RU2612678C1

RU2612678C1 - Summer head for cooling tower

Info

Publication number: RU2612678C1
Application number: RU2015153036A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-03-13

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: summer head for cooling tower contains a solid vertical barrier of H height, attached to the vertical supports, located along the perimeter of the cooling tower neck attached with the lower end to the upper neck stiffness ring and connected to each other at a height h reference area, on which water steam trap is laid which is assembled of sections, each of which consists of a inclined fence at an angle α, which is larger than a water slope angle, trays in which without touching the bottom and walls vapour plates are omitted which are made of a hydrophilic material or coated with it, perforated with conical holes, at that, the large holes of the plate conical holes are faced down, the plates along their length are inclined towards the fence at an angle α, and inclined at an angle equal to 45° directed towards a ventilator vane wheel rotation height along.

EFFECT: increased economic and environmental efficiency of the head.

7 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при воздушном охлаждении оборотной воды в градирнях ТЭЦ, АЭС и промышленных предприятий.The invention relates to a power system and can be used for air cooling of circulating water in the cooling towers of thermal power plants, nuclear power plants and industrial enterprises.

Известна вентиляторная градирня, содержащая прямоугольный в поперечном сечении корпус с воздуховпускными окнами в его нижней части, установленный на водосборном бассейне, при этом в корпусе последовательно, сверху вниз расположены водоуловитель, водораспределительный коллектор с водоразбрызгивающими соплами и выполненный в виде нескольких идентичных блоков ороситель, собранных из вертикальных гофрированных листов, изготовленных из полимерного материала, а сверху на корпусе установлен вентилятор, содержащий диффузор в виде конфузорно-диффузорной обечайки и установленного в ней лопаточного колеса [Патент РФ №2330228, МПК F28F 25/06, F28С 1/00, 2008].Known fan cooling tower, containing a rectangular cross-sectional housing with air inlet windows in its lower part, mounted on the drainage basin, while in the housing there are sequentially, from top to bottom, a water catcher, a water distribution manifold with water-spraying nozzles and a sprinkler made in the form of several identical units assembled from vertical corrugated sheets made of polymeric material, and on top of the casing is a fan containing a diffuser in the form of embarrassment the diffuser shell and the blade wheel mounted therein [RF Patent No. 2330228, IPC F28F 25/06, F28C 1/00, 2008].

Основным недостатком конструкции известной градирни является невозможность повышения ее охлаждающей способности в летний период времени при значительном повышении температуры наружного воздуха, что уменьшает ее эффективность. The main disadvantage of the design of the known cooling tower is the impossibility of increasing its cooling capacity in the summer period with a significant increase in the temperature of the outdoor air, which reduces its effectiveness.

Более близким к предлагаемому изобретению является градирня, содержащая башню в виде усеченной пирамиды или гиперболоида вращения, устье которой заканчивается верхним кольцом жесткости, причем по всему периметру устья башни на плоскости верхнего кольца жесткости установлено ветронаправляющее секционное устройство таким образом, чтобы образовывалось сплошная поверхность (ограждение), состоящая из расположенных одна над другой рассекающих и направляющих атмосферный воздух пластин-створок, расположенных по высоте друг над другом на расстоянии между их осевыми линиями 150-1000 мм на высоту 1,0-5,0 м от верхнего кольца жесткости, при этом угол положения плоскостей пластин-створок к горизонту составляет 0-80°, что позволяет снизить аэродинамическое сопротивление и повысить охлаждающую эффективность башенной градирни [Патент РФ №2554370, МПК Е04Н 5/12, 2015].Closer to the proposed invention is a cooling tower containing a tower in the form of a truncated pyramid or a hyperboloid of revolution, the mouth of which ends with an upper stiffening ring, and a wind-guiding sectional device is installed along the entire perimeter of the tower mouth in the plane of the upper stiffening ring so that a continuous surface forms (fence) consisting of one-on-one dissecting and directing atmospheric air plate-wings located in height one above the other on p the distance between their axial lines is 150-1000 mm to a height of 1.0-5.0 m from the upper stiffening ring, while the angle of the planes of the sash plates to the horizon is 0-80 °, which allows to reduce the aerodynamic drag and increase the cooling efficiency of the tower cooling towers [RF Patent No. 2554370, IPC Е04Н 5/12, 2015].

Основным недостатком известной градирни является повышенный унос капель охлаждаемой воды и водяного пара, обусловленный восходящими потоками воздуха, поступающего из щелей между пластинами–створками, что снижает ее экономическую и экологическую эффективность. The main disadvantage of the known cooling tower is the increased entrainment of droplets of cooled water and water vapor, due to the ascending flows of air coming from the cracks between the plate-leaves, which reduces its economic and environmental efficiency.

Более близким к предлагаемому изобретению является водоуловитель для градирни, содержащий желоба криволинейного профиля, размещенные в два ряда на каркасе, причем желоба нижнего ряда установлены днищами вниз, верхнего ряда - вверх, расстояния между желобами верхнего ряда перекрываются желобами нижнего ряда, в днищах которых по всей длине выполнены продольные щели, под которыми установлены лотки, выполненные с открытыми торцами [Патент РФ №2052759, МПК F28F 25/02, 1996]. Closer to the proposed invention is a water trap for a cooling tower, containing gutters of a curvilinear profile, arranged in two rows on the frame, the gutters of the lower row being installed with their bottoms down and the upper row up, the distances between the gutters of the upper row are overlapped by the lower troughs longitudinal slots are made along the length, under which trays are installed, made with open ends [RF Patent No. 2052759, IPC F28F 25/02, 1996].

Основным недостатком известной конструкции водоуловителя градирни является невозможность предотвращения уноса водяного пара, что снижает его экономическую и экологическую эффективность. The main disadvantage of the known design of the water trap of the tower is the inability to prevent the entrainment of water vapor, which reduces its economic and environmental efficiency.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение экономической и экологической эффективности летнего оголовка для градирни.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to increase the economic and environmental efficiency of the summer tip for the cooling tower.

Технический результат достигается летним оголовком для градирни, содержащим сплошное вертикальное ограждение высотой Н, прикрепленное к вертикальным стойкам, расположенным по периметру устья градирни, прикрепленным нижними торцами к верхнему кольцу жесткости устья и соединенным между собой на высоте h опорным уголком, на который уложен водопароуловитель, собранный из секций, каждая из которых состоит из наклоненных в сторону ограждения под углом α, несколько большим угла естественного откоса воды, лотков, в которые опущены, не касаясь их днища и стенок, водопароулавливающие пластины, выполненные из гидрофильного материала или покрытые им, перфорированные коническими отверстиями, причем конические отверстия пластин обращены большими отверстиями вниз, сами пластины по своей длине наклонены в сторону ограждения под углом α, а по высоте наклонены под углом, равным 45°, направленным в сторону вращения лопаточного колеса вентилятора.The technical result is achieved by the summer head for the tower, containing a continuous vertical fence with a height of H, attached to the vertical posts located around the perimeter of the mouth of the tower, attached with the lower ends to the upper stiffness ring of the mouth and connected to each other at a height h by a reference angle on which a water trap is assembled, assembled of sections, each of which consists of inclined toward the fence at an angle α, slightly larger than the angle of repose of the water, the trays into which they are lowered without touching their bottoms and walls, water trap plates made of hydrophilic material or coated with them, perforated with conical holes, the conical holes of the plates facing downwards with large holes, the plates themselves are inclined along the length of the fence at an angle α, and inclined in height at an angle equal to 45 °, directed towards the rotation of the fan blade.

Предлагаемый летний оголовок для градирни (ЛОГ) изображен на фиг. 1–7 (фиг. 1, 2 – общий вид и вид сверху, фиг. 3–5 – узел секции водопароуловителя, фиг. 6,7 – водопароулавливающая пластина). The proposed summer tower tip (LOG) is shown in FIG. 1–7 (Fig. 1, 2 is a general view and a top view, Figs. 3-5 are a unit of a section of a water trap, Fig. 6.7 is a water trap plate).

ЛОГ содержит сплошное вертикальное ограждение 1 высотой Н, прикрепленное к вертикальным стойкам 2, расположенным по периметру устья 3 башенной градирни 4, прикрепленным нижними торцами к верхнему кольцу жесткости 5 устья 3 и соединенным между собой на высоте h опорным уголком 6 (узлы крепления и соединения на фиг. 1–7 не показаны), на который уложен водопароуловитель 7, состоящий из секций 8, каждая из которых состоит из наклоненных в сторону ограждения 1 под углом α, несколько большим угла естественного откоса воды, лотков 9, в которые опущены, не касаясь их днища и стенок, водопароулавливающие пластины 10, выполненные из гидрофильного материала или покрытые им, перфорированные коническими отверстиями 11 (узлы крепления пластин 10 к лоткам 9 на фиг. 1–7 не показаны), причем конические отверстия 11 пластин 10 обращены большими отверстиями вниз, сами пластины 10 по своей длине наклонены в сторону ограждения 1 под углом α, а по высоте наклонены под углом, равным 45°, направленным в сторону вращения лопаточного колеса 12 вентилятора 13.The LOG contains a continuous vertical fence 1 of height H, attached to vertical struts 2, located around the perimeter of the mouth 3 of the tower tower 4, attached with its lower ends to the upper stiffening ring 5 of the mouth 3 and connected to each other at a height h by a reference angle 6 (attachment and connection points on Fig. 1-7 are not shown), on which a water trap 7, consisting of sections 8, each of which is inclined towards the fence 1 at an angle α, somewhat larger than the angle of natural slope of the water, the trays 9 into which are lowered, is laid touching their bottom and walls, water trap plates 10 made of hydrophilic material or coated with them, perforated with conical holes 11 (the attachment points of the plates 10 to the trays 9 in Figs. 1–7 are not shown), and the conical holes 11 of the plates 10 face large openings down , the plates 10 themselves along their length are inclined towards the fence 1 at an angle α, and are tilted along the height at an angle equal to 45 °, directed towards the rotation of the blade wheel 12 of the fan 13.

В основе повышения эффективности работы предлагаемого оголовка для градирни лежат сродство гидрофильных поверхностей к воде, в результате чего вода быстро и полностью покрывает их [Е.Д. Щукин и др. Коллоидная химия. М.; 2004, 445 с.], эффект снижения температуры воды при образовании ею свободной поверхности, в результате снижения ее внутренней энергии, израсходованной на адсорбцию на поверхности какого–либо тела [Э. А.Мелвин–Хьюз. Физическая химия, кн. II. М.; 1962, 1150 с.]; особенности движения жидкости (пара) в конических капиллярах, а именно: движение осуществляется от большего сечения к меньшему, при этом в широкой части капилляра происходит испарение жидкости, в узкой части капилляра – конденсация пара [Лыков А. В. Тепломассообмен: (Справочник). 2–е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1978, с. 365, 366]; увеличение самотяги в градирне за счет высоты Н ограждения оголовка [Г.Н.Делягин и др. Теплогенерирующие установки, М; Строийиздат, 1987, с.183].The affinity of hydrophilic surfaces to water is the basis for increasing the efficiency of the proposed tip for the tower, as a result of which the water quickly and completely covers them [E.D. Schukin et al. Colloid chemistry. M .; 2004, 445 pp.], The effect of lowering the water temperature when it forms a free surface, as a result of a decrease in its internal energy spent on adsorption on the surface of a body [E. A. Melvin – Hughes. Physical chemistry, Prince II. M .; 1962, 1150 p.]; features of the movement of liquid (steam) in conical capillaries, namely: the movement is from a larger section to a smaller one, while in the wide part of the capillary liquid evaporates, in the narrow part of the capillary - vapor condensation [Lykov A. V. Teplomassoobmen: (Reference). 2nd ed., Revised. and add. - M .: Energy, 1978, p. 365, 366]; increase in traction in the tower due to the height H of the head fence [G.N.Delyagin et al. Heat-generating installations, M; Stroiizdat, 1987, p.183].

Предлагаемый ЛОГ используют в жаркое время года, когда градирни при значительном повышении температуры наружного воздуха, не обеспечивают охлаждения оборотной воды до требуемой температуры, в результате чего, в конечном счете, уменьшается эффективность работы паровых турбин. The proposed LOG is used in the hot season, when the cooling towers, with a significant increase in the temperature of the outside air, do not provide cooling of the circulating water to the required temperature, as a result of which, the efficiency of steam turbines ultimately decreases.

Перед началом летнего периода года градирню оборудуют ЛОГ, для чего на верхнем кольце жесткости 5 устья 3 устанавливают вертикальные стойки 2 и ограждение 1 высотой Н, закрепляют их и на опорный уголок 6 укладывают водопароуловитель 7. При этом высоту Н находят расчетным путем исходя из условия компенсации, создаваемой ей самотягой сопротивления водопароуловителя 7 (высота h определяется значением угла α), максимальная высота Н ограждений 1 ЛОГ ограничивается максимальным ветровым давлением в данном регионе, от которого также зависит число стоек 2, материал ограждения 1 выбирают исходя из условий прочности, удобства монтажа и демонтажа (например, материал ограждения 1–брезент), материал пластин 10 водопароуловителя 7 выбирают исходя из его гидрофильных свойств и удобства выполнения в нем перфорации (например, материал пластин 10– стеклопластик). Before the start of the summer season, the tower is equipped with LOG, for which vertical racks 2 and a guard 1 of height H are installed on the upper ring of rigidity 5 of the mouth 3, they are fixed and a water trap 7 is laid on the supporting corner 6. At the same time, the height H is calculated based on the compensation condition created by the self-pulling resistance of the steam trap 7 (the height h is determined by the value of the angle α), the maximum height H of the FOG 1 fences is limited by the maximum wind pressure in this region, which also depends on the number dots 2, the material of the fence 1 is selected based on the conditions of strength, ease of installation and dismantling (for example, the material of the fence 1 is tarpaulin), the material of the plates 10 of the steam trap 7 is selected based on its hydrophilic properties and the convenience of perforation in it (for example, the material of the plates 10– fiberglass).

Предлагаемый ЛОГ работает следующим образом. Воздушный поток, в котором находятся, в основном, мелкие капли воды (крупные капли уловлены в водоуловителе градирни, расположенном ниже вентилятора 13) и водяной пар, поднимается в полости ЛОГ и контактирует с нижней гидрофильной поверхностью водопароулавливающих пластин 10, которая сорбирует эти мелкие капли. Эти капли, растекаясь по поверхности пластин 10, образуют свободную поверхность, в результате чего снижается внутренняя энергия воды, израсходованная ее на адсорбцию и, соответственно, ее температура. Перемещаясь под действием силы тяжести к нижней кромке пластин 10, капли агрегатируются в более крупные частицы и падают в лотки 9. Одновременно частицы водяного пара соприкасаются с охлажденной водой на нижней поверхности пластин 10 и частично конденсируются на ней. Другая часть пара поступает в большие отверстия конических капилляров 11 в нижней поверхности пластин 10, где происходит его конденсация с образованием воды, которая на выходе из капилляров 11 на верхнюю поверхность гидрофильных пластин 10, адсорбируется на ней с образованием свободной поверхности и, соответственно, также охлаждается. У нижней кромки пластин 10 вода, полученная в результате конденсации пара в капиллярах 11, агрегатируется в более крупные частицы и стекает в лотки 9, где смешивается с водой, полученной в результате улавливания и охлаждения, стекающей с нижней поверхности пластин 10. Собранная в лотках 9, наклоненным под углом α, смесь уловленной и дополнительно охлажденной воды, перемещается к периферии ЛОГ и отдельными струями из каждого лотка 9 у стенок ограждения 1 и устья 3, под действием силы тяжести, стекает в башню градирни 4, не попадая на лопасти колеса 12 вентилятора 13.The proposed LOG works as follows. The air stream, which contains mainly small drops of water (large drops are trapped in the cooler water trap located below fan 13) and water vapor, rises in the LOG cavity and contacts the lower hydrophilic surface of the water vapor recovery plates 10, which sorb these small drops. These droplets, spreading over the surface of the plates 10, form a free surface, as a result of which the internal energy of the water consumed by adsorption and, accordingly, its temperature are reduced. Moving under the action of gravity to the lower edge of the plates 10, the droplets are aggregated into larger particles and fall into the trays 9. At the same time, the particles of water vapor come into contact with chilled water on the lower surface of the plates 10 and partially condense on it. Another part of the steam enters the large openings of the conical capillaries 11 in the lower surface of the plates 10, where it condenses to form water, which, at the outlet of the capillaries 11 to the upper surface of the hydrophilic plates 10, is adsorbed on it with the formation of a free surface and, accordingly, is also cooled . At the lower edge of the plates 10, water resulting from condensation of steam in the capillaries 11 is aggregated into larger particles and flows into trays 9, where it is mixed with water obtained by trapping and cooling, flowing down from the bottom surface of the plates 10. Collected in trays 9 tilted at an angle α, the mixture of trapped and additionally cooled water moves to the periphery of the LOG and, with separate streams from each tray 9 at the walls of the fence 1 and the mouth 3, flows under gravity to the tower of the cooling tower 4 without falling onto the wheel blades 12 fan 13.

По окончании летнего периода года производится демонтаж ЛОГ, для чего с вертикальных стоек снимают ограждение 1 и водопароуловитель 7.At the end of the summer period, the LOG is dismantled, for which the fence 1 and the water trap 7 are removed from the vertical racks.

Примечание. В районах с положительной зимней температурой воздуха ЛОГ можно не демонтировать. Note. In areas with a positive winter air temperature, the LOG can not be dismantled.

Придание гидрофильных свойств поверхности пластин 10 создается покрытием их наружной поверхности слоем гидрофильного материала или изготовлением их целиком из него. Ширину щелей между пластинами 10 в секциях 8, размеры и количество пластин 10 в секциях 8, количество секций 8 зависят от производительности и формы устья градирни и определяются расчетным путем при максимальной нагрузке градирни.Giving the hydrophilic properties of the surface of the plates 10 is created by coating their outer surface with a layer of hydrophilic material or by making them entirely from it. The width of the slots between the plates 10 in sections 8, the size and number of plates 10 in sections 8, the number of sections 8 depend on the performance and shape of the mouth of the tower and are determined by calculation at the maximum load of the tower.

Таким образом, предлагаемый летний оголовок для градирни позволяет в летний период максимальной нагрузки за счет использования конструкции водопароуловителя 7, улавливающего капли воды и частицы водяного пара, наличия ограждения 1 высотой Н, уменьшить унос воды в окружающую атмосферу и снизить температуру охлаждаемой оборотной воды без увеличения нагрузки на вентилятор, что повышает экономическую и экологическую эффективность работы градирни.Thus, the proposed summer tip for the cooling tower allows for maximum load in the summer due to the use of the design of a water trap 7, which traps water droplets and particles of water vapor, the presence of a fence 1 of height N, to reduce the entrainment of water into the surrounding atmosphere and reduce the temperature of the cooled circulating water without increasing the load on the fan, which increases the economic and environmental efficiency of the tower.

Claims

A summer tower head containing a guard arranged above the tower mouth, a water catcher with trays for collecting trapped water, characterized in that the guard is made of vertical, continuous, height H, attached to vertical posts located around the perimeter of the tower mouth, attached with lower ends to the upper ends the stiffness ring of the mouth and a reference angle connected to each other at a height h, onto which a water trap is assembled, assembled from sections, each of which consists of an angle inclined to the side of the fence m α, slightly larger than the natural slope angle of the water, trays into which water-trapping plates made of a hydrophilic material or coated with perforated conical holes are lowered without touching their bottom and walls, the conical holes of the plates facing downward with large openings, the plates themselves along their lengths are inclined toward the fence at an angle α, and are tilted in height at an angle equal to 45 °, directed towards the rotation of the fan blade.