Охлаждающие устройства оборотных систем водоснабжения

2. 0хлаждающие устройства оборотных систем водоснабжения

2.1. Общие положения

Для охлаждения отработанной вода применяют различные типы водоохладительных сооружений. По способу охлаждения они разделяются на испарительные и поверхностные (7).

В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в процессе eе частичного испарения и передачи теплоты атмосферному воздуху при его непосредственном контакте с поверхностью воды. В поверхностных охладителях охлаждаемая вода не соприкасается с воздухом, а передача теплоты от воды к воздуху происходит через стенки радиаторов, внутри которых протекает вода.

К испарительным охладителям относятся открытые водоемы (пруды-охладители, водохранилище, реки, озера), брызгательные бассейны и градирни (открытые, башенные в винтеляторные), к поверхностным – радиаторные ( сухие ) градирни.           

Работа охладителя характеризуется удельной гидравлической, тепловой нагрузкой, шириной и высотой зоны охлаждения.

Удельная гидравлическая нагрузка gг - отношении расхода охлаждаемой воды к площади активной водной поверхности или поперечного сечения, охладителя в плане; удельная тепловая нагрузка g -отношение количества теплоты, отдаваемой водой воздуху в единицу времени, к площади активной водной поверхности или поперечного сечения охладителя в плане.

Шириной зоны охлаждения (или перепадом температура) называется разность температур воды до и после охладителя .

Высотой (глубиной) зоны охлаждения называется разность температур охлажденной воды и воздуха по мокрому термометру. Последняя является теоретическим пределом охлаждения воды.

Рекомендуемые материалы

2.2. Выбор расчетных параметров вода и атмосферного воздуха.

Исходные данные для проектирования и поверочных расчетов охладителей оборотной воды. Расчет охладителей при проектировании производят для наиболее неблагоприятного - летнего периода года. Значение удельных тепловой

нагрузки, ширины и глубины зон охлаждения, соответствующие ре­альным условиям эксплуатации различных типов охладителей, приве­дены в табл.2.1. Фактическая охлаждающая способность охладителей может в несколько раз отличаться от расчетной. Она зависит от времени и суток года, температуры и влажности атмосферного воздуха, скорости ветра и др. Степень влияния перечислениях факторов раз­лична для разных видов и типов охладителей.

Наиболее распространенным видом охладителей оборотной воды на промышленных предприятиях  в условиях плотной городской застрой­ки являются вентиляторные градирни.

Температуру воды перед вентиляторной градирней принимают равной  где  - оптимальная температура техно­логического процесса (например, при конденсации пара в конденса­торах паровых турбин, холодильных установок, охладителях техно­логических продуктов и т.п.);Температуру воды за градирней    определяют с использованием рекомен­дованных значений ширины зоны охлаждения воды (cm.табл.2.1) и расчетных параметров атмосферного воздуха. Расчетные параметры воздуха выбирают с учетом их обеспеченности по табл.2.2.

Обеспеченностью метеопараметров атмосферного воздуха называют отношение среднестатистической (по результатам многолетних наблю­дений) длительности периода, в течение которого среднесуточные значения температуры атмосферного воздуха по сухому и мокром термометрам и его относительная влажность  совпадают со значениями, принимаемыми в качестве расчетных, к длительности летнего периода (июнь-август для стран СНГ и Прибалтики) или ка­лендарного года.

Обеспеченность метеопараметров 1% (примерно I день за год) длительности летнего периода принимается для водопотребителей, если допустима нарушения технологического процесса в целом и зна­чительные убытки (категория I); обеспеченность на уровне 5% (около 5 дней в году) приемлема, если допускается нарушение тех­нологического режима на отдельных установках (категория П). Обес­печенность 10% (около 10 дней в году) принимается для объектов, на которых допустимо временное снижение экономичности технологи­ческого процесса в делом и на отдельных установках (категория Ш).

При отсутствии готовых данных по расчетным параметрам воз­духа, для выбранного района строительства можно построить кривые длительности стояния оре дне суточных значений  и произ-

70-71

Рис.2.2. Номограммы для расчета температур вода охлажденной в брызгальном бассейне при избыточном давлении воды перед соплами 50 кПа и скорости ветра  W = 2 м/с (в) и давлениях, отличных от 50 кПа (б)

2.5. Башенные градирни

Башенные градирни применяются, главным образом, на атомных и тепловых электростанциях. Они могут быть испарительными, радиа­торными (сухими) и сметанными - испарительно-сухими. К испарительно - сухим относятся сухие градирни, в которых для увеличения глубины охлаждения осуществляется орошение наружной поверхности, как пра­вило, обессоленной водой [7].

Основные технологические элементы - водораспределительное устройство, ороситель, водосборный бассейн, вытяжная башня, водоуловитель и воздухорегулирующее устройство.

Водораспределительные системы градирни могут быть самотечны­ми (безнапорными) и напорными, состоящими из магистральных и напорных трубопроводов. Напорные системы более надежны и устойчивы в работе. Подвод воды в систему водораспределения делается цент­ральным (через железобетонный стояк в центре градирни), боковым или нижним. Расположение водораспределительных труб или лотков выполняется по радиальной или прямоугольной схеме: при этом должна предусматриваться возможность отключения секций для ремонтных работ.

Водораспределительные лотки безнапорных систем выполняются из дерева, асбоцемента или из сборного железобетона. Ширина лотка должна быть не менее 1,0 см, превышение борта над максимальным горизонтом воды - 10-12 см. Трубы системы напорного водораспреде­ления выполняются из стали, асбоцемента и пластмассы.

Оросительное устройство - один из основных элементов градирни. В градирнях с брызгальным оросителем (в основном полые с форсун­ками) вода разбрызгивается с помощью расположенных в водораспре­делителе сопл. Падая вниз , вода охлаждается воздухом, частично испаряясь и собирается в  бассейне. Градирни с указанным оросите­лем применяют при малых расходах воды или при ее значительном за­грязнении. Плотность орошения (количество воды, проходящее через единицу площади сечения градирни в единицу времени) в них

При использовании капельного оросителя вода с содержанием взвешенных частиц более 200 мг/кг вытекает через отверстия в рас­пределительных лотках и мелко разбрызгивается, ударяясь о спе­циальные отбойные тарелки. Плотность орошения в них                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

72-73

В пленочном оросителе охлаждаемая вода стекает тонкой плен­кой ( по системе вертикально расположенных щитов. В пленочных оросителях

Выбор типа оросителя производят, сопоставляя их по охлаждающей способности, стоимости оросителя и аэродинамическому сопротивлению. Подземные конструкции башенных градирен выполняются из монолитного железобетона. Допускается выполнение их из железобетон в ленточном исполнении.

Водосборный бассейн состоит из днища толщиной по менее 25 см, который может быть выполнен с разделительными перегородками или без     них       в зависимости от режима работа градирни, па раз­меров в плане и др.

Вытяжная башня  выполняется в основном из монолитного или сборного железобетона. Форма вытяжной башни градирен может быть цилиндрической, конической, гиперболоидной или приближающейся к гиперболоидной, например биоконической (рис.2.3).

Башни с металлическим каркасом обычно имеют пирамидальную или гиперболоидную форму с основанием в виде многоугольника или квадрата. Металлический каркас снаружи обшивается гофрированными листами из алюминиево-магниевого сплава.

Кроме того, имеются градирни с металлическим стальным карка­сом и обшивкой из дерева или асбоцементных ластов. Преимущество этих градирен в том, что они сооружаются в более короткие сроки. Обшивка из асбоцементных листов применяется для градирен, сооружае­мых в районах с расчетной температурой холодной пятидневки не ниже = -23°С. При более низких температурах для обшивки приме­няют дерево или алюминиевые сплавы. Железобетонные градирни со­оружаются в районах с расчетной температурой до -28°С.

Внутренняя поверхность железобетонных градирен и опорный железобетонный каркас для защита от разрушений под влиянием температурно-влажностных колебаний воздуха должны  иметь антикорро­зионное покрытие на основе эпоксидных смол или другую изоляцию. Для улучшения аэродинамических свойств наиболее рациональной формой вытяжной башни является гиперболоидная или близкая к ней. При этом градирня в меньшей мере подвержена вредному влиянию ветра, снижающего эффективность охлаждения воды. Для предотвра­щения отрыва воздушного потока на выходе из башни в условиях штиля или слабого ветра центральный угол диффузорной части гиперболоидных градирен не должен превышать 10°.

Рис.2.3. Вытяжные башни градирен

железобетонные (а - цилиндрическая; б - биконическая; в - гипер­болоидная ) и каркасно-обшивные ( г - пирамидальная восьмигранная с квадратным основанием; д - пирамидальная многогранная; е - ги­перболоидная )

Лами или безнапорной системы с желобами, снабженными сливными трубками. Струи воды из сливных трубок ударяются о расположенные под ними розетки и разбрызгиваются.

Водораспределительная система, как правило, выполняется двухфазной: верхняя (расчетная) - для летних условий эксплуатации и нижняя - для зимних.

Нижняя зона водораспределения без разбрызгивания о разливом вода из перфорированных дырчатых труб. Для предупреждения переох­лаждения вода предусмотрены трубы, через которые осуществляется сброс теплой воды непосредственно в бассейн, минуя, ороситель.

Градирни значительных размеров рекомендуется разделять на отдельные секции, допускающие их отключение на время ремонта или очистки водосборного бассейна. В этом случае высоту рабочих водо­распределительных желобов следует принимать из условия пропуска всего форсированного расхода воды на остающиеся   и работе секции градирни.

Размещение градирен на генплане промышленного предприятия должно осуществляться только в один ряд для обеспечения беспрепятственного доступа к нам воздуха. Расстоянии между отдельными градирнями в ряду следует принимать не менее 5-6 м. Градирни следует располагать длинной стороной перпендикулярно господствующему направлению ветра в летний период.

Направление ветра в зимний период по возможности должно обеспечивать унос паров и капель воды в сторону от близрасполо­женных сооружений и дорог.

Как показывает практика, применение открытых градирен может быть целесообразно при комбинировании их с брызгальными бассейнами(10). Использование в качестве разбрызгивателей жидкостноэжекционных устройств может повысить эффективность. тепломассообмена в градирнях, что в условиях действующих предприятии требует меньших производственных площадей, и, соответственно, сокращает капитальные затраты.

Как показывают расчеты, при        производительности  до10000 м³/ч  систем водооборота вместо башенных градирен и брызгальных бассейнов целесообразно применять эжекционные градирни, а также установки с применением распиливающих дисков и сопел Вентури.

Гидравлический и аэродинамический расчеты башенных градирен рассмотрены в (7). Движение воздуха через градирню обеспечивается за счет естественной тяги. Движущий напор , где g= 9,81 м/с²; Н - высота градирни между входом и выходом воздуха; - плотность атмосферного воздуха и воздуха при средних па­раметрах в градирне.

2.7. Вентиляторные градирни

Вентиляторные градирни применяются в системах оборотного водо­снабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках, при необхо­димости сокращения объема строительных работ, маневренного регу­лирования температуры охлажденной воды средством автоматизации.

Вентиляторные градирни выполняются секционными или отдельностоящими - одновентиляторными, в плане имеют форму прямоугольника, квадрата, многоугольника или круга. Более высокие тепловые на­грузки в более глубокое охлаждение воды они обеспечивают за счет повышенного относительного (к расходу воды) расхода воздуха, про­ходящего через градирню.

На вентиляторые градирни допускается удельная тепловая нагрузка 90 – 120 кВт/ми выше, в то время как, например, на башенные градирни при прочих равных условиях эти нагрузки не превышают 90 кВт/м².б Для атмосферных градирен максимальная тепловая нагрузка составляет 35-60 кВт/м. Зависимость охладительного эффекта атмо­сферных градирен от силы и направления ветра ограничивает область их применения (11).

С помощью вентиляторных градирен температуру охлажденной воды получают на 4-6°С (в отдельных случаях на 2-3°С) выше   температуры воздуха по мокрому термометру, с помощью башенных - на 8-10°С. Величина перепада температур воды на градирнях выбирается в зави­симости от температуры поступающей на градирни воды, которая, в свою очередь, определяется технологическим оборудованием, использующим воду как хладоагент.

На вентиляторных градирнях возможно достижение перепада тем­ператур волы до 25°С и более (в зависимости от начальной темпера­туры воды). 3 практике использования башенных градирен максималь­ный перепад температур воды обычно составляет 8-Ю°С.

Технологическая схема вентиляторной градирни включает в себя следующие основные элементы: оболочку (корпус), состоящих из

80-81

каркаса, обшитого листовым материалом, водораспределительное уст­ройство, ороситель, водоуловитель, водосборный бассейн и венти­ляторную установку.

Секционные градирни (рис.2.5) проектируются о площадью попе­речного сечения оросителя одной секции от 2 до 400 м² и отдельно стоящие одновентиляторные от 4О0 до 1200 м² (9).

При выборе типа и числа градирен исходят обычно из следующих условий: оптимальное число секций или градирен в одном оборотном цикле, как правило, принимается от 4 до 8, максимальное - 12; наименьшее число секций - 2. Опыт эксплуатации показывает (11), что соблюдение этих условий обеспечивает экономичную эксплуатацию градирен, требуемую степень резервирования и регулирования температуры охлаждаемой вода за счет отключения отдельных вентилято­ров при одновременное экономии площади, занятой градирнями.

Оросительное устройство является одним из основных элементов градирни. Оно предназначено для увеличения площади поверхности соприкосновения между водой и воздухом и, следовательно, для улучшения процесса охлаждения.

Удельная гидравлическая нагрузка для вентиляторных градирен ориентировочно монет бить принята: при пленочном оросителе 2,2-3,4 кг/м -с) /8-12 м³/ м²-ч)/, капельном оросителе 1,7-2,2 кг/м*с) /6-8 м³/(м²-ч)/ я брызгальном 1,4-1,7 кг/(м² о) /5-6 м /(м*ч )/. Скорость воздуха в оросителе вентиляторных градирен принимается, как правило, не выше 4-5 м/с.

При выборе типа оросительного устройства в каждом конкретном случае производится сопоставление охлаждающей способности и стои­мости градирни. Показателями работы оросительного устройства являются: величина потерь напора, охлаждающая способность градир­ни, долговечность, изнашиваемость материала оросителя, прочность, а масса оросителя, легкость установки, доступность ремонтов и осмотров, наличие в охлаждаемой воде взвешенных веществ в приме­сей.

Оросительные устройства вентиляторных градирен по своей конструкции в основном аналогичны оросителям башенных градирен. Вентиляторы в градирнях располагается внизу, вверху пли сбоку градирни - на уровне земли. При верхней расположении вентилятора отсасывает воздух из градирни, яри нижнем - нагнетают. Преимущественное распространение получили градирни с отсасывающими вентиляторами. В зависимости от потоков воздуха и вода градирни подразделяются на противоточные, поперечноточные и поперечно

                Рис.2.5. Вентиляторная многосекционная градирня конструкции Союз-водоканал проекта

I - диффузол; 2 - вентилятор; 3 - электродвигатель; 4 - конфузор; 5 - межсекционная перегородка; 6 - водоуловитель; 7 - во­дораспределительная система; 8 - ороситель; 9 - железобетонные каркас; 10 - окна для входа воздуха; II - водосборный бассейн; К – обшивка

90-91

Таблица 2.7

Рекомендованные значения теплового потока в зависимости от разности температур

По выбранному значению  g   определяют необходимую установоч­ную поверхность теплообмена F  подбирают конкретный тип АВО по табл.2.6. Далее  вычисляют расход охлаждающего воздуха,   проводят  оценку и выбор расчетной температуры атмос­ферного воздуха согласно климатическим условиям. По выбранной конструкции и исходным данным выполняют   поверочный тепловой и аэродинамический расчеты для уточнения необходимой (фактической) поверхности нагрева, запас которой должен быть не менее 20% установочной. Точное определение запаса поверхности охлаждения важно при длительной эксплуатации АВО, когда снижается произво­дительность вентилятора, режим работы отклоняется от расчетного и необходимо регулировать производительность за счет оптимальной работы конденсатоотводчиков.

Уточненные тепловой и аэродинамический расчеты выполняют с использованием известных методов расчета  рекуперативных теплооб­менников с поверхностью теплообмена из оребренных труб (16).