RU2683611C1

RU2683611C1 - Ejection cooling tower autonomous module

Info

Publication number: RU2683611C1
Application number: RU2018110975A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Барсуков; Михаил Николаевич Барсуков
Original assignee: Николай Васильевич Барсуков; Михаил Николаевич Барсуков
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2019-03-29

Abstract

FIELD: heat power engineering.SUBSTANCE: invention relates to the heat power engineering and can be used as the recycled water cooler at medium and large industrial facilities. From the outside the cooling tower has housing in the form of multifaceted prism, at top passing into the pyramidal confuser and prismatic deflector. In the housing volume along its perimeter on the support structure the process platform is located. In the projection connection above it the overflow weirs are located with oriented at an inclination to the cooling tower axis ejection units. Space between the overflow weirs lower edges and the process platform is closed by the wind partition. Inside cooling tower the separating partition, diffuser and deflector form open along the entire height the exhaust channel. From the outside the dividing partition is covered by the rack with the sprinkler laid thereon. Separating partition structures are enclosed by enclosures only from diffuser to the top of sprinkler. Wind partition and rack are separated by the free space. In each of the housing faces above the process platform by two air inlet openings are made. Between them under the process platform the air intake niches are arranged. Openings of the air inlet openings and inputs into the air intake niches are equipped with the sliding gates.EFFECT: invention allows to increase the water flow rate through the unit, increase the cooling tower cooling capacity in summer period and enable the cooling tower reliable operation in winter even at very low temperatures.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве охладителя оборотной воды на средних и крупных промышленных объектах, включая электростанции типа ТЭС, ГРЭС и АЭС в том числе и в северных широтах.The invention relates to a power system and can be used as a circulating water cooler at medium and large industrial facilities, including power plants such as TPPs, state district power stations and nuclear power plants, including in northern latitudes.

Наиболее близкой по техническим решениям, является эжекционная градирня (см. патент RU, №2462675, F28C 1/00, 15.04.2011) - прототип. Градирня содержит корпус в виде многогранной призмы, установленный на опорах. В нижней части расположен водосборный поддон. В верхней части корпуса смонтирован выхлопной канал. Основание корпуса имеет форму перевернутой усеченной пирамиды, гранями которой являются водосливы. Пространство между водосливами и водосборным поддоном ограждено ветровыми перегородками. Поверхность поддона снаружи от перегородок закрыта сплошным настилом. Непосредственно под водосливами расположены коллекторы водораспределительной системы. На водосливах установлены водовоздушные эжекторы, форсунки которых направлены вверх с уклоном к оси градирни.The closest in technical solutions is the ejection tower (see patent RU, No. 2462675, F28C 1/00, 04/15/2011) - the prototype. The tower contains a housing in the form of a multifaceted prism mounted on supports. At the bottom is a catchment pan. An exhaust channel is mounted in the upper part of the body. The base of the hull has the shape of an inverted truncated pyramid, the edges of which are weirs. The space between the weirs and the drain pan is fenced by wind partitions. The surface of the pallet outside of the partitions is covered by a continuous flooring. Directly under the weirs are the collectors of the water distribution system. Water sprays are installed on the spillways, the nozzles of which are directed upward with a slope to the axis of the tower.

Практика эксплуатации показала, что представленная в качестве прототипа градирня имеет следующие недостатки.Operational practice has shown that the cooling tower presented as a prototype has the following disadvantages.

Для обеспечения лобового столкновения водяных потоков, поступающих с противоположных водосливов, градирня должна иметь габариты в плане не более 12 метров. Это ограничивает количество установленных форсунок, а, следовательно, и расход воды через агрегат. При номинальном режиме работы в летний период температура охлажденной воды на 5-7°С выше температуры воздуха по мокрому термометру, то есть не достаточная глубина охлаждения. Наличие каплеуловителя в выхлопном канале создает существенное аэродинамическое сопротивление, препятствуя выходу паровоздушной смеси. Вследствие этого при работе эжекторов в объеме активной зоны появляется некоторое избыточное давление. Под действием этого давления наблюдается частичный отток эжектированного воздуха через эжекционные каналы, который увлекает за собой водяную пыль. В зимний период это явление приводит к обледенению эжекционных узлов. Кроме того, указанное повышение давления снижает величину коэффициента эжекции, а, следовательно, и охлаждающую способность агрегата.To ensure a head-on collision of water flows coming from opposite spillways, the cooling tower should have dimensions of no more than 12 meters. This limits the number of installed nozzles, and, consequently, the flow rate of water through the unit. With a nominal operating mode in summer, the temperature of chilled water is 5-7 ° C higher than the temperature of the air through a wet thermometer, i.e. there is not enough cooling depth. The presence of a droplet eliminator in the exhaust channel creates a significant aerodynamic drag, preventing the exit of the vapor-air mixture. As a result of this, during operation of the ejectors, some excess pressure appears in the core volume. Under the influence of this pressure, a partial outflow of ejected air through the ejection channels is observed, which entrains water dust. In winter, this phenomenon leads to icing of the ejection units. In addition, the specified increase in pressure reduces the value of the ejection coefficient, and, consequently, the cooling ability of the unit.

Задачами данного изобретения являются: увеличение расхода воды через агрегат, повышение охлаждающей способности градирни в летний период и обеспечение надежной работы градирни в зимний период даже при очень низких температурах.The objectives of this invention are: increasing the flow rate of water through the unit, increasing the cooling capacity of the tower in the summer and ensuring reliable operation of the tower in the winter even at very low temperatures.

Для решения этих задач предложена эжекционная градирня в виде автономного модуля. Градирня имеет снаружи корпус в форме многогранной призмы, переходящий в верху в пирамидальный конфузор и призматический дефлектор. В объеме корпуса устроена опорная конструкция кольцевой формы. На опорной конструкции, по периметру корпуса расположена технологическая площадка. В проекционной связи над ней находятся водосливы с эжекционными узлами, сориентированные с уклоном к оси градирни. Пространство между нижними кромками водосливов и технологической площадкой закрыто ветровой перегородкой. Внутри градирни разделительная перегородка, диффузор и дефлектор образуют открытый по всей высоте выхлопной канал. Разделительную перегородку, установленную на опорной конструкции, снаружи охватывает стеллаж с уложенным на нем оросителем. Ветровую перегородку и стеллаж разделяет свободное пространство. В каждой грани корпуса над технологической площадкой выполнены по два воздуховходных окна. Между ними под технологической площадкой расположены воздухозаборные ниши. Проемы воздуховходных окон и входы в воздухозаборные ниши снабжены раздвижными затворами.To solve these problems, an ejection cooling tower in the form of an autonomous module is proposed. The cooling tower has an external casing in the form of a multifaceted prism, passing at the top into a pyramidal confuser and a prismatic deflector. An annular support structure is arranged in the body volume. A technological platform is located on the supporting structure along the perimeter of the housing. In the projection connection above it are weirs with ejection nodes oriented with a slope to the axis of the tower. The space between the lower edges of the spillways and the technological platform is closed by a wind barrier. Inside the cooling tower, a dividing wall, a diffuser and a deflector form an exhaust channel open over the entire height. A dividing wall mounted on a supporting structure is externally covered by a rack with a sprinkler laid on it. The windshield and the shelving are separated by free space. In each face of the casing above the technological platform, two air inlet windows are made. Between them, under the technological platform, there are air intake niches. The openings of the air intake windows and the entrances to the air intake niches are equipped with sliding gates.

Принципиальная схема градирни представлена на фигурах 1 и 2. На фиг. 1 -общий вид градирни. На фиг. 2 - поперечный разрез по фиг. 1.A schematic diagram of a cooling tower is shown in figures 1 and 2. In FIG. 1 is a general view of a cooling tower. In FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. one.

По схеме градирня имеет снаружи корпус 1 в форме многогранной призмы, переходящий в верху в пирамидальный конфузор 2 и призматический дефлектор 3. В объеме корпуса устроена опорная конструкция 4 кольцевой формы. На опорной конструкции, по периметру корпуса расположена технологическая площадка 5. В проекционной связи над технологической площадкой находятся водосливы 6, сориентированные с уклоном к оси градирни. Пространство между нижними кромками водосливов и внутренним контуром технологической площадки закрыто ветровой перегородкой 7. Водосливы представляют собой систему желобов и являются основанием для базирования эжекционных каналов 8 щелевидной формы. Снизу смонтированы водораспределительная система 9 с форсунками 10, направленными вверх по оси эжекционных каналов. Стояки 11 водораспределительной системы оснащены запорной арматурой 12, ниже которой в них врезаны боковые отводы 13 с запорной арматурой 14. В каждом секторе многогранного корпуса под технологической площадкой выполнены воздухозаборные ниши с наклонным основанием 15 и глухими стенками 16. Настил технологической площадки над воздухозаборными нишами решетчатый 17, а между ними сплошной 18. Внутри градирни образован открытый по всей высоте выхлопной канал, состоящий из трех частей. Снизу его формирует разделительная перегородка 19, установленная на опорной конструкции концентрично корпусу. В верху перегородка переходит в диффузор 20, примыкающий к основанию дефлектора 3. Снаружи перегородку охватывает стеллаж 21, на полках которого уложен ороситель 22. Блоки оросителя представляет собой пространственную решетчатую конструкцию и предназначены для поперечного тока теплоносителей. Конструкции разделительной перегородки обшиты ограждениями только от диффузора до верха оросителя. Ветровую перегородку и стеллаж разделяет свободное пространство. В каждой грани корпуса над технологической площадкой выполнены по два воздуховходных окна. Между ними под технологической площадкой расположены входы воздухозаборных ниш. Проемы воздуховходных окон и входы в воздухозаборные ниши снабжены раздвижными затворами 23 и 24, изготовленными из легких полимерных материалов. Для удобства технического обслуживания градирня имеет лестницы (на схеме не показаны) и два наружных трапа 25 и 26. Для надежной локализации активной зоны и снижения теплопотерь при низких температурах все ограждения градирни 27 выполнены двухслойными из листовых полимерных материалов. Ограждения ветровой перегородки выполнены сплошными, а разделительной перегородки только от диффузора 3 до верхней кромки оросителя.According to the scheme, the cooling tower has an external casing 1 in the form of a multifaceted prism, passing at the top into a pyramidal confuser 2 and a prismatic deflector 3. A ring supporting structure 4 is arranged in the body volume. On the supporting structure, along the perimeter of the casing there is a technological platform 5. In the projection connection above the technological platform there are spillways 6, oriented with a slope to the axis of the tower. The space between the lower edges of the spillways and the internal circuit of the technological site is closed by a wind barrier 7. Spillways are a system of gutters and are the basis for the basement of ejector channels 8 of a slit-like shape. Bottom mounted water distribution system 9 with nozzles 10 directed upward along the axis of the ejection channels. The risers 11 of the water distribution system are equipped with shut-off valves 12, below which lateral branches 13 with shut-off valves 14. , and between them continuous 18. Inside the cooling tower an exhaust channel is open that is open over the entire height and consists of three parts. Bottom of it forms a dividing wall 19 mounted on a support structure concentrically to the housing. At the top, the baffle passes into a diffuser 20 adjacent to the base of the deflector 3. Outside, the baffle is covered by a rack 21, on the shelves of which a sprinkler 22 is laid. The sprinkler blocks are a spatial lattice structure and are designed for transverse heat carrier flow. The design of the dividing wall is sheathed with fences only from the diffuser to the top of the sprinkler. The windshield and the shelving are separated by free space. In each face of the casing above the technological platform, two air inlet windows are made. Between them, under the technological platform, are the entrances of the air intake niches. The openings of the air intake windows and the entrances to the air intake niches are equipped with sliding shutters 23 and 24, made of light polymeric materials. For ease of maintenance, the cooling tower has ladders (not shown in the diagram) and two external ladders 25 and 26. For reliable localization of the active zone and reduction of heat loss at low temperatures, all the enclosures of the cooling tower 27 are made of two-layer polymer sheet materials. The barriers of the wind wall are solid, and the dividing wall is only from the diffuser 3 to the top edge of the sprinkler.

Градирня работает следующим образом. Нагретая вода выталкивается форсунками в эжекционные каналы 8. Охлаждение воды начинается уже в их объеме, где происходит интенсивный подсос воздуха и потоки движутся с большими скоростями - первая зона активного охлаждения. После эжекционных узлов потоки диспергированной воды, движутся вверх по криволинейным траекториям, а затем падают на поверхность оросителя 22. В процессе криволинейного движения водяные потоки взаимодействуют с воздухом, в режиме интенсивной турбулизации - вторая зона активного охлаждения. При этом разделительная перегородка19 не позволяет эжектированному воздуху сразу же уходить в атмосферу через выхлопной канал градирни. Вследствие работы эжекционных узлов, нагнетающих воздух в объем градирни, его давление перед разделительной перегородкой 19 несколько возрастает. Под действием этого давления, сил трения водяных струй и самотяги, создаваемой открытым выхлопным каналом, воздух устремляется вниз, часть которого вместе с водой перемещается через объем оросителя 22. Другая часть опускается в свободном пространстве между стеллажом 21 и ветровой перегородкой 7. По мере перемещения в низ некоторый объем этого воздуха проходит поперечным током в выхлопной канал через пустоты оросителя 22- третья зона активного охлаждения. Оставшаяся часть воздуха, «просеиваясь» сквозь струи дождя под оросителем 22, также выходит в объем открытого выхлопного канала - четвертая зона активного охлаждения. После завершения процесса тепломассообмена весь отработавший воздух беспрепятственно удаляется в атмосферу через выхлопной канал.The cooling tower works as follows. Heated water is pushed by nozzles into the ejection channels 8. Water cooling begins already in their volume, where there is an intensive air intake and flows move at high speeds - the first zone of active cooling. After the ejection units, the flows of dispersed water move upward along curved paths, and then fall to the surface of the sprinkler 22. In the process of curvilinear movement, water flows interact with air, in the regime of intense turbulization - the second zone of active cooling. Moreover, the separation wall 19 does not allow the ejected air to immediately escape into the atmosphere through the exhaust channel of the cooling tower. Due to the operation of ejection units forcing air into the volume of the tower, its pressure in front of the dividing wall 19 increases slightly. Under the influence of this pressure, the frictional forces of the water jets and the traction created by the open exhaust channel, the air rushes down, part of which moves with the water through the volume of the sprinkler 22. The other part sinks in the free space between the rack 21 and the wind partition 7. As it moves into Bottom a certain volume of this air passes a transverse current into the exhaust channel through the voids of the irrigator 22 - the third zone of active cooling. The remaining part of the air, "sifting through" the stream of rain under the sprinkler 22, also goes into the volume of the open exhaust channel - the fourth zone of active cooling. After completion of the heat and mass transfer process, all exhaust air is freely removed into the atmosphere through the exhaust channel.

Таким образом теплоносители находятся в постоянном интенсивном взаимодействии на всем пути их перемещения в активной зоне.Thus, the coolants are in constant intensive interaction along the entire path of their movement in the core.

Одновременно, наличие разделительной перегородки 19 вынуждает воздушный поток изменять направление движения на 180°. Это, в сочетании с большой высотой выхлопного канала и наличием диффузора 20, обеспечивает надежную сепарацию капель и позволяет исключить из конструкции каплеуловитель.At the same time, the presence of the separation wall 19 forces the air flow to change the direction of movement by 180 °. This, combined with the large height of the exhaust channel and the presence of a diffuser 20, ensures reliable separation of the droplets and eliminates the droplet eliminator from the structure.

Предложенная градирня может базироваться, как над заглубленным водосборным бассейном, так и иметь собственный металлический.The proposed cooling tower can be based both above an in-depth catchment basin and have its own metal one.

Технологическая схема процесса охлаждения и конструкция градирни обеспечивают широкий диапазон регулирования агрегата при изменении климатических условий и тепловой нагрузки.The technological scheme of the cooling process and the design of the cooling tower provide a wide range of control of the unit when changing climatic conditions and thermal load.

В летний период для максимального притока атмосферного воздуха, все раздвижные затворы 23 и 24 полностью открывают.In the summer, for maximum influx of atmospheric air, all sliding shutters 23 and 24 fully open.

В зимний период при умеренных температурах затворы 23 воздуховходных окон закрывают, а входы в воздухозаборные ниши оставляют открытыми.In winter, at moderate temperatures, the gates of 23 air inlet windows are closed, and the entrances to the air intake niches are left open.

При очень низких температурах затворы 24 на входах воздухозаборных ниш тоже закрывают, т.е. подача атмосферного воздуха в градирню прекращается. При этом охлаждение воды осуществляется за счет ее конвективного теплообмена с холодным воздухом через открытый выхлопной канал градирни.At very low temperatures, the gates 24 at the entrances of the air intake niches also close, i.e. atmospheric air supply to the cooling tower is stopped. In this case, the water is cooled due to its convective heat exchange with cold air through the open exhaust channel of the cooling tower.

При экстремально низких температурах и всех закрытых затворах 23 и 24 запорную арматуру 12 на стояках 11 тоже закрывают, а 14 на боковых отводах 13 открывают. Нагретая вода подается непосредственно в водосборный бассейн, минуя эжекционные узлы и ороситель 22. При этом теплообмен с окружающей средой осуществляется только через открытый выхлопной канал со свободной поверхности воды в бассейне.At extremely low temperatures and all closed gates 23 and 24, the stop valves 12 on the risers 11 are also closed, and 14 on the lateral branches 13 are opened. Heated water is supplied directly to the catchment basin, bypassing the ejection units and sprinkler 22. In this case, heat exchange with the environment is carried out only through the open exhaust channel from the free surface of the water in the pool.

Предложенная градирня позволяет получить следующие технические результаты.The proposed cooling tower allows to obtain the following technical results.

Технологическая схема процесса охлаждения без многостороннего лобового столкновения водяных потоков позволяет увеличить габариты градирни в плане, а, соответственно, и расход оборотной воды через нее.The technological scheme of the cooling process without a multilateral frontal collision of water flows makes it possible to increase the dimensions of the cooling tower in terms of, and, accordingly, the flow rate of recycled water through it.

Наличие оросителя улучшает охлаждающую способность градирни в летний период.The presence of a sprinkler improves the cooling capacity of the cooling tower in summer.

Возможность регулирования расхода воздуха степенью открытия (закрытия) затворов защищает градирню от обледенения и обеспечивает ее работу даже при очень низких температурах.The ability to control air flow by the degree of opening (closing) of the gates protects the tower from icing and ensures its operation even at very low temperatures.

Кроме того, технологическая схема процесса охлаждения предложенной градирни позволяет не только проектировать и строить новые агрегаты, но и реконструировать старые башенно-вентиляторные градирни типа СК-400.In addition, the technological scheme of the cooling process of the proposed cooling tower allows not only to design and build new units, but also to reconstruct old SK-400 type tower-fan cooling towers.

Claims

An ejection cooling tower in the form of an autonomous module, containing an external casing in the form of a multifaceted prism, passing upward into a pyramidal confuser and a prismatic deflector, has a support structure inside, on which a technological platform is located along the housing perimeter and overflow projections are located above it with ejection units oriented with a slope to the axis of the tower, and the space between the lower edges of the spillways and the technological platform is closed by a wind barrier, characterized in that inside the gradient The dividing wall, diffuser and deflector form an exhaust channel that is open over the entire height, and on the outside the dividing wall is enclosed by a rack with a sprinkler laid on it, the design of the dividing wall is covered with fences only from the diffuser to the top of the sprinkler, and the wind partition and the rack share free space in each the housing faces above the technological platform are made with two air inlet windows, and between them under the platform are air intake niches, air intake openings windows and entrances to the air intake niches are equipped with sliding gates.