Как работает закрытая градирня?
Вода из вторичного контура разбрызгивается форсунками и орошает трубчатый теплообменник первичного контура. Охлаждающая жидкость циркулирует по первичному замкнутому контуру, не соприкасаясь с внешней средой. Свежий воздух нагнетается снизу, двигаясь навстречу воде. Поверхность горячего первичного контура смачивает вода и превращается в пар. В это-же время поток воздуха, созданный вентилятором, ускоряет процесс испарения.
Не испарившаяся вода из вторичного контура стекает в поддон и затем снова используется для орошения. Поскольку часть жидкости испаряется, а часть стекает, градирни комплектуют системой автоматического пополнения свежей водой.
Чтобы предотвратить образование накипи на внешней поверхности теплообменника, рекомендуется проводить водоподготовку контура орошения и периодически обновлять воду.
Охлаждение с помощью закрытых испарительных градирен позволяет значительно экономить воду в сравнении с другими методами испарительного охлаждения. Экономия составляет от 50% до 68%.
К недостаткам закрытых испарительных градирен можно отнести:
- высокую стоимость;
- наличие дополнительного насоса;
- большой вес.
Открытые градирни
История создания открытых градирен начинается в эпоху изобретения индустриальных паровых машин.
Промышленная революция, произошедшая в начале XIX века, привела к необходимости создания мощных паровых двигателей. В то же время появилась потребность в системах для конденсации пара и повторном его использовании.
Во многих удаленных районах не было надёжного водоснабжения. В городах плотная застройка не позволяла строить охладительные пруды, также оросительные бассейны оказались не удобными из-за слабого движения воздушных масс и большой занимаемой площади.
Башенная градирня
Для решения этой задачи была создана башенная градирня. Одной из ключевых частей градирен является наполнитель (ороситель). В старину это были охапки тернового хвороста, теперь он представляет из себя пористые пластиковые блоки. Встреча воды, разбрызгиваемой соплами, и воздушных потоков происходит на орошаемой поверхности наполнителя. Задача этих блоков — максимально увеличить площадь и время соприкосновения воды и воздуха, что усиливает холодильный эффект от испарения.
В зависимости от типи оросительного устройства и способа, которым достигается рост поверхности контакта охлаждаемой жидкости и атмосферы, градирни подразделяются на:
- плёночные;
- капельные;
- капельно-плёночные.
Башенная градирня представляет собой крупное сооружение, достигающее десятков метров в высоту. Вытяжная башня обеспечивает необходимую естественную тягу за счет разницы в плотности воздуха. Холодный воздух втягивается в градирню снизу, а когда он уже нагрет, то в верхней части выбрасывается наружу. Охлажденная вода через ороситель стекает в бетонный бассейн, который одновременно является фундаментом всей конструкции. Из-за этого градирни получили своё название башенные.
Устройство башенного охладителя выглядит следующим образом:
- ограждающая конструкция,
- форсунки для распыления воды,
- ороситель,
- бассейн для сбора воды.
Принцип действия башенной градирни базируется на использовании естественной конвекции. В верхней части башни разбрызгивают горячую воду, которая стремится вниз. В процессе падения капли попадают на ороситель и охлаждаются, контактируя с поднимающимся вверх из-за разницы температур внутри башни воздухом. Это приводит к испарению и теплоотводу.
Башенные градирни делятся на капельные и брызгальные, в зависимости от типа форсунок и способа распыления воды. Они в основном используются в системах с расходом оборотной воды от 100 до 100 000 кубических метров в час. Градирни обладают большой глубиной охлаждения, не требуют электроэнергии для подачи воздуха, а также отличаются простотой в строительстве, эксплуатации и ремонте.
Допустимые тепловые нагрузки.
- На открытые брызгальные градирни допускается удельная тепловая нагрузка 10-25 тыс. ккал/м2ч.
- В зависимости от высоты башни удельная нагрузка на башенные 60-90 тыс. ккал/м2ч.
- Допустимая тепловая нагрузка вентиляторной градирни 80-120 тыс. ккал/м2ч.
Вентиляторная градирня
Оптимизация интенсивности охлаждающего эффекта и компактности устройства привели к изобретению вентиляторной градирни. В отличие от башенных градирен, тягу в них создаёт осевой вентилятор. Благодаря этому вода испаряется и охлаждается быстрее, что позволяет использовать вентиляторные там, где естественной конвекции воздуха недостаточно.
Вентиляторные градирни бывают разных форм и размеров. За счёт вентиляторов они более компактнее, чем башенные, что делает их удобными для использования в условиях плотной застройки. Они применяются в системах с расходом оборотной воды до 100 кубических метров.
Конструктивно вентиляторная градирня состоит из нескольких элементов:
- ограждающая конструкция;
- форсунки для разбрызгивания воды;
- блочный ороситель;
- каплеуловитель;
- электрический вентилятор;
- поддон для сбора воды.
Глубокое охлаждение теплоносителя начинается, когда соотношение объёма воды к объёму воздуха составляет примерно 1 м3 на 600 м3 воздуха. Воздушный поток попадает в градирню через специальные проёмы в нижней части ограждающей конструкции, а затем удаляется наружу через верхний диффузор. В зимнее время проёмы закрываются поворотными жалюзи. Чтобы вентилятор не выносил слишком много жидкости, используются специальные уловители воды.
Водоуловители размещают на расстоянии от вентилятора не менее 1/2 диаметра его лопастей. Наклон ламелей уловителя воды располагают к центру либо против наклона лопастей вентилятора.
Достоинства вентиляторных градирен:
- относительно низкая стоимость строительства;
- повышенная глубина охлаждения;
- небольшое пятно застройки.
Недостатки:
- затраты на электроэнергию;
- высокий каплеунос;
- расходы на обслуживание.
Вентиляторные градирни для предприятий с малым расходом оборотной воды поставляются в готовом виде. Такие устройства называют секционными или блочными мини-градирнями.
Конфигурация корпуса и место расположения вентилятора влияют на направление движения воздушных масс. По этим признакам градирни делят на две категории;
- противоточные,
- перекрестноточные.
Выбор вентиляторной градирни зависит от требований ТЗ к эффективности охлаждения, климатических особенностей местности, а также от доступного пространства и экономической целесообразности.
Эжекционная градирня
Это очередная разновидность открытого испарительного охладителя. Эжекционная градирня использует принцип принудительной тяги за счет эжекторного эффекта. Горячий теплоноситель с температурой до 100 °C поступает в градирню с высокой скоростью, порядка 12-25 м/с, через ряд мельчайших отверстий – эжекторов.
Резкое истечение воды из эжекторов создает область пониженного давления, которая затягивает холодный атмосферный воздух в градирню. Там он смешивается с распыленной водой, образуя мелкодисперсную пыль.
Теплообмен происходит на всей поверхности капель, обеспечивая большую площадь контакта с холодным воздухом и высокую эффективность. Эжекционные градирни могут эффективно работать даже с очень горячими теплоносителями, что недоступно для традиционных вентиляторных агрегатов.
Недостатки эжекционной градирни
Несмотря на свои преимущества, эжекционные градирни имеют ряд недостатков:
Высокое давление на входе: чтобы обеспечить высокую скорость подачи теплоносителя, необходимо поддерживать давление на входе в градирню на уровне 0,4-0,5 МПа. Это требует установки мощного водяного насоса, что увеличивает эксплуатационные расходы и износ трубопроводов.
Зимняя эксплуатация: В холодное время года водяная пыль может быстро замерзать, затрудняя работу градирни. Для решения этой проблемы потребуются специальные меры защиты.
Потери на испарение: Эжекционные градирни имеют относительно высокие потери воды на испарение. Это связано с тем, что часть водяной пыли уносится потоком воздуха в атмосферу. Использование каплеуловителей не рекомендуется, так как это может снизить эффективность градирни.
Шум: из-за высокой скорости истечения теплоносителя эжекционные градирни довольно шумные. Для снижения шума потребуются звукоизоляционные мероприятия.
Преимущества и особенности эжекционных градирен
* Компактность: Эжекционные градирни обычно имеют меньшие габариты по сравнению с другими типами открытых охладителей, что может быть критично в условиях ограниченного пространства.
* Высокая устойчивость к загрязнениям: Эжекционные градирни не имеют открытых водоемов, что снижает риск загрязнения охлаждаемой жидкости.
* Гибкость эксплуатации: Эжекционные градирни настраивают, регулируя скорость подачи теплоносителя и расход воздуха. Это позволяет оптимизировать работу градирни в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Эжекционные градирни используются в различных отраслях, таких как химическая, нефтеперерабатывающая, металлургическая и энергетическая промышленность. Они особенно эффективны для охлаждения горячих теплоносителей с высокими температурами и большим расходом.
Как подобрать градирню?
При проектировании системы охлаждения инженеры-теплотехники учитывают различные факторы, которые оказывают влияние на требуемую производительность охладителя. К ним относятся:
- климатические параметры местности;
- расход теплоносителя;
- анализ воды на наличие примесей;
- расположение других объектов на площадке относительно охладителя.
На основе этих данных проводятся теплогидравлические расчёты, по результатам которых выбирается оптимальный тип градирни.
Как рассчитать производительность?
Тепловой поток технического оборудования, в котором топливо не сжигается, обычно не превышает мощность привода и т.д.
Температуру влажного термометра предварительно определяют в соответствии со стандартом SP131.13330.2012 "Строительная климатология".
Температура теплоносителя на выходе из градирни, должна соответствовать техническим параметрам охлаждаемого устройства и обычно указывается в его паспортных данных.
Формула производительности
Для расчёта производительности градирни используется следующая формула:
E = (H − C) x 100 / (H − W),
где:
- E — производительность охладителя в процентах;
- H — температура горячей жидкости;
- C — температура охлажденной жидкости;
- W — температура мокрого термометра.
Производительность градирни — это показатель эффективности, которого достигает градирня в сравнении с максимальной тепловой эффективностью, которую она могла бы достичь.
Специалисты компании Geotermal 54 обладают необходимой квалификацией для работы с различными системами охлаждения. Обратившись к нам, вы можете быть уверены, что после модернизации производительность вашей системы охлаждения оборотной воды вырастет, а затраты на электроэнергию и обслуживание снизятся. Звоните, и мы подробно расскажем о наших услугах. nsk@geotermal54.ru