DE212016000064U1

DE212016000064U1 - Device for air pre-cooling in air coolers

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Publication number: DE212016000064U1
Application number: DE212016000064.0U
Authority: DE
Original assignee: Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "intekhenergo"; Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu Intekhenergo
Current assignee: Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "intekhenergo"; Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu Intekhenergo
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-10-16
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: RU2015108829A; WO2016148600A1; US20180080716A1; RU2614623C2

Abstract

Gerät zur Abkühlung oder Kondensation des Wärmeträgers, das aus einem Gehäuse, einem Ventilationselement und einem Wärmeaustauscher besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element für Wasservernebelung vor den Öffnungen im Gehäuse zur Luftentnahme von außen eingestellt ist und dass dieses Element in Form eines geschlossenen Kreislaufs mit den nach der Länge des Kreislaufs gleichmäßig gelegenen Wasservernebelungsdüsen ausgeführt und mit dem Gehäuse fest verbunden oder auf der mit dem Gehäuse gemeinsamen Basis befestigt ist.Device for cooling or condensation of the heat carrier, which consists of a housing, a ventilation element and a heat exchanger, characterized in that at least one element for water misting is set in front of the openings in the housing for air extraction from the outside and that this element in the form of a closed circuit run according to the length of the circuit evenly located water misting nozzles and fixedly connected to the housing or fixed on the base common to the housing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Luftvorkühlung in Luftkühlern (LK) und kann für die Kondensation oder Abkühlung eines Wärmeträgers in Kraftwerken, Chemie- und erdölverarbeitenden Betrieben eingesetzt werden. The invention relates to a device for Luftvorkühlung in air coolers (LK) and can be used for the condensation or cooling of a heat carrier in power plants, chemical and petroleum processing plants.

Die Bauart bekannter LK fördert gewissermaßen die Intensivierung der Wärmeübertragungsvorgänge hauptsächlich durch eine Vergrößerung der Oberfläche der Wärmeübertragung durch die Verbesserung der Verteilung der Luft oder des Wärmeträgers innerhalb des LK. Doch ist das Problem der Abkühlung oder des Kondensierens des Wärmeträgers im Sommer unter den Bedingungen des heißen Klimas bei einer Temperatur über 30° C beim bekannten Stand der Technik nicht gelöst. Hat der Wärmeträger, der im LK zur Abkühlung oder zum Kondensieren zugeführt wird, eine Temperatur von 30–300° С (und im Sommer erhöht sich die Temperatur der für die Abkühlung zugeführten Luft), so wird der Arbeitswirkungsgrad des LK gesenkt. Es sind Luftkühler (LK) bekannt, die nach den staatlichen Standardnormen GOST R 51364-99 hergestellt werden. Der Luftkühler (nachfolgend auch nur Kühler genannt) ist ein Wärmeaustauschapparat, der aus den folgenden Hauptbestandteilen besteht: einer Wärmeaustauschfläche (Wärmeaustauscheinheit) und einem Luftversorgungssystem, das einen Ventilator mit einem Elektroantrieb und einen Diffusor mit einem Kollektor im aufgeständerten Stahlbau hat. Zusätzlich kann der Kühler mit einem Luftbefeuchter ausgerüstet sein, der für die Wegnahme der Spitzenbelastungen im Sommer notwendig ist. Ein Nachteil des vorliegenden Luftkühlers ist die niedrige Effizienz der Wasserverdampfung in der Strömung der Luft, die in den LK einströmt, und demzufolge auch der niedrige Luftabkühlungsgrad. Für die Sammlung des in der Luft unverdampften Wassers ist ein Becken unter der Konstruktion des LK vorgesehen. Die unverdampfte Feuchtigkeit kommt mit der Luft im Wärmeaustauscher zusammen und bildet bei der Verdampfung an der Wärmeaustauschfläche Salze. Als Folge verschlechtert sich der Wärmeaustausch, und der Arbeitswirkungsgrad des LK wird gesenkt. The type of known LK effectively promotes the intensification of the heat transfer processes mainly by increasing the surface area of the heat transfer by improving the distribution of the air or the heat carrier within the LK. However, the problem of cooling or condensing of the heat carrier in the summer under the conditions of the hot climate at a temperature above 30 ° C in the prior art is not solved. If the heat transfer medium, which is supplied to the LK for cooling or condensing, has a temperature of 30-300 ° C (and in summer the temperature of the air supplied for cooling increases), the working efficiency of the LK is lowered. There are known air coolers (LK) that are manufactured according to the state standard GOST R 51364-99. The air cooler (hereinafter also referred to as a cooler) is a heat exchange apparatus consisting of the following main components: a heat exchange surface (heat exchange unit) and an air supply system having a fan with an electric drive and a diffuser with a collector in the elevated steel structure. In addition, the radiator can be equipped with a humidifier, which is necessary for the removal of peak loads in summer. A disadvantage of the present air cooler is the low efficiency of water evaporation in the flow of air flowing into the LK, and consequently also the low degree of air cooling. For the collection of the unevaporated water in the air a basin under the construction of the LK is provided. The unvaporized moisture combines with the air in the heat exchanger and forms salts upon evaporation at the heat exchange surface. As a result, the heat exchange deteriorates, and the working efficiency of the LK is lowered.

Ferner ist ein Luftkühler mit einem Wassersprühsystem bekannt, das bei hohen Temperaturen der Außenluft angewendet wird, und dessen Bauart als Prototyp angenommen wurde (Patent Nr. RU 2200907 , Klasse F24F3/14, veröffentlicht am 20. März 2003). Zwischen den Stützen und an der unteren Ebene der Wärmeaustauschereinheit ist ein Gestell mit einem Metallnetz und Filtervlies vorgesehen. Das Metallnetz ist elektrisch mit Wärmeaustauschrohren verbunden, Wasserschubrohre sind von oben nach unten und vom Zentrum zum Perimeter gerichtet. Sie sind an jeder Seite reihenweise im Zickzack angeordnet. An die Wasserschubrohre ist ein Druckluftkompressor angeschlossen. Im Umlauf des Bodens ist eine Wasserrinne eingelegt. Die Richtung des Wasserschubrohrs von oben nach unten gewährleistet die Befeuchtung von senkrechten Filtervliesen. Die Bewegung der Wasserteilchen wirkt dem Luftstrom entgegen. Hier wird das Wasser unter Beeinflussung des Luftstroms verdampft. Nachteile dieses LK sind eine niedrige Effizienz der Wasserverdampfung aus den befeuchteten Filtervliesen im in den LK einlaufenden Luftstrom und demzufolge auch ein niedriger Luftabkühlungsgrad. Für die Sammlung des in der Luft unverdampften Wassers ist ein spezielles Becken entlang der Randlinie des LK vorgesehen. Das Filtervlies erhöht den Luftwiderstand am Eingang in den LK, und demzufolge wird die Menge der in den LK einlaufenden Luft reduziert. Mit der Reduzierung der Luftmenge wird die Gesamteffizienz des LK-Wärmeaustausches reduziert. Es sind zusätzliche Kosten für die ständige Reinigung des Filtervlieses erforderlich. Die technische Aufgabe ist die Steigerung des Arbeitswirkungsgrads des LK unter Bedingungen des heißen Klimas. Das technische Ergebnis ist die Verbesserung der Mitwirkung der Luft mit dem Wärmeträger. Further, an air cooler having a water spray system which is applied at high temperatures of outside air and whose type has been adopted as a prototype (Patent No. RU 2200907 , Class F24F3 / 14, published March 20, 2003). Between the supports and at the lower level of the heat exchanger unit a frame with a metal mesh and filter fleece is provided. The metal net is electrically connected to heat exchange tubes, water drains are directed from top to bottom and from the center to the perimeter. They are zigzagged in rows on each side. To the water thruster pipes a compressed air compressor is connected. In the circulation of the soil a gully is inserted. The direction of the water push tube from top to bottom ensures the humidification of vertical filter fleece. The movement of the water particles counteracts the flow of air. Here, the water is evaporated while influencing the air flow. Disadvantages of this LK are a low efficiency of water evaporation from the moistened filter webs in the air stream entering the LC and, consequently, also a low degree of air cooling. For the collection of the unevaporated water in the air a special basin is provided along the edge line of the LK. The filter fabric increases air resistance at the entrance to the LK, and as a result, the amount of air entering the LK is reduced. Reducing the amount of air reduces the overall efficiency of LC heat exchange. There are additional costs for the constant cleaning of the filter fleece required. The technical task is to increase the working efficiency of the LC under conditions of hot climate. The technical result is the improvement of the participation of the air with the heat transfer medium.

Das angegebene technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass ein Gerät für die Abkühlung oder Kondensation des Wärmeträgers eingesetzt wird, das aus einem Gehäuse, einem Lüftungselement und einem Wärmeaustauscher besteht. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element für Wasservernebelung vor den Öffnungen des Gehäuses für die Luftentnahme von außen eingestellt ist. Dieses Element ist in Form eines geschlossenen Kreislaufs mit den nach der Länge des Kreislaufs gleichmäßig gelegenen Wasservernebelungsdüsen ausgeführt und ist mit dem Gehäuse fest verbunden oder auf der mit dem Gehäuse gemeinsamen Basis befestigt. Der Kreislauf kann aus zwei ausgehöhlten Röhren bestehen, die im oberen und unteren Teil in einer solchen Weise verbunden sind, dass sich die Flüssigkeit durch sie in gleicher Richtung zur Bildung eines gleichmäßigen Drucks zwischen den Düsen bewegt. Die Düsen werden mit Durchmessern von höchstens 3 mm angefertigt. Es wird ein Druck im Kreislauf von ca. 80 atm geschaffen. The specified technical result is achieved by using a device for the cooling or condensation of the heat carrier, which consists of a housing, a ventilation element and a heat exchanger. It is characterized in that at least one element for water misting is set in front of the openings of the housing for the air extraction from the outside. This element is in the form of a closed circuit with the water misting nozzles uniformly along the length of the circuit and is fixedly connected to the housing or fixed to the base common to the housing. The circuit may consist of two hollowed tubes connected in the upper and lower part in such a way that the liquid moves through them in the same direction to form a uniform pressure between the nozzles. The nozzles are made with diameters of at most 3 mm. It creates a pressure in the circulation of about 80 atm.

Bei der Entwicklung des Geräts wird eine Reihe von Elementen für die Wasservernebelung ausgeführt, die entlang der Randlinie des Geräts zur Bildung eines lückenlosen Nebelschleiers angeordnet und miteinander mit der Rohrleitung mit einer unabhängigen Wasserquelle verbunden sind. Jedes Element für die Wasservernebelung wird dabei mit einem Hahn für die unabhängige Ausschaltung der Rohrleitung und mit der Möglichkeit des Ersatzes ohne Stillsetzung der anderen Elemente für die Wasservernebelung ausgeführt. Diese technische Lösung ermöglicht die Steigerung des Arbeitswirkungsgrads des LK im heißen Klima durch die Schaffung der Bedingungen der Zwangslaufkühlung der ins LK einlaufenden Luft. Anders gesagt, durch die Einstellung des Verdampfungssystems am Lufteingang im LK ergibt sich die Möglichkeit, die Fähigkeit der Luft zur Abkühlung durch die Verdampfung der Feuchtigkeit zu steigern, die durch die Wirbelstromdüsen in die ins LK eingelaufene Luft pulverisiert wird. Im Vergleich zum Prototyp ermöglicht die Erfindung, den Vorgang der Luftabkühlung vom Vorgang der Abkühlung des Wärmeträgers zu trennen. Zuerst wird am Eingang des LK eine höchstmögliche Verdampfung der mikroskopisch kleinen Wassertropfen ohne ihre Hinterlegung auf den Konstruktionen des LK durch den von den Düsen, die das Wasser pulverisieren, gebildeten Nebenschleier erzeugt. Damit wird die heiße Luft, die in den LK einläuft, abgekühlt. Danach wird der Wärmeträger innerhalb des LK infolge des erhöhten Wärmeaustausches des Wärmeträgers durch den Wärmeaustauscher mit dem Eintrittsluftstrom, der am Eingang in LK abgekühlt wurde, abgekühlt oder kondensiert. Somit wird ein höherer Arbeitswirkungsgrad des LK im heißen Klima gewährleistet. Dadurch, dass das System der Verdampferrohrelemente außen angeordnet ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung den Zugang zu den Düsen, die für die Vernebelung des kalten Wassers bestimmt sind. Damit wird die Wartung des LK erleichtert. Außerdem ermöglicht das Ring-Verdampfungssystem mit der Außenstellung der Rohrelemente in Form von Ringen, die Wartung und Reparatur der Düsen einer der Elemente durchzuführen, ohne das ganze System auszuschalten und ohne den LK abzustellen. In the development of the device, a series of elements for water misting are arranged, which are arranged along the edge line of the device to form a continuous fog curtain and connected to each other with the pipeline to an independent water source. Each element for water misting is carried out with a tap for the independent disconnection of the pipeline and with the possibility of replacement without stopping the other elements for water misting. This technical solution makes it possible to increase the working efficiency of the LK in the hot climate by creating the Conditions of the forced cooling of the air entering the LK. In other words, by adjusting the evaporation system at the air inlet in the LK, there is the possibility of increasing the ability of the air to cool down by the vaporization of moisture pulverized by the eddy current nozzles into the air introduced into the LK. In comparison to the prototype, the invention makes it possible to separate the process of air cooling from the process of cooling the heat carrier. First, at the entrance of the LK, the highest possible vaporization of the microscopic water droplets without their deposition on the constructions of the LK is produced by the secondary veil formed by the nozzles that pulverize the water. This cools the hot air that enters the LK. Thereafter, the heat transfer medium is cooled or condensed within the LK as a result of the increased heat exchange of the heat carrier through the heat exchanger with the inlet air stream which has been cooled at the entrance to LK. Thus, a higher working efficiency of the LK is guaranteed in hot climates. By locating the system of evaporator tube elements externally, the present invention allows access to the nozzles intended for nebulization of the cold water. This facilitates the maintenance of the LK. In addition, with the outward positioning of the tubular elements in the form of rings, the ring evaporation system allows one to carry out the maintenance and repair of the nozzles without turning off the entire system and without turning off the LC.

In 1 sind ein Gerät für die Abkühlung (Kondensierung) des Wärmeträgers isometrisch und die Elemente für die Wasservernebelung schematisch dargestellt. In 1 are a device for the cooling (condensation) of the heat carrier isometric and the elements for water misting schematically shown.

In 2 ist das Anordnungsschema der Elemente für die Wasserverdampfung um das Gerät herum dargestellt. In 2 the arrangement diagram of the elements for the evaporation of water around the device is shown.

In 3 ist ein Element für die Wasservernebelung dargestellt. In 3 is an element for water misting shown.

Die Erfindung ermöglicht es, den Arbeitswirkungsgrad von LK im heißen Klima durch die Bildung der Bedingungen der Zwangsabkühlung der Luft zu erhöhen, die in das Gerät eintritt. Anders gesagt, infolge der Einstellung des Verdampfungssystems (der Elemente für die Wasserverdampfung) am Lufteingang in das Gerät ist es möglich, die Fähigkeit der Luft zur Abkühlung durch die Verdampfung der Feuchtigkeit, die durch die Düsen in die in das Gerät eingegangene Luft pulverisiert wird, zu erhöhen. Im Vergleich zu dem Prototyp ermöglicht die Erfindung, den Vorgang der Luftabkühlung von dem Vorgang der Abkühlung des Wärmeträgers zu trennen. Zuerst wird am Eingang in das Gerät eine höchstmögliche Verdampfung der mikroskopisch kleinen Wassertropfen ohne ihre Hinterlegung auf den Konstruktionen des LK durch den von den Düsen, die das Wasser pulverisieren, gebildeten Nebenschleier erzeugt. Damit wird die heiße Luft, die in das Gerät einläuft, abgekühlt. Danach wird innerhalb des Geräts infolge des erhöhten Wärmeaustausches des Wärmeträgers durch den Wärmeaustauscher mit dem Eintrittsluftstrom, der am Eingang des Geräts abgekühlt wurde, der Wärmeträger abgekühlt oder kondensiert. Somit wird ein höherer Arbeitswirkungsgrad des Geräts im heißen Klima gewährleistet. Da das System der Verdampferrohrelemente außen angeordnet ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung den Zugang zu den Düsen, die für die Vernebelung des kalten Wassers bestimmt sind. Damit wird die Wartung des Geräts erleichtert. Außerdem ermöglicht das Ring-Verdampfungssystem mit der Außenstellung der Rohrelemente in Form von Ringen, die Wartung und Reparatur der Düsen einer der Elemente durchzuführen, ohne das ganze System auszuschalten und ohne das Gerät abzustellen. The invention makes it possible to increase the working efficiency of LK in the hot climate by forming the conditions of the forced cooling of the air entering the apparatus. In other words, as a result of the adjustment of the evaporation system (elements for water evaporation) at the air inlet to the apparatus, it is possible to reduce the ability of the air to cool by evaporating the moisture that is pulverized by the nozzles into the air entering the apparatus. to increase. Compared to the prototype, the invention makes it possible to separate the process of air cooling from the process of cooling the heat carrier. First, at the entrance to the apparatus, the highest possible evaporation of the microscopic water droplets without their deposition on the constructions of the LK is produced by the secondary veil formed by the nozzles that pulverize the water. This cools the hot air entering the unit. Thereafter, the heat transfer medium is cooled or condensed within the unit due to the increased heat exchange of the heat carrier through the heat exchanger with the inlet air flow, which was cooled at the entrance of the device. Thus, a higher working efficiency of the device is guaranteed in hot climates. Since the system of evaporator tube elements is located on the outside, the present invention allows access to the nozzles intended for nebulization of the cold water. This facilitates the maintenance of the device. In addition, with the outward positioning of the tubular elements in the form of rings, the ring evaporation system allows maintenance and repair of the nozzles to be carried out on one of the elements without shutting down the whole system and turning the device off.

Das Gerät besteht aus dem Gehäuse 1 mit Fenster oder offenen Öffnungen für den Lufteintritt, dem Ventilationssystem 2 und einem Satz Wärmeaustauscher 3. Von außen entlang der Randlinie des LK sind die in einem Kreislauf verbundenen Hohlrohre aufgehängt, die ein Element für die Wasserverdampfung des Verdampfers 4 bilden, die miteinander unter der Bildung des geschlossenen Systems mit einer Rohrleitung 5 für die Zufuhr des Wassers aus der Quelle 6 verbunden sind. Die Rohrteile 5 des Elements 4 sind in den Öffnungen der Luftansaugfenster angeordnet und sind mit Düsen 7 ausgerüstet. Die Düsen 7 sind gleichmäßig entlang der Ranglinie jedes Elements 4 eingestellt. The device consists of the housing 1 with window or open openings for the air intake, the ventilation system 2 and a set of heat exchangers 3 , From the outside along the edge line of the LK suspended in a circuit hollow tubes are suspended, which is an element for the evaporation of water evaporator 4 form together with the formation of the closed system with a pipeline 5 for the supply of water from the source 6 are connected. The pipe parts 5 of the element 4 are arranged in the openings of the air intake windows and are equipped with nozzles 7 equipped. The nozzles 7 are even along the rank line of each element 4 set.

Das Gerät funktioniert in folgender Weise. Der Wärmeträger, der abgekühlt oder kondensiert werden soll, wird dem Wärmeaustauscher 3 zugeführt. Aus der unabhängigen Quelle 6 wird das Wasser unter Hochdruck (z. B. 80 atm) per Rohrleitung des Systems 5 dem Element 4 zugeführt. Durch die Öffnungen der speziellen Düsen 7 (mit einem Durchmesser von höchstens 3 mm), die um das Gehäuse 1 herum angeordnet sind, wird das Wasser im Luftstrom, der in das Gradierwerk durch die Fenster oder durch offene Öffnungen eindringt, pulverisiert. Bei dem Kontakt des heißen Luftstroms mit dem Wasserschleier wird das Wasser verdampft. In Verbindung damit, dass jede verdampfte Flüssigkeit Energie aus ihrer Umgebung entnimmt, wird der Luftstrom abgekühlt. Der abgekühlte Luftstrom geht durch das Ventilationssystem 2 zum Wärmeaustauscher 3 und kühlt ab oder kondensiert (abhängig von den Zwecken des Geräts) den in das Gerät eingegangenen Wärmeträger. The device works in the following way. The heat transfer medium, which is to be cooled or condensed, is the heat exchanger 3 fed. From the independent source 6 the water is under high pressure (eg 80 atm) by piping the system 5 the element 4 fed. Through the openings of special nozzles 7 (with a diameter of at most 3 mm) around the housing 1 are arranged around, the water in the air stream, which penetrates into the graduation mill through the windows or through open openings, pulverized. Upon contact of the hot air stream with the water curtain, the water is evaporated. In conjunction with the fact that each vaporized liquid takes energy from its environment, the air flow is cooled. The cooled air stream goes through the ventilation system 2 to the heat exchanger 3 and cools or condenses (depending on the purposes of the device) the heat transfer medium that has entered the device.

Das beschriebene Anordnungsschema der Vernebelungselemente aus den Rohrteilen ermöglicht, einen gleichmäßigen Druck vor jede Düse zu gewährleisten. Wenn zum Beispiel ein Element des Bewässerungssystems mit zehn Düsen mit einem Durchmesser von 3 mm ausgerüstet wird, so kann man bei dem angegebenen Druck 184 Liter Wasser pro Stunde verdampfen. Damit kann man die Temperatur der Luft, die durch dieses Element durchgeht, um 15 Grad reduzieren. Infolge der Arbeit des ganzen Abkühlungsgeräts des LK werden 17 Mio. kcal Wärme pro Stunde aus der Luft verbraucht. Demzufolge wird die Temperatur der Luft, die dem Gradierwerk zugeführt ist, durchschnittlich um 15 Grad reduziert. The described arrangement scheme of the nebulization of the pipe parts allows to ensure even pressure in front of each nozzle. If, for example, an element of the irrigation system is equipped with ten nozzles of diameter 3 mm, it is possible to evaporate 184 liters of water per hour at the indicated pressure. This can reduce the temperature of the air passing through this element by 15 degrees. As a result of the work of the whole refrigeration unit of the LK, 17 million kcal of heat per hour are consumed from the air. As a result, the temperature of the air supplied to the graduation unit is reduced on average by 15 degrees.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

RU 2200907 [0003]

Claims

Device for cooling or condensation of the heat carrier, which consists of a housing, a ventilation element and a heat exchanger, characterized in that at least one element for water misting is set in front of the openings in the housing for air extraction from the outside and that this element in the form of a closed circuit run according to the length of the circuit evenly located water misting nozzles and fixedly connected to the housing or fixed on the base common to the housing.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the circuit consists of two hollow tubes which are connected in the upper and lower part in such a way as to ensure the movement of the liquid through these tubes and a uniform pressure at each nozzle.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the diameter of the nozzle is at most 3 mm.

Apparatus according to claim 3, characterized in that a pressure of 80 atm is formed in the circuit.

Apparatus according to claims 1 to 4, characterized in that it comprises a plurality of elements for water misting, which are arranged along the edge line of the apparatus for forming a continuous fog curtain and connected to each other through the pipeline to the independent water source.

Apparatus according to claim 5, characterized in that each element for the water misting has a tap for the independent elimination of the pipeline and is designed with the possibility of replacement without stopping the other elements for water misting.