Использование: в области охлаждения оборотной воды в оборотных системах водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры и может быть использовано в коксохимической, нефтехимической, химической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности. Сущность: изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения оборотной воды за счет разделения потоков направляемой на охлаждение нагретой воды по температуре и подачи их на разные по высоте уровня градирни. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для охлаждения воды и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где применяется закрытая теплообменная аппаратура, в которой материальные потоки охлаждаются водой. Известно техническое решение согласно которому нагретая вода, поступающая в градирню из теплообменной аппаратуры, делится в ней или перед ней на два потока, один из которых перед контактом с воздухом проходит через рубашку, размещенную в нижней части градирни, для предотвращения в зимнее время обмерзания окон и приямка градирни. Другой поток сразу поступает в градирню на контактирование с воздухом. Известно также техническое решение, взятое авторами в качестве прототипа, согласно которому оборотная система водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры включает градирню, соединенную с закрытой теплообменной аппаратурой одним трубопроводом, по которому нагретая вода из теплообменников поступает в градирню для охлаждения на один уровень по высоте одним потоком Недостатком обоих известных технических решений является низкая эффективность охлаждения оборотной воды. Задачей предполагаемого изобретения является повышение эффективности охлаждения оборотной воды в оборотной системе водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры. Это достигается тем, что в оборотной системе водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, включающей градирню, связанную с теплообменными аппаратами трубопроводом подачи нагретой воды в градирню и трубопроводом подачи охлажденной воды из градирни в теплообменные аппараты, градирня связана с теплообменными аппаратами, объединенными по температуре нагретой воды в группы и/или с единичными теплообменными аппаратами с разной температурой нагретой воды, причем каждая группа теплообменных аппаратов или единичные теплообменные аппараты с разной температурой нагретой воды соединены с градирней отдельными турбопроводами подачи в нее нагретой воды от каждой группы теплообменных аппаратов или от единичных теплообменных аппаратов и указанные трубопроводы нагретой воды подключены к градирне на разных уровнях, при этом трубопроводы подачи нагретой воды от групп теплообменных аппаратов с более высокой температурой нагретой воды присоединены к градирне на более высоком уровне по ее высоте, чем трубопроводы от групп или единичных теплообменных аппаратов с более низкой температурой нагретой воды. Задача решается также за счет того, что все трубопроводы нагретой воды, поступающей из групп теплообменных аппаратов или единичных теплообменных аппаратов на разные по высоте уровни градирни, соединены друг с другом попарно двумя трубопроводами-перемычками, на каждом из которых и на трубопроводах нагретой воды установлена запорная трубопроводная арматура, причем те концы трубопроводов-перемычек, через которые при переключении потоков вода отводится из трубопроводов нагретой воды, присоединены к ним в точках, находящихся между установленной на трубопроводах нагретой воды трубопроводной арматурой и теплообменной аппаратурой, а те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода поступает в трубопроводы нагретой воды, присоединены к ним в точках, расположенных между градирней и трубопроводной арматурой. Установка нескольких трубопроводов для подачи нагретой в теплообменной аппаратуре до разных температур воды от теплообменных аппаратов в градирню с присоединением этих трубопроводов к градирне на разных по высоте уровнях и подача на более высокий уровень по высоте градирни нагретой оборотной воды с более высокой температурой, чем температура оборотной воды, отводимой от других групп теплообменных аппаратов на более низкие уровни градирни, позволяет повысить эффективность охлаждения оборотной воды (в силу определенных закономерностей теплофизического процесса охлаждения воды в градирне). При этом уровень по высоте градирни, на который выведен трубопровод нагретой воды, должен быть тем выше, чем выше температура воды, направляемой по этому трубопроводу. Установка трубопроводов-перемычек, соединяющих между собой трубопроводы, по которым нагретая в теплообменной аппаратуре оборотная вода поступает на охлаждение в градирню, и трубопроводной запорной арматуры на трубопроводах нагретой воды и трубопроводах-перемычках позволяет переключать с одного уровня градирни по высоте на другой потоки нагретой оборотной воды при изменении ее температуры на выходе из теплообменных аппаратов с целью восстановления первоначального распределения потоков нагретой воды на разных уровнях градирни таким образом, чтобы на более высокий уровень градирни поступала нагретая оборотная вода с более высокой температурой, чем поток оборотной воды, поступающий на более низкий уровень. А это, в свою очередь, повышает эффективность охлаждения воды в оборотной системе. Переключение потоков нагретой оборотной воды с одного уровня градирни по высоте на другой уровень (с более высокого на более низкий и наоборот) обеспечивается так, что те, образующиеся в результате врезки трубопроводов-перемычек в трубопроводы нагретой воды отверстия, через которые вода отводится из трубопроводов нагретой воды, находятся между установленной на них трубопроводной арматурой и теплообменной аппаратурой, а те отверстия, через которые при переключении потоков вода по трубопроводам-перемычкам поступает в трубопроводы нагретой воды, находятся между установленной на них трубопроводной арматурой и градирней. Предложенное решение поясняется схемой оборотной системы водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, представленной на чертеже. Оборотная система включает градирню 1 и три группы теплообменных аппаратов 2-4, соединенные с градирней трубопроводами 5-7, по которым нагретая вода из теплообменных аппаратов поступает на разные уровни по высоте градирни, трубопроводы-перемычки 8-13, трубопроводную арматуру 14-16 (установленную на трубопроводах 5-7) и насос 17 подачи охлажденной воды в теплообменные аппаратуры 2-4 по трубопроводу 18. Теплообменные аппараты объединены в группы 2-4 по температуре нагретой воды на выходе из них. В группу 2 включены теплообменники с наиболее высокой температурой нагретой воды на выходе из них, в группу 4 с наиболее низкой. Трубопроводы 5-7 попарно соединены двумя трубопроводами-перемычками: трубопроводы 5 и 6 соединены трубопроводами-перемычками 8 и 9; трубопроводы 5 и 7 соединены трубопроводами-перемычками 10 и 11; трубопроводы 6 и 7 соединены трубопроводами-перемычками 12 и 13. На каждом из трубопроводов 5-7 имеется трубопроводная арматура (задвижка или вентиль) 14-16, расположенная между местом врезки в трубопроводы 5-7 концов трубопроводов-перемычек 8-13 таким образом, что по одну сторону от трубопроводной арматуры 14-16, между нею и теплообменной аппаратурой 2-4, врезаны те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода в случае изменения ее температуры на выходе из теплообменных аппаратов при переключении потоков отводится из одного трубопровода нагретой воды в другой, а по другую сторону от трубопроводной арматуры, между нею и градирней, врезаны те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода поступает в трубопровод нагретой воды. На каждом трубопроводе-перемычке также установлена трубопроводная арматура. Эффективность предложенного решения иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Охлаждение оборотной воды осуществляется в вентиляторной градирне 1 высотой 20 м (см. чертеж). Нагретая вода с температурой 80 o C по трубопроводу 5 из группы теплообменников 2 в количестве 800 м 3 /ч поступает на верхний уровень градирни (находящийся на отметке 15,5 м, или на 2,5 м выше уровня подачи в градирню нагретой воды по трубопроводу 6). По трубопроводу 6 в градирню поступает оборотная нагретая вода с температурой 40 o C в количестве 2550 м 3 /ч из групп теплообменников 3. Группа теплообменников 4 временно отключена от охлаждаемых материальных потоков и от градирни 1. Температура охлажденной воды в трубопроводе 18 после градирни равна 23 o C. Температура оборотной воды после градирни в оборотной системе, работающей по схеме, соответствующей прототипу равна 27 o C. Таким образом, температура охлажденной воды согласно предложенному техническому решению на 4 o ниже, чем по прототипу Следовательно, эффективность предложенного решения выше, чем эффективность решения по прототипу. Пример 2. Температура оборотной воды на выходе из теплообменников 2 понизилась с 80 до 35 o C (одновременно ее расход увеличился от 500 м 3 /ч до 2400 м 3 /с), а температура нагретой оборотной воды, поступающей в градирню из теплообменников 3 по трубопроводу 6, повысилась с 40 до 68 o C (одновременно расход ее уменьшился от 2500 м 3 /ч до 780 м 3 /с). В этом случае переключают потоки таким образом, что в результате переключения нагретая оборотная вода от теплообменников 3 поступает на верхний уровень градирни по трубопроводу 5 (точнее по его участку, расположенному между запорной арматурой и градирней), а оборотная вода от теплообменников 2 поступает на нижний уровень градирни по трубопроводу 6 (точнее по его участку, расположенному между запорной арматурой и градирней). Для этого закрывают задвижку 14 на трубопроводе 5 и задвижку 15 на трубопроводе 6 и открывают задвижки на трубопроводах-перемычках 8 и 9. Температура охлажденной воды в результате переключения потоков снизилась от 28 до 24 o C, то есть на 4 o C. Таким образом, предложенное решение, включающее группирование (объединение) теплообменных аппаратов по температуре нагретой воды и соединение каждой из указанных групп теплообменных аппаратов (или единичных теплообменников) отдельными трубопроводами нагретой воды с гардирней, выведенными на разные ее уровни по высоте так, что уровень этот тем выше, чем выше температура нагретой воды, а также соединение каждой пары трубопроводов нагретой воды двумя трубопроводами-перемычками позволяет существенно повысить эффективность охлаждения оборотной воды в оборотной системе водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры по сравнению с известным решением. Предлагаемое изобретение применимо в тех оборотных системах водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, которые включают не менее двух групп или двух единичных теплообменных аппаратов, отличающихся друг от друга теплотехническими характеристиками охлаждаемых материальных потоков, а следовательно, и температурой нагретой оборотной воды (что в производственных условиях наблюдается достаточно часто).
Формула изобретения
1. Оборотная система водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, включающая градирню, связанную с теплообменными аппаратами трубопроводом подачи нагретой воды в градирню и трубопроводом подачи охлажденной воды из градирни в теплообменные аппараты, отличающаяся тем, что градирня связана с теплообменными аппаратами, объединенными по температуре нагретой воды в группы, и/или с единичными теплообменными аппаратами с разной температурой нагретой воды, причем каждая группа теплообменных аппаратов или единичные теплообменные аппараты с разной температурой нагретой воды соединены с градирней отдельными трубопроводами подачи в нее нагретой воды от каждой группы теплообменных аппаратов или от единичных теплообменных аппаратов и указанные трубопроводы нагретой воды подключены к градирне на разных уровнях, при этом трубопроводы подачи нагретой воды от групп теплообменных аппаратов или единичных теплообменных аппаратов с более высокой температурой нагретой воды присоединены к градирне на более высоком уровне по ее высоте, чем трубопроводы от групп или единичных теплообменных аппаратов с более низкой температурой нагретой воды. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что все трубопроводы нагретой воды, поступающей из групп теплообменных аппаратов или единичных теплообменных аппаратов на разные по высоте уровни градирни, соединены друг с другом попарно двумя трубопроводами-перемычками, на каждом из которых и на трубопроводах нагретой воды установлена запорная трубопроводная арматура, причем те концы трубопроводов-перемычек, через которые при переключении потоков вода отводится из трубопроводов нагретой воды, присоединены к ним в точках, находящихся между установленной на трубопроводах нагретой воды трубопроводной арматурой и теплообменной аппаратурой, а те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода поступает в трубопроводы нагретой воды, присоединены к ним в точках, расположенных между градирней и трубопроводной арматурой.
11.31. Тип и размеры охладителя должны приниматься с учетом:
расчетных расходов воды;
расчетной температуры охлажденной воды, перепада температур воды в системе и требований технологического процесса к устойчивости охладительного эффекта;
режима работы охладителя (постоянный или периодический);
расчетных метеорологических параметров;
условий размещения охладителя на площадке предприятия, характера застройки окружающей территории, допустимого уровня шума, влияния уноса ветром капель воды из охладителей на окружающую среду;
химического состава добавочной и оборотной воды и др.
11.32. Область применения охладителей воды надлежит принимать по табл. 39.
Таблица 39
Примечание. Показатели в таблице даны для воды, поступающей на охладитель, с температурой не более 45°С.
11.33. Технологические расчеты градирен и брызгальных бассейнов надлежит производить исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха по сухому и влажному термометрам (или относительной влажности воздуха) по замерам в 7, 13 и 19 ч за летний период года по многолетним наблюдениям при обеспеченности 1-10%. Для тепловых и атомных электростанций расчеты надлежит производить исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха, по сухому и влажному термометрам за летний период среднего и жаркого года. Выбор обеспеченности производится в зависимости от категории водопотребителя по табл. 40.
Таблица 40
При отсутствии данных о среднесуточных температурах и влажности атмосферного воздуха с указанной обеспеченностью следует принимать средние температуры и влажности в 13 ч для наиболее жаркого месяца согласно СНиП 2.01.01-82 с добавлением к температуре воздуха по влажному термометру 1-3°С при неизменной величине влажности в зависимости от категории водопотребителя.
11.34. Технологические расчеты градирен должны выполняться по методике, учитывающей тепломассообмен в активной зоне охлаждения и аэродинамические сопротивления градирни, или по графикам, составленным на основании экспериментов.
11.35. Технологические расчеты охлаждающей способности брызгальных бассейнов и открытых градирен должны выполнятся по экспериментальным графикам.
11.36. Технологические расчеты радиаторных градирен должны выполняться по методике, принятой для расчета теплообменных аппаратов с оребренными трубами, охлаждаемых воздухом.
11.37. Технологические расчеты водохранилищ-охладителей для тепловых и атомных электростанций должны выполняться исходя из среднемесячных гидрологических и метеорологических факторов среднего года с учетом теплоаккумулирующей способности водохранилища, графиков нагрузки и ремонта оборудования. Для летнего периода среднего и жаркого года обеспеченностью 10 % проверяется мощность оборудования, устанавливаются пределы и длительность ограничения мощности по максимальным суточным температурам охлаждающей воды. При использовании для охлаждения воды существующих водоемов другого назначения необходимо учитывать особенности пространственного формирования температурного режима в естественных условиях и при сбросе подогретой воды.
11.38. При наличии в оборотной воде примесей, агрессивных по отношению к материалам конструкций градирен и брызгальных бассейнов, должны предусматриваться обработка воды или защитные покрытия конструкций.
11.39. Глубина воды в брызгальных бассейнах и водосборных резервуарах градирен должна приниматься не менее 1,7 м, расстояние от уровня воды до борта бассейна или резервуара - не менее 0,3 м.
Для градирен, располагаемых на покрытиях зданий, допускается устройство поддонов с глубиной воды не менее 0,15 м.
11.40. Водосборные резервуары градирен и брызгальные бассейны должны оборудоваться отводящими, спускными и переливными трубопроводами, а также сигнализацией минимального и максимального уровней воды. На отводящем трубопроводе надлежит предусматривать сороудерживающую решетку с прозорами не более 30 мм.
Днища водосборных резервуаров и брызгальных бассейнов должны иметь уклон не менее 0,01 в сторону приямка со спускной трубой.
11.41. На подающем и отводящем трубопроводах брызгальных бассейнов следует предусматривать запорные устройства для выключения бассейнов на период очистки и ремонта.
11.42. Вокруг водосборных резервуаров градирен и брызгальных бассейнов следует предусматривать водонепроницаемое покрытие шириной не менее 2,5 м с уклоном от сооружений, обеспечивающим отвод воды, выносимой ветром из входных окон градирен и брызгальных бассейнов.
Градирни
11.43. Градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках.
При необходимости сокращения объемов строительных работ, маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматизации для поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта следует применять вентиляторные градирни.
На застроенных территориях следует преимущественно применять вентиляторные градирни на покрытиях зданий.
В южных районах допускается применять поперечно-точные вентиляторные градирни.
В районах с ограниченными водными ресурсами, а также для предотвращения загрязнения оборотной воды токсичными веществами и защиты окружающей среды от их воздействия следует рассматривать возможность применения радиаторных (сухих) градирен или смешанных (сухих и вентиляторных) градирен.
11.44. Для обеспечения наиболее высокого эффекта охлаждения оборотной воды надлежит применять градирни с пленочным оросителем.
При наличии в оборотной воде жиров, смол и нефтепродуктов следует применять градирни с капельным оросителем; при наличии взвешенных веществ, образующих отложения, не смываемые водой, - брызгальные градирни.
11.45. Оросители надлежит предусматривать в виде блоков, конструкция и расстановка которых должны обеспечивать равномерное распределение потоков воды и воздуха по площади градирни.
11.46. Систему распределения воды надлежит принимать напорной трубчатой, допускается применение лотков. При установке разбрызгивающих сопел факелами, направленными вниз, расстояние от сопел до оросителя следует принимать 0,8-1 м, при направлении факелов вверх - 0,3-0,5 м.
11.47. Расположение сопел на трубах распределительной системы должно обеспечивать равномерное распределение воды по площади градирни над оросителем.
11.48. Для предотвращения выноса из градирни капель воды в зоне воздухораспределителя надлежит устанавливать ветровые перегородки, а над водораспределительными системами - водоуловительные устройства.
11.49. Конструкция и расстановка водоуловительных устройств должны обеспечивать отсутствие сквозных вертикальных щелей (оптическую плотность) по всей площади градирни, при этом вынос капель воды не должен превышать: 0,1-0,2 % расхода оборотной воды при отсутствии в ней токсичных веществ, 0,05 % - при наличии токсичных веществ.
В вентиляторных градирнях водоуловительные устройства надлежит размещать на расстоянии не менее 0,5 диаметра вентилятора от его рабочего колеса.
11.50. При расположении градирен на покрытиях зданий необходимо предусматривать жалюзи на воздуховходных окнах градирен.
11.51. Конструкция обшивки каркаса градирни должна исключать возможность подсасывания наружного воздуха.
11.52. Вентиляторные градирни надлежит принимать секционными с забором воздуха с двух сторон или односекционными с забором воздуха по всему периметру.
11.53. Площадь входных окон градирни должна составлять 34-45 % площади градирни в плане.
11.54. Форму градирен в плане следует принимать: у секционных вентиляторных градирен - квадратную или прямоугольную с соотношением сторон не более 4:3, у односекционных и башенных - круглую, многоугольную или квадратную.
11.55. Для предотвращения обледенения градирен в зимнее время необходимо предусматривать возможность повышения тепловой и гидравлической нагрузок за счет отключения части секций или градирен, уменьшения подачи холодного воздуха в ороситель.
11.56. Для поддержания необходимой температуры охлажденной воды в зимнее время следует предусматривать устройства для сброса теплой воды в водосборный резервуар градирни.
11.57. Конструкции градирен надлежит принимать:
каркас - из железобетона, стали или дерева;
обшивку - из дерева, асбестоцементных или пластмассовых листов;
ороситель - из дерева, асбестоцемента или пластмассы;
водоуловительные устройства - из дерева, пластмассы или асбестоцемента;
водосборные резервуары - из железобетона.
Деревянные конструкции должны быть антисептированы невымываемыми антисептиками, при применении древесины мягколиственных пород - модифицированы (пропитаны специальными растворами).
Металлические конструкции должны быть защищены антикоррозионными покрытиями согласно СНиП 2.03.11-85.
Железобетонные конструкции должны выполняться из марок бетона по морозостойкости и водопроницаемости, указанных в п. 14.24.
Для охлаждения отработавшей воды применяют различные типы водоохладительных сооружений (охладителей), которые по способу охлаждения воды в них разделяются на испарительные и поверхностные.
В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее частичного испарения и передачи тепла атмосферному воздуху при непосредственном контакте поверхности воды с ним. В поверхностных охла-дителях охлаждаемая вода не соприкасается с воздухом, а передача тепла от воды к воздуху происходит через стенки радиаторов, внутри которых протекает вода.
К испарительным охладителям относятся открытые водоемы (пруды-охладители, водохранилища, реки, озера), брызгальные бассейны и градирни (открытые, башенные и вентиляторные). К поверхностным охладителям относятся радиаторные (сухие) градирни, набираемые, как правило, из аппаратов воздушного охлаждения (АВО) .
Работа охладителя характеризуется удельной гидравлической, тепловой нагрузкой, шириной и высотой зоны охлаждения.
Удельная гидравлическая нагрузка выражается отношением расхода воды к единице активной площади охладителя. Тепловая нагрузка - это количество тепла, отдаваемое водой воздуху на единицу площади охладителя.
Шириной зоны охлаждения или перепадом температуры называется разность между температурой воды, поступающей на охладитель и температурой охлажденной воды.
Высотой зоны охлаждения называется разность между температурой охлажденной воды и температурой по влажному термометру, являющейся теоретическим пределом охлаждения.
Охладители на открытых водоемах. В охладителях этого типа охлаждение воды происходит главным образом за счет поверхностного охлаждения, поэтому эффективность охлаждения определяется площадью поверхности зеркала воды. В результате неравномерного движения потока воды в водоеме в охлаждении воды участвует не вся поверхность зеркала водоема, а лишь часть ее, так называемая «активная зона». Отношение активной площади водоема к действительной называется коэффициентом использования площади водоема. Этот коэффициент зависит от формы водоема, расположения водосброса, водозабора и др. и значение его может быть в пределах от 0,4 до 0,9. Наиболее высокое значение коэффициента имеет место в водоемах с правильной вытянутой формой.
Тепловой расчет пруда охладителя проводят по номограмме Теплоэлектропроекта, построенной для естественных температур воды до 30° С, скорости ветра от 0 до 4 м/с, удельной площади активной зоны до 2 м 2 /м 3 в сутки и перепада температур воды в пруде от 0 до 15 °С.
По номограмме по заданным значениям удельной площади активной зоны пруда f уд, нормально естественной температуре воды t е, скорости ветра W 200 и перепаду температур t определяют перегрев воды, а затем температуру охлажденной воды (у водозабора): t 1 = t е + град.
Брызгальный бассейн представляет собой открытый резервуар, состоящий из одной или нескольких секций, оборудованных водораспределительными трубами и соплами (насадки), при помощи которых охлаждаемая вода разбрызгивается над этим резервуаром.
Нагретая отработавшая вода подается под напором 50 - 100 кПа (5-10 м вод. ст.) к брызгалам. Охлаждение воды в брызгальных бассейнах происходит при ее разбрызгивании за счет испарения и соприкосновения капель воды с воздухом.
В качестве разбрызгивающих устройств применяют преимущественно эвольвентные и тангенциальные сопла, в редких случаях - винтовые сопла МОТЭП.
Градирни. По способу подвода воздуха к градирням они разделяются на открытые, башенные и вентиляторные, а в зависимости от типа оросительного устройства - на брызгальные, капельные, пленочные и комбинированные.
В градирнях с брызгальным оросительным устройством вода, подаваемая на охлаждение, распределяется на оросителе по системе лотков, в днище которых имеются отверстия, через которые вода тонкими струйками падает на разбрызгивающие тарелочки – розетки. Образующиеся при этом капли воды падают на оросительное устройство. При прохождении через оросительное устройство вода соприкасается с поднимающимся вверх воздухом, охлаждается и стекает в резервуар.
Ороситель капельного типа состоит из расположенных друг над другом горизонтальными рядами деревянных реек (рис. 3.15.6, а ). Вода, стекая с верхнего яруса реек на нижний, разбивается на капли, в результате чего создается большая площадь соприкосновения с воздухом. В градирнях с оросителем пленочного типа (рис. 3.15.6, б ), состоящим из большого числа параллельных друг другу щитов, расположенных вертикально или под малым углом к вертикали, вода, стекая по этим щитам, образует пленку толщиной 0,3- 0,5 мм. Воздух соприкасается с поверхностью пленки воды и охлаждает ее.
Также применяются капельно-пленочные (комбинированные) оросители.
Рис.3.15.6. Оросители башенных градирен Рис. 3.15.7. Многосекционная вентиляторная градирня типа Союзводоканалпроекта:1 -диффузор; 2 - вентилятор; 3 -конфузор; 4 -привод вентилятора; 5 - водоуловитель; 6 - водораспределитель; 7 - пакетный ороситель; 8 - обшивка; 9 - делительная стена; 10 - стенки железобетонные сборного каркаса; 11 - резервуар охлажденной воды
Открытые градирни (брызгальные и капельные) применяют при небольших расходах воды (50 -300 м 3 /ч).
Средняя плотность орошения для капельных и брызгальных градирен принимается 1,5 - 3 м 3 /ч на 1 м 2 , для пленочных 3 - 8 м 3 /ч на 1 м 2 и для комбинированных 2,5 - 6 м 3 /ч на 1 м 2 . Теплотехнические расчеты башенных градирен для конкретных метеорологических условий производят по номограммам.
Вентиляторные градирни обеспечивают более глубокое охлаждение оборотной воды, чем башенные, поскольку необходимый для охлаждения воды свежий атмосферный воздух подается в них вентиляторами. Вентиляторные градирни по сравнению с башенными позволяют достичь более глубокого охлаждения оборотной воды при плотности орошения до 15-16 м 3 /ч на 1 м 2 .
В зависимости от расположения вентилятора различают нагнетательные и отсасывающие градирни. Наибольшее распространение получили отсасывающие, секционные градирни (рис. 3.15.7) Союзводканалпроекта с вытяжным вентилятором и противоточным движением воздуха. Вытяжные вентиляторы таких градирен применяют следующих типов: осевые № 8 и № 12, ВГ-25, 1ВГ-47, 1ВГ-50, 1ВГ-70 и 1ВГ-104 «Нема» производительностью от 15 до 1300 тыс. м 3 /ч воздуха и вентиляторов «Нема» 2700 тыс. м 3 /ч.
Поверочные расчеты вентиляционных градирен в зависимости от района расположения производятся по графикам, приведенным в каталогах.
Внедрение системы охлаждения оборотного водоснабжения в промышленности в технологических процессах производства позволяет добиться максимального снижения потребления воды. С учетом ежегодного роста стоимости воды такое решение позволяет конечному потребителю создать условия для ежегодной экономии денежных средств.
Для использования повторного применения технической воды в технологических промышленных процессах она должна пройти предварительную подготовку, связанную с механической термической и другой обработкой.
Компания Балттех выполняет комплекс работ «под ключ» по проектированию, поставке, монтажу и сервисному обслуживанию систем промышленного охлаждения воды.
Способы охлаждения технической воды в системах оборотного водоснабжения
Способы охлаждения воды систем оборотного водоснабжения:
- открытый способ (охлаждение воды происходит при контакте воды с окружающим воздухом);
- закрытый способ (охлаждение воды происходит в теплообменных аппаратах).
Особенности работы промышленных систем охлаждения оборотной воды обусловлены ее физическими свойствами. Так охлаждение воды до температур +0,5…+2°С (ледяная вода) происходит в холодильных установках () с испарителями открытого типа (испарители орошаемого типа, погружные испарители, льдоаккумуляторы). Это связано с риском замерзания воды на поверхности испарителя. При охлаждении воды до температур свыше +2°С используются чиллеры с пластинчатыми или кожухотрубными испарителями.
Компания Балттех выполняет установки для охлаждения систем оборотной технической воды для следующих отраслей промышленности:
- производство пластиковых изделий;
- испытательные стенды лабораторий и НИИ;
- молокоперерабатывающие заводы;
- мясопрерабатывающие заводы;
- металлургия;
- химическая промышленность;
- фармацевтическая промышленность;
- системы промышленного кондиционирования воздуха и др.
При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показателям работы объекта.
По способу передачи теплоты от воды к воздуху 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.
В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача теплоты воздуху.
Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40°С до 30°С при температуре воздуха 25°С на 1 м 3 охлаждаемой воды к испарительному охлаждению должно быть подведено около 1000м 3 воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется, - около 5000 м 3 воздуха.
Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются на:
Открытые;
Башенные;
Вентиляторные.
К открытым относятся: пруды-охладители, брызгальные бассейны, открытые градирни.
В башенных охладителях - башенных градирнях, - движение воздуха происходит в результате естественной тяги, 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;
Вентиляторными.
Пруды-охладители
Их применяют для охлаждения больших масс воды в основном за счет поверхностного охлаждения, поэтому эффективность прудов определяется площадью зеркала воды.
Из-за неравномерности движения потока воды в охлаждающем водоеме возникают различные застойные зоны, что не позволяет полностью использовать площадь водоема. Та часть площади водоема, которая участвует в охлаждении воды, называется активной зоной.
Отношение активной площади F а водоема к действительной F д называется коэффициентом K и использования площади водоема. Этот коэффициент зависит от формы водоема, расположения водосброса, расположения водозабора и т.д. Он может иметь численные значения от 0,4 до 0,9. Самое большое значение коэффициент имеет для водоемов с правильной вытянутой формой (например, эллипс). Для увеличения активной зоны создают различные струенаправляющие и струераспределяющие сооружения.
Преимущества прудов - охладителей:
Для охлаждения воды нет необходимости создавать дополнительный напор для подъема воды и её разбрызгивания, что очень важно при больших расходах;
Отсутствие подпиточных насосов;
Средняя температура воды ниже, чем после охлаждения в градирнях и брызгальных бассейнах.
Недостатки:
Низкая тепловая нагрузка (самый существенный недостаток), которая ничем не может быть интенсифицирована. Она составляет 0,8-1,7 МДж/час (200-400 ккал/час) с 1 м 2 площади зеркала пруда;
Охладительный эффект зависит от наличия ветра и температуры окружающего воздуха;
Сложности в эксплуатации в связи с борьбой с цветением, зарастанием и минерализацией;
Стоимость строительства пруда превышает стоимость устройства градирни или брызгального бассейна;
Повышение уровня грунтовых вод.
Пруды-охладители целесообразно применять в тех случаях, когда потребителями воды являются мощные паротурбинные электростанции, когда электростанции или другие предприятия располагаются вблизи естественных водоемов (озер, рек, морей) и когда в районе строящихся заводов и фабрик создаются искусственные водоемы, имеющие достаточное зеркало для охлаждения.
Брызгальные бассейны
Брызгальный бассейн представляет собой искусственный или естественный водоем, над которым располагается система трубопроводов, оборудованных разбрызгивающими соплами (брызгалами). Нагретая отработавшая вода подается под напором 50-100 кН/м 2 к брызгалам, разбрызгивается и поступает в бассейн, из которого она вновь подается насосами к потребителям. Охлаждение воды происходит при ее разбрызгивании за счет испарения и соприкосновения капель воды с воздухом.
Брызгальные бассейны устраивают в тех случаях, когда по технологии не нужен большой перепад температур. Их удельная тепловая нагрузка колеблется в диапазоне 30-60 МДж/м 2 ·ч (7-15тыс. ккал/м 2 ·ч). Размеры брызгального бассейна определяются расходом охлаждаемой воды и плотностью орошения, которая принимается в пределах 0,8-1,2 м 3 /ч на 1 м 2 . Брызгальные бассейны обеспечивают перепад температур не более 8-10°С и предельно низкую температуру охлажденной воды в летнее время на 5-7°С выше температуры воздуха по влажному термометру, то есть не ниже 30-32°С.
Преимущества брызгальных бассейнов:
В 2-3 раза дешевле градирни;
Долговечны;
Просты в строительстве и эксплуатации;
Недостатки:
Низкий эффект охлаждения по сравнению с градирнями. Для создания температурного перепада t>10°C требуется последовательное 2-х или 3-х ступенчатое охлаждение с перекачкой больших масс воды, что неэкономично.
Значительный напор воды у сопла и потери воды на унос ветром;
Площадь в 4-5 раз больше, чем у башенных охладителей;
Наличие туманов, сырости, гололедицы требует больших строительных разрывов, что растягивает коммуникации.
Брызгальные бассейны на современных металлургических заводах не применяют, их можно встретить на старых заводах и на электростанциях с небольшим расходом воды.
Там, где необходимо в кратчайшее время соорудить охладитель воды, целесообразнее всего сделать брызгальный бассейн, который может быть целиком изготовлен из местных материалов.
Градирни
По способу подвода воздуха к градирням они разделяются на: открытые, башенные, вентиляторные, а в зависимости от типа оросительного устройства брызгальные, капельные, пленочные, комбинированные.
Подаваемая для охлаждения на градирню вода распределяется над оросителем градирни по системе лотков. на дне которых предусмотрены отверстия, через которые вода тонкими струйками падает на разбрызгивающие тарелочки. На современных градирнях используется трубчатая распределительная система с разбрызгивающими соплами. Образующиеся капли воды падают на оросительное устройство. При прохождении через оросительное устройство вода соприкасается с воздухом, продуваемым через градирню, и охлаждается. Охлажденная вода стекает в резервуар, из которого она забирается для повторного использования.
Капельный ороситель состоит из большого числа деревянных реек прямоугольного или треугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами. При падении капель воды с верхних реек на нижние образуются факелы мелких брызг, создающих большую поверхность соприкосновения с воздухом.
Пленочный ороситель состоит из большого числа параллельных друг другу щитов, расположенных вертикально или под малым углом (15º) к вертикали. Вода, стекая по этим щитам, образует пленку толщиной 0,3-0,5 мм. Воздух соприкасается с поверхностью пленки воды и охлаждает ее.
Применяют также оросители комбинированные капельно-пленочные.
Выбор типа оросителя для градирни определяется качеством воды, требующей охлаждения.
Пленочный ороситель рекомендуется применять для чистой воды, циркулирующей через закрытые системы. Содержание в воде даже небольшого количества примесей, особенно нефтепродуктов, препятствует созданию пленки, поэтому в этих случаях следует применять градирни с капельным оросителем.
