Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения

При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждаю­щее устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуля­ционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-эконо­мическим показателям работы объекта.

Понижение температуры воды в охладителях происходит за счет передачи ее тепла воздуху. По способу передачи тепла охладители, при­меняемые в системах оборотного водоснабжения, разделяются на испа­рительные и поверхностные (радиаторные). В испарительных охладите­лях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непос­редственном контакте с воздухом (испарение 1 % воды снижает ее тем­пературу на 6°C). В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача ее тепла воздуху.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха относительно невели­ки, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Напри­мер, для понижения температуры воды с 40 до 30° С при температуре воздуха 25° С на 1 м³ охлаждаемой воды к испарительному охладителю должно быть подведено около 1000 м³ воздуха, а к радиаторному охла­дителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется,— около 5000 м³ воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха раз­деляются на открытые, башенные и вентиляторные. К открытым охла­дителям относятся водохранилища-охладители (или пруды-охладите­ли), брызгальные бассейны, открытые градирни. В них движение возду­ха относительно поверхности охлаждаемой воды обусловливается вет­ром и естественной конвекцией. Вбашенных охладителях — башенных градирнях — движение воздуха вызывается естественной тягой, созда­ваемой высокой вытяжной башней. В вентиляторных охладителях — вентиляторных градирнях — осуществляется принудительная подача воз­духа с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов.

Радиаторные охладители, которые называют также «сухими гра­дирнями», по способу подвода к ним воздуха могут быть башенными или вентиляторными.

Для охлаждения циркуляционной воды до достаточно низких тем­ператур требуется большая площадь контакта ее с воздухом — порядка 30 м² на 1 м³/ч охлаждаемой воды. Соответственно этой рекомендации следует принимать площадь зеркала воды водохранилищ-охладителей. В градирнях необходимая площадь контакта создается путем распреде­ления воды над оросительными устройствами, по которым она стекает под действием силы тяжести в виде тонких пленок или капель, разби­вающихся при попадании на рейки на мельчайшие брызги. В брызгальных бассейнах для создания необходимой площади контакта с возду­хом вода разбрызгивается специальными соплами на мельчайшие капли, суммарная поверхность которых должна быть достаточной для ис­парительного охлаждения

Градирни

Необходимая для охлаждения воды площадь, поверхности ее сопри­косновения с воздухом создается в градирнях на оросительных устройст­вах (оросителях), которые могут быть капельными, пленочными или ком­бинированными. Имеются градирни без оросителей, в которых над водо­сборными бассейнами внутри башни устанавливаются высоконапорные разбрызгивающие сопла. Эти так называемые брызгальные градирни ме­нее эффективны, чем градирни с капельным или пленочным оросителем, поскольку площадь поверхности контакта воды с воздухом в них относи­тельно меньше. Ороситель называется поперечноточньм, если воздух проходит через него, горизонтально — поперек стекающих вниз пленок или падающих капель воды, и противоточным, если воздух движется в нем вверх — на­встречу стекающей воде.

Водораспределительные и оросительные устройства градирен. Ох­лаждаемая вода распределяется над оросителем градирни по системе деревянных или железобетонных лотков, в дне которых имеются отвер­стия со вставленными в них трубочками (гидравлическими насадками). Струи воды, вытекающие из насадков, падают на разбрызгивающие та­релочки, образуя фонтаны брызг, орошающие расположенный ниже оро­ситель. Гидравлические насадки и тарелочки изготовляют из фарфора или пластмассы. Их располагают над оросителем с таким расчетом, что­бы факелы брызг, создаваемых соседними тарелочками, перекрывали друг друга, что достигается при расстоянии между ними 1—1,25 м. При­меняют также напорное водораспределительное устройство из нержаве­ющих труб, например асбестоцементных. В этом случае вода разбрызги­вается над оросителем с помощью специальных низконапорных сопел.

Капельный ороситель состоит из большого числа деревянных реек треугольного или прямоугольного сечения, расположенных горизон­тальными ярусами. При падении капель воды с верхних реек на нижние образуются факелы мелких брызг, создающие большую поверхность соприкосновения с воздухом.

Пленочный ороситель состоит из щитов, устанавливаемых верти­кально или под небольшим углом к вертикали. По по­верхности щитов стекает вода, образуя пленку толщиной 0,3—0,5 мм. Щиты выполняют из отдельных досок, располагаемых горизонтально нанекотором расстоянии друг от друга. Применяют и сплошные щиты из хорошо смачивающихся материалов, например асбестоцементные прес­сованные листы толщиной 6—8 мм. Для создания сплошной пленки на нижней кромке щита делают треугольные вырезы (фестоны), сосредото­чивающие стекающую воду в отдельные струйки, которые как бы растя­гивают пленку по поверхности щита. При стекании пленки со щитов от­дельными струйками уменьшается сопротивление проходу воздуха под оросителем.

Применяют также оросители комбинированные капельно-пленочные.

При конструировании оросителя следует стремиться к уменьшению сопротивления движению воздуха, так как это дает возможность увели­чить расход воздуха через градирню и, следовательно, интенсифициро­вать охлаждение в ней воды. В этом смысле пленочный ороситель пред­почтительнее капельного, так как он оказывает меньшее сопротивление движению воздуха, однако для его изготовления требуется больший рас­ход материалов.

Постоянный контакт с текущей теплой водой и влажным воздухом приводит к быстрому износу деревянных конструкций оросителей, по­этому срок их службы невелик и требуются частые ремонты.

В настоящее время широкое распространение получили оросители градирен, выполняемые из плоских или волнистых асбестоцементных ли­стов с несущим каркасом из сборных железобетонных конструкций.

При эксплуатации градирен в зимнее время возникают трудности в связи с обледенением участков оросителей, расположенных вблизи воз­духовходных окон градирен. Обледенение может привести к обрушению оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося льда. Во избежание обледенения уменьшают поступление воздуха в градирню в зимнее время, для чего перед воздуховходными окнами устанавливают навесные или поворотные щиты. Применяют также обливание располо­женных вблизи воздуховходных окон участков оросителя теплой водой, которая подводится по специальному трубопроводу, оборудованному разбрызгивающими соплами.

Открытые градирни

Открытые градирни бывают двух типов: брызгальные и капельные Их применяют в системах водоснабжения с расходом оборотной воды от 15 до 500 м³/ч, допускающих временное нарушение технологического процесса отдельных установок.

Первые представляют собой небольшой брызгальный бассейн, огражденный со всех сторон жалюзийными решетками, препятствующими большому выносу брызг воды за пределы градирни; решетки выполняют из досок под углом 45-60⁰ к горизонту. Плотность орошения для таких градирен принимают от 1,5 до 3 м³/ч на 1 м².

В капельной градирне в отличие от брызгальной имеется ороситель из деревянных реек.

Область применения открытых градирен определяется следующими оптимальными условиями: плотность орошения 0,8-1,4 кг/(м² с); перепад температур горячей и охлажденной воды 5-10 ⁰С.

Башенные градирни

Вытяжные башни градирен служат для созда­ния естественной тяги за счет разности удельных весов наружного воз­духа, поступающего в градирню, и нагретого и увлажненного воздуха, выходящего из градирни.

Наиболее сложным элементом башенной градирни является вытяжная башня, которая работает в очень тяжелых условиях, поэтому к материалом для ее изготовления предъявляются особенные требования.

Башни крупных градирен выполняются, как правило, в виде оболо­чек гиперболической формы (рис. 2), которая наиболее рациональ­на по условиям устойчивости и внутренней аэродинамики.

Допуская большую плотность орошения, они могут быть ком­пактно размещены на площадке промышленного предприятия. Наличие высоких башен позволяет размещать их на небольших расстояниях от производственных зданий и сооружений.

Область применения башенных градирен характеризуется следующими параметрами: перепад температур горячей и охлажденной воды 5-15 ⁰С; разность температуры охлажденной воды и температуры атмосферного воздуха по смоченному термометру 6-8 ⁰С,т.е. меньше, чем у открытых градирен. Таким образом, охлаждение воды на этих градирнях происходит до более низких температур.

Вентиляторные градирни

Имеются два основных типа вентилятор­ных градирен: башенные, оборудованные вентиляторами большой про­изводительности с использованием естественной тяги воздуха и секционные, состоящие из ряда стандартных секций, каждая из которых обслу­живается отдельным вентилятором.

В горловине башен одновентиляторных градирен (рис. 3) над оросителем устанавливают большие вентиляторы с диаметром лопастей от 10 до 18 м. Секционные вентиляторные градирни (рис. 4) состоят из нескольких прямо­угольных стандартных секций, в которые воздух входит с одной стороны или с двух сторон. Каждая секция оборудуется отсасывающим или нагнетательным вентилятором с лопастями диаметром до 10 м и элек­троприводом. Вентиляторы отсасывающего типа, которые устанавливаются над оросителем, обеспечивают более равномерное распределение воздуха в оросителе и, находясь в зоне теплого воздуха, не обмерза­ют в зимнее время. Нагнетательные вентиляторы устанавливаются на входном отверстии градирни у основания.

Вентиляторные градирни применяют в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, при необходимости маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматизации для поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта, а также при необходимости сокращения объемов строительных работ.

Рисунок 2 – Башенная противоточная градирня

1 - вытяжная башня; 2 -водоуловитель; 3 - водораспределительная система; 4 - оросительное устройство; 5 -воздухорегулирующее устройство; 6 - водо­сборный бассейн.

Сооружения вентиляторных градирен дешевле башенных на 50-80 %. в сравнении с башенными градирнями они работают при более низких напорах воды, однако для привода вентиляторов необходим значительный расход электроэнергии, а сами вентиляторы и их приводы нуждаются в постоянном уходе и ремонте.

Область применения вентиляторных градирен определяется следующими параметрами: перепад температуры воды до 25 ⁰С и выше; разность температур охлажденной воды и температуры атмосферного воздуха по смоченному термометру 4-5 ⁰С.

Приведенные данные указывают на то, вентиляторные градирни могут охлаждать воду до более низких температур, чем башенные, и для достижения одинакового эффекта охлаждения они требуют меньшей площади застройки по сравнению с другими охладителями воды.

Рисунок 3 – Одновентиляторная градирня

1 – водоподводящая труба; 2 – во­дораспредели­тельное устройст­во; 3 – капель-но–пленочный ороси­тель; 4 – водо­сборный бассейн; 5 – электродвига­тель вен-тилято­ра; 6 – гидромуф­та; 7– редуктор; 8 – вертикальный вал вентилятора; 9 –лопасти вен­тилятора; 10 – вы­тяжная башня

Рисунок 4 – Вентиляторная шестисекционная градирня

1 – водоподводящая труба; 2 – во­дораспределительное устройство; 3 – капель-ный ороситель; 4 – водо­сборный резервуар; 5 – вентилятор; 6 – электродвига-тель вентилятора;7 – воздухонаправляющие козырьки; 8 –водоулавливающиежалюзи;9 – направление потока воздуха; 10 – вытяжной диффузор.

Сухие градирни

Сухие градирни представляют собой теплообменные соору­жения, в которых теплопередающей поверхностью служат ра­диаторы из оребренных трубок. Для создания тяги такие градир­ни могут быть оборудованы вентиляторами или вытяжной баш­ней (рис. 5).

Передача тепла от нагретой среды, протекающей внутри трубок радиатора, атмосферному воздуху осуществляется без непосредственного контакта через сильно развитую поверх­ность ребер, имеющихся на трубках, за счет теплопроводности и конвекции. Для интенсификации процессов теплопередачи ребристые трубы могут орошаться снаружи водой.

Радиаторы изготовляются самых разнообразных конструк­ций, главным образом, из стали или алюминия.

Сухие градирни применяются в случаях:

–когда необходимо иметь закрытый, изолированный от кон­такта с атмосферным воздухом контур циркуляции воды в си­стеме оборотного водоснабжения;

–высоких температур нагрева оборотной воды в теплообменных технологических аппаратах, не допускающих ее охлажде­ния в градирнях испарительного типа;

–отсутствия или серьезных затруднений в получении свежей воды на пополнение безвозвратных потерь в оборотных циклах.

Сухие градирни не имеют широкого распространения в срав­нении с испарительными градирнями из-за их высокой стоимости, малой производительности и большого расхода электро­энергии.

Одним из недостатков систем воздушного охлаждения с су­хими градирнями является зависимость их холодопроизводительности от температуры наружного воздуха, которая резко меняется не только в течение года, но и в течение суток. Для устойчивой работы таких градирен требуется также обеспечи­вать стабильную тепловую нагрузку, в особенности при холод­ном атмосферном воздухе.

Рисунок 5 – Сухие градирни

а–воздушно–конденсационная установка (ВКУ) с естественной тягой воздуха; 1–вытяжная башня; 2–охладительные дельты; 3–жалюзийная решетка; б–воздушный конденсатор с механической тягой воздуха; 1–паропровод; 2–трубопровод паровоздушной смеси; 3–охладительные дельты; 4–каркас секции; 5–трубопровод отвода конденсата; 6–вентилятор; 7–опорная конструкция

Гибридные градирни

Гибридная градирня – это комбинированное сооружение, в котором совмещены процессы тепломассообмена, присущие испарительной и сухой градирне. Тяга воздуха может созда­ваться вытяжной башней, вентилятором или совместно башней и несколькими вентиляторами, размещенными по периметру башни в ее нижней части (рис. 6,7).

Технологические и технико-экономические показатели гиб­ридных градирен лучше в сравнении с сухими, но уступают испарительным. Они имеют меньше дорогостоящего теплообменного оборудования и охлаждающая способность их в мень­шей мере зависит от изменения температуры воздуха. К до­стоинствам гибридных градирен можно отнести заметное сни­жение безвозвратных потерь воды в сравнении с испарительны­ми градирнями и возможность работы без видимого парового факела.

По охлаждающей способности гибридные градирни превос­ходят сухие, но уступают испарительным градирням.

Гибридные градирни более сложны при проектировании и строительстве, требуют повышенного внимания и обслужива­ния при эксплуатации не только самих градирен, но и системыводооборота в целом. При недостаточно качественной оборот­ной воде на стенках внутри труб радиаторов образуются солевые отложения, а оребрения труб загрязняются пылью входящего воздуха, что приводит к резкому возрастанию теплового сопро­тивления.

Это вызывает нарушение расчетных режимов работы сухой и испарительной частей, а также аварийные ситуации в зимнее время.

В нашей стране гибридные градирни не получили распрост­ранения из-за повышенных требований при эксплуатации и большей стоимости в сравнении и обычными испарительными градирнями.

Рисунок 6 – Гибридная градирня фирмы «Бальке-Дюрр» (Германия) с комбинированной подачей воздуха

1 – башня; 2 – сухие охлаждающие элементы; 3 – ороситель; 4,5 – вентиляторы сухой и мокрой частей; 6 – жалюзи; 7 – смешивающие элементы; 8 – водоуло-витель; 9 – система распределения воды; 10,12 – подача нагретой воды в сухие охлаждающие элементы и на ороситель; 11,13 – отвод охлажденной воды от сухой и мокрой частей; 14 – шумоглушители; 15 – сухой нагретый воздух; 16 – на-сыщенный нагретый воздух.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: