоефективних теплопередаючих елементів при виготовленні сухих пе) с градирень дозволить підвищити ефективність роботи градирень за рахунок високої ізотермічності поверхонь й ділянок конденсації теплових труб, що в даному технічному рішенні являють собою поверхню кінцевого "» теплоскидаючого пристрою в довкілля; - надійність такої градирні буде знаходитись на високому рівні, тому що взаємне перемішування охолоджуваного і охолоджуючого середовища повністю виключається за рахунок створення подвійного бар'єру - між середовищами, а саме за рахунок наявності оболонок кожної з теплових труб в зоні їх випаровування та оболонки цих же теплових труб в зоні їх конденсації. Крім того вихід з ладу однієї або кількох теплових труб,As a result of the test, the following was found out: co - after some time after turning on the power supply of the heater of the steam chamber, steam began to form in it, which entered the condenser, which was evidenced by the increase in temperature in it; - then the movement of water from the condenser into the hermetic chamber began, and the temperature of the heat pipes began to rise in c5; "- - after warming up the evaporation areas of the heat pipes, they began to work and transfer heat and hot water to the exhaust tower simulator; - After some time, the stationary mode of operation of the heat pipes was established and condensate began to flow into the condensate collector; "- the use of heat pipes as highly efficient heat transfer elements in the manufacture of dry PE cooling towers will allow to increase the efficiency of cooling towers due to the high isothermality of the surfaces and areas of condensation of heat pipes, which in this technical solution represent the surface of the final "" heat-discharge device into the environment; - the reliability of such a cooling tower will be at a high level, because the mutual mixing of the cooled and cooling medium is completely excluded due to the creation of a double barrier - between the media, namely due to the presence of the shells of each of the heat pipes in the zone of their evaporation and the shell of the same heat pipes in the zone of their condensation. In addition, the failure of one or more heat pipes,

Ше що є малоймовірним, не приводить до зупинки градирні та до суттєвого змінювання показників її роботи. (95) бе оAnything that is unlikely does not lead to the shutdown of the cooling tower and to a significant change in its performance. (95) be o

Claims

Formula of the invention -

1. A cooling tower containing an exhaust tower with a heat exchanger in it, which is distinguished by the fact that the heat exchanger is made in the form of a bundle of heat pipes, the condensing sections of which are mounted in the exhaust tower, and the 5B evaporating sections are located in the cooling water supply chamber, and the evaporating and condensing sections of heat pipes is separated by a hermetic partition between the cooling water supply chamber and the exhaust tower, in which the heat pipes are fixed and sealed.

2. Cooling tower according to claim 1, which differs in that the heat pipes are equipped with fins in the exhaust tower.

C. A cooling tower according to claim 1, which differs in that the heat pipes are equipped with fins in the cooling water supply chamber 60 and in the exhaust tower. b5