RU2228501C2

RU2228501C2 - Process cooling liquid in water-cooling tower

Info

Publication number: RU2228501C2
Application number: RU2002112838/06A
Authority: RU
Inventors: Вадим Борисович Иванов (BY); Вадим Борисович Иванов
Original assignee: Вадим Борисович Иванов
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2004-05-10

Abstract

FIELD: evaporation coolers. SUBSTANCE: process cooling liquid in water-cooling tower includes supply of water, its atomization and heat exchange with cooling air. Active zones of water-cooling tower formed by flows of cooling air are employed for cooling. Flows of cooling air do not coincide either in direction or amount with speed of particles of liquid atomized by atomizers. Airflows are generated thanks to its forced removal from upper part of water-cooling tower. EFFECT: increased operational efficiency of water-cooling tower due to intensified cooling of liquid. 6 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к испарительным охладителям, и может быть применено на тепловых и атомных электростанциях, а также на других промышленных объектах, где требуется охлаждение воды или других жидкостей.The invention relates to a power system, in particular to evaporative coolers, and can be applied at thermal and nuclear power plants, as well as at other industrial facilities that require cooling of water or other liquids.

Известна вентиляторная градирня, содержащая установленные в корпусе каплеуловитель, водораспределительные трубопроводы с разбрызгивающими соплами и водосборный резервуар в нижней части, в которой трубопроводы установлены в корпусе поярусно, причем в каждом ярусе они размещены по периметру корпуса, а разбрызгивающие сопла выходными отверстиями обращены в центральную зону градирни [1, 4].A fan cooler is known, comprising a droplet eliminator installed in the housing, water distribution pipelines with spray nozzles and a drainage tank in the lower part, in which pipelines are installed in the housing in layers, and in each tier they are placed along the housing perimeter, and the spray nozzles with their outlets facing the central zone of the cooling tower [14].

Известна также вентиляторная градирня, содержащая корпус, охваченный кожухом с образованием воздухоотводящего канала, воздухоотводящую трубу, установленную в днище корпуса, снабженную водосборным лотком и жалюзийной решеткой, вытяжной патрубок с вентилятором, воздухораспределитель с форсунками и воздуховходные патрубки, размещенные в крышке корпуса, в котором система охлаждения дополнительно снабжена воздуховодами с запорными клапанами и оболочкой, размещенной вокруг боковой стенки корпуса с кольцевым зазором [2].Also known is a fan cooling tower, comprising a housing enclosed by a casing with the formation of an air outlet channel, an air exhaust pipe installed in the bottom of the housing, equipped with a drain pan and a louvre grill, an exhaust pipe with a fan, an air distributor with nozzles and air inlets located in the housing cover, in which the system cooling is additionally equipped with air ducts with shut-off valves and a shell placed around the side wall of the housing with an annular gap [2].

Недостатками известных устройств является недостаточно эффективная схема охлаждения жидкости, обусловленная большим количеством жидкости в небольшом пространстве, что в свою очередь заставляет пропускать большие потоки воздуха, использовать мощные вентиляторные системы. Но с другой стороны, мощные потоки воздуха уносят большое количество охлаждаемой жидкости.The disadvantages of the known devices is the insufficiently effective scheme for cooling the liquid, due to the large amount of liquid in a small space, which in turn makes it possible to pass large flows of air, use powerful fan systems. But on the other hand, powerful currents of air carry away a large amount of the cooled liquid.

В качестве прототипа для способа принят способ охлаждения жидкости в градирне, включающий подачу воды, ее распыление и теплообмен с охлаждающим воздухом на оросителе, например жалюзийной решетке. Ороситель необходим для более продолжительного контакта частиц воды с охлаждающим воздухом [4].As a prototype for the method, a method of cooling liquid in a cooling tower is adopted, comprising supplying water, spraying it and exchanging heat with cooling air on an irrigator, for example, a louvre grill. The sprinkler is necessary for longer contact of water particles with cooling air [4].

Недостатком способа является то, что естественные материалы обладают хорошей смачиваемостью, в связи с чем они активно впитывают влагу и быстро подвергаются разрушению. Синтетические материалы, такие, например, как полиэтилен, наоборот обладают плохой смачиваемостью и капли жидкости скатываются с них, не задерживаясь.The disadvantage of this method is that natural materials have good wettability, and therefore they actively absorb moisture and quickly undergo destruction. Synthetic materials, such as, for example, polyethylene, on the contrary have poor wettability and droplets of liquid roll off them without delay.

В качестве прототипа принята градирня, содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами, выполненными по кольцу в нижней ее части, размещенный в башне выше окон ороситель с водораспределительной системой и водоструйные эжекторы, подключенные к водораздающему коллектору, в которой эжекторы установлены в центральной зоне градирни, ограниченной диаметром, равным 0,2-0,25 диаметра оросителя, и выходными торцами обращены к оросителю, а водораздающий коллектор размещен внутри башни [3].As a prototype, a cooling tower is used, containing an exhaust tower with air inlets made in a ring in its lower part, a sprinkler with a water distribution system and water-jet ejectors connected to a water distribution manifold in which the ejectors are installed in the central zone of the tower, limited by the diameter, located in the tower above the windows equal to 0.2-0.25 of the diameter of the sprinkler, and the outlet ends face the sprinkler, and the water-distributing collector is located inside the tower [3].

Положительным моментом в прототипе является то, что конструкция и размещение эжекторов позволяет организовать принудительную циркуляцию воздуха без использования внешних вентиляторов. Недостатком прототипа является сложность устройства, обусловленная наличием оросительной системы, недостаточная долговечность и надежность устройства, обусловленная той же причиной, недостаточная эффективность охлаждения, вызванная большим аэродинамическим сопротивлением, связанным с размещением в шахте элементов оросителя. С другой стороны, отказаться от оросителя в данной системе невозможно, поскольку именно ороситель является тем устройством, на котором происходит теплопередача.A positive point in the prototype is that the design and placement of ejectors allows you to organize forced air circulation without the use of external fans. The disadvantage of the prototype is the complexity of the device, due to the presence of an irrigation system, insufficient durability and reliability of the device, due to the same reason, insufficient cooling efficiency caused by the high aerodynamic drag associated with the placement of irrigation elements in the mine. On the other hand, it is impossible to abandon the sprinkler in this system, since it is the sprinkler that is the device on which heat transfer occurs.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности работы градирни за счет интенсификации охлаждения жидкости.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of the tower due to the intensification of cooling liquid.

Поставленная задача решается тем, что способ охлаждения жидкости в градирне включает подачу воды, ее распыление и теплообмен с охлаждающим воздухом, охлаждение ведут в активных зонах градирни, образованных потоками охлаждающего воздуха, согласно изобретению потоки охлаждающего воздуха не совпадают по направлению и величине со скоростью частиц распыляемой форсунками жидкости, причем потоки воздуха получают за счет его принудительного удаления из верхней части градирни.The problem is solved in that the method of cooling the liquid in the tower includes the supply of water, its spraying and heat exchange with cooling air, cooling is carried out in the active zones of the tower formed by the flows of cooling air, according to the invention, the flows of cooling air do not coincide in direction and size with the speed of the particles sprayed liquid nozzles, moreover, air flows are obtained due to its forced removal from the upper part of the tower.

Такое выполнение способа позволяет, во-первых, при установке вентилятора в верхней плоскости градирни обеспечить наилучший теплообмен за счет принудительного отбора теплого воздуха. В этом случае вектор скорости воздуха не совпадает с вектором скорости частиц жидкости, распыляемой форсунками. Несовпадение векторов скоростей частицы жидкости и воздуха обеспечивает нарушение паровой теплоизолирующей рубашки каждой частицы жидкости и ускорение теплообмена. Изобретение позволяет создать распределенный во всем объеме градирни воздушный ороситель. Поверхность диспергирования при этом существенно больше, чем в капельной или пленочной градирне. Современные пластиковые оросителей имеют несмачиваемые поверхности, и эффективность их по причине несмачиваемости существенно снижена по сравнению с деревянными оросителями, но при этом их срок службы существенно увеличен.This embodiment of the method allows, firstly, when installing the fan in the upper plane of the tower to provide the best heat transfer due to forced selection of warm air. In this case, the air velocity vector does not coincide with the velocity vector of the liquid particles sprayed by the nozzles. The mismatch of the velocity vectors of the liquid particle and the air violates the steam insulating jacket of each liquid particle and accelerates heat transfer. The invention allows to create an air sprinkler distributed in the entire volume of the tower. The dispersion surface in this case is significantly larger than in a drip or film tower. Modern plastic sprinklers have non-wettable surfaces, and their effectiveness due to non-wettability is significantly reduced compared to wooden sprinklers, but their service life is significantly increased.

Расположение вентилятора в верхней плоскости градирни позволяет увеличить время нахождения воды в активной зоне, а время нахождения воздуха существенно уменьшить. Важным параметром при проектировании такой градирни является расчетная скорость воздуха. Эта скорость не должна быть настолько высокой, чтобы увлекать капельки жидкости за пределы градирни, но с другой стороны, скорость воздуха не должна быть настолько низкой, чтобы диспергированная жидкость быстро падала в бассейн. При проектировании такой градирни важным параметром является также форсунка, поскольку именно конструкция форсунки обеспечивает величину капель и вектор начальной скорости капли. Другим важным фактором является обеспечение скорости потока воздуха по всему объему градирни, а не только в центре ее шахты. Это обеспечивается герметизацией верхней части градирни и установкой в потолке ее вентилятора.The location of the fan in the upper plane of the tower allows you to increase the time spent by the water in the active zone, and significantly reduce the time spent by the air. An important parameter in the design of such a cooling tower is the estimated air speed. This speed should not be so high as to draw liquid droplets outside the tower, but on the other hand, the air speed should not be so low that the dispersed liquid quickly falls into the pool. When designing such a cooling tower, the nozzle is also an important parameter, since it is the nozzle design that provides the droplet size and the vector of the initial drop velocity. Another important factor is ensuring the air flow rate throughout the entire volume of the tower, and not just in the center of its shaft. This is ensured by sealing the upper part of the tower and installing a fan in the ceiling.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен схематически способ работы градирни. На фиг.2 - вертикальный разрез градирни с расположением форсунок по периметру и направлением потока струй к центру градирни. На фиг.3 - разрез А-А на фиг.2. На фиг.4 - вертикальный разрез градирни с расположением форсунок равномерно по плоскости с направлением струй вверх. На фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4. На фиг.6 изображен вертикальный разрез градирни с расположением форсунок равномерно по плоскости с направлением струй вниз.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows schematically the method of operation of the tower. Figure 2 is a vertical section of the tower with the location of the nozzles along the perimeter and the direction of the stream of jets to the center of the tower. Figure 3 is a section aa in figure 2. Figure 4 is a vertical section of the tower with the location of the nozzles uniformly in the plane with the direction of the jets up. Figure 5 is a section bB in figure 4. Figure 6 shows a vertical section of the tower with the location of the nozzles uniformly along the plane with the direction of the jets down.

Градирня содержит корпус 1, выполненный в виде вертикального короба с воздуховходными окнами 2, выполненными по периметру в нижней ее части, водораспределительную систему 3 и водоструйные форсунки-эжекторы 4, подключенные к водораздающему коллектору 5, причем форсунки-эжекторы 4 создают наклонные от вертикали факелы жидкости 6. Кроме того, градирня содержит водосборный бассейн 7. Форсунки 4 соединены с водораспределительной системой 3 известными средствами через подвижные фланцы, обеспечивающие поворот платформы относительно горизонтальной оси (не показаны). Форсунки 4 могут быть установлены по периметру градирни, как показано на фиг.3, либо равномерно распределены по одной плоскости, как показано на фиг.5. Вентилятор 8 обеспечивает отбор воздуха в верхней части градирни, тем самым обеспечивая приток свежего воздуха через воздуховходные окна 2. Вследствие этого внутри градирни образуются потоки воздуха 9. Градирня сверху закрыта крышей 10, в которой смонтирован осевой вентилятор 8.The cooling tower contains a housing 1 made in the form of a vertical duct with air inlets 2 made along the perimeter in its lower part, a water distribution system 3 and water-jet nozzles-ejectors 4 connected to the water-distributing manifold 5, and the nozzles-ejectors 4 create liquid flares that are inclined from the vertical 6. In addition, the cooling tower contains a catchment basin 7. The nozzles 4 are connected to the water distribution system 3 by known means through movable flanges, providing rotation of the platform relative to the horizontal axis (not shown). The nozzles 4 can be installed around the perimeter of the tower, as shown in figure 3, or evenly distributed on one plane, as shown in figure 5. The fan 8 provides air intake in the upper part of the tower, thereby ensuring the flow of fresh air through the inlet windows 2. As a result, air flows are generated inside the tower 9. The tower is closed from above by a roof 10 in which the axial fan 8 is mounted.

Градирня работает следующим образом. Охлаждаемая вода подается через водораспределительную систему 3 и форсунки 4 в короб 1 в виде наклонных от вертикали факелов 6. Вектор движения любой из капель охлаждаемой жидкости не совпадает с вектором движения потоков воздуха 9, созданных отбором воздуха у крыши 10 градирни с помощью вентилятора 8, вначале капли движутся под углом вверх, потом сила тяжести их разворачивает, и они летят вниз навстречу потокам воздуха, поднимающегося вверх. Размер капель, создаваемых форсунками, должен быть таким, чтобы воздух не увлекал их вверх и не уносил за пределы градирни. Падая, капля охлаждается потоками свежего поднимающегося вверх воздуха и падает в водосборный бассейн 7.The cooling tower works as follows. The cooled water is supplied through the water distribution system 3 and nozzles 4 into the box 1 in the form of torches 6, inclined from the vertical. The motion vector of any of the drops of the cooled liquid does not coincide with the motion vector of air flows 9 created by taking air from the roof 10 of the tower using fan 8, first the droplets move at an angle upward, then the force of gravity turns them around, and they fly downward towards the streams of air rising upward. The size of the droplets created by the nozzles must be such that the air does not carry them up and blow them outside the cooling tower. Falling, the drop is cooled by streams of fresh rising air and falls into the catchment 7.

Изобретение позволяет значительно повысить эффективность тепломассообмена градирни без увеличения затрат по сравнению с известными конструкциями, при этом можно существенно упростить конструкцию градирни, повысить ее надежность, ремонтопригодность и снизить эксплуатационные расходы.The invention allows to significantly increase the efficiency of heat and mass transfer of the cooling tower without increasing costs compared to known designs, while it is possible to significantly simplify the design of the cooling tower, increase its reliability, maintainability and reduce operating costs.

Источники информацииSources of information

1. А.с. СССР № 1071915, кл. F 28 С 1/00, опубликовано БИ № 32, 1983 г.1. A.S. USSR No. 1071915, class F 28 C 1/00, published BI No. 32, 1983

2. А.с. СССР № 1601490, кл. F 28 С 1/00, опубликовано БИ № 12, 1991 г.2. A.S. USSR No. 1601490, class F 28 C 1/00, published BI No. 12, 1991

3. А.с. СССР № 1158845, кл. F 28 С 1/00, опубликовано БИ № 20, 1985 г. (прототип для устройства).3. A.S. USSR No. 1158845, class F 28 C 1/00, published BI No. 20, 1985 (prototype for the device).

4. B.C. Галустов. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Атомиздат, 1989 г. (прототип для способа).4. B.C. Galustov. Direct-flow spraying apparatus in the power system. M .: Atomizdat, 1989 (prototype for the method).

Claims

A method of cooling a liquid in a cooling tower, including water supply, its atomization and heat exchange with cooling air, the cooling being carried out in the active zones of the cooling tower formed by cooling air flows, characterized in that the cooling air flows do not coincide in direction and magnitude with the particle velocity of the liquid sprayed by the nozzles moreover, air flows are obtained due to its forced removal from the upper part of the tower.