+7(499)322-81-32
Показать меню
Скрыть меню

Статьи
Новые технологии охлаждения жидкостей в безнасадочных градирнях

Приводятся основные критерии, которыми необходимо руководствоваться при выборе способа реконструкции градирен с целью повышения эффективности их эксплуатации.

Градирня - теплообменный аппарат для отвода в окружающую среду тепла от различных производственных процессов за счет испарения части проходящей через нее воды. Доля испаряемой воды обычно не превышает 1,5% . Большая часть используемых в СНГ градирен сооружены 30-50 лет назад. Практически все эти установки морально и физически устарели. Кроме того, во многих старых проектах градирен часто жертвовали эффективностью охлаждения для экономии капитальных затрат на саму установку.

Эксплуатируемая градирня должна отвечать ряду требований - технических, эксплуатационных и экономических. В технологических циклах, где охлажденная вода используется для получения конечных продуктов, например химическое и нефтехимическое производство, получение минеральных удобрений, молочная промышленность, неправильно подобранный способ охлаждения или неверно спроектированная градирня могут снизить выход конечного продукта в 1,5 - 2 раза при одновременном ухудшении качества продукции. Особенную остроту эта проблема приобретает в летнее время, так как эффективность производственного процесса напрямую зависит от температуры охлажденной воды.

Существует ошибочное мнение, что любая градирня окажется оптимальной или хотя бы обеспечивающей потребности конкретного производственного процесса. При проектировании и строительстве системы охлаждения нельзя поддаваться искушению сделать быстро, дешево и «как у всех». Известно, что эксплуатационные расходы за время существования системы охлаждения (обычно этот срок составляет 15-25 лет) во много раз превышают капитальные затраты на её создание.

Основные критерии, которыми необходимо руководствоваться при выборе способа реконструкции градирни:

1) рациональный выбор типа градирни;
2) соответствие градирни технологическим требованиям производства;
3) простота и удобство технического обслуживания градирни;
4) требования энергосбережения;
5) пожаробезопасность;
6) необмерзание в холодное время года.
Области применения охладителей воды следующие (табл.1).

Таблица 1

Охладители

Область применения охладителей воды

Удельная тепловая нагрузка, тыс. ккал/(м2/ч)

Перепад температур воды, оС

Разность температуры охлажденной воды и температуры атмосферного воздуха по смоченному термометру, оС

Вентиляторные градирни

80-100 и выше

3-20

4-5

Башенные градирни

60-100

5-15

8-10

Брызгальные бассейны

5-20

5-10

10-12

Водохранилища-охладители

0,2-0,4

5-10

6-8

Радиаторные (сухие) градирни

-

5-10

20-35

Открытые и брызгальные

7-15

5-10

10-12

Перед предприятием встаёт выбор между насадочной и безнасадочной (эжекционной) градирней. Эжекционные градирни привлекают своей дешевизной и экономией электроэнергии. Но глубина охлаждения в них несколько ниже, чем в вентиляторных пленочных градирнях. Объясняется это тем, что интенсивное охлаждение происходит на отрезке длиной около 1,5 м от форсунки. Далее начинает работать так называемый эффект запаривания капли. Происходит выравнивание парциальных давлений воды на поверхности капли и в окружающем воздухе. Присутствие в факеле мелких капель 0,5-1 мм (для градирни рациональным является диаметр 2-3 мм) и их быстрое испарение приводят к мгновенному повышению концентрации водяных паров внутри градирни. Неиспарившиеся мелкие капли создают вторую проблему - повышенный каплеунос.

Существуют, однако, напорные форсунки с оптимальным фракционным составом капель в факеле распыла. Применение таких форсунок поднимает качество охлаждения оборотной воды и уменьшает каплеунос до 1,5%. Поверхность тепломассообмена, создаваемая форсунками, больше, чем на насадке, но для эффективного охлаждения не хватает эжектируемого воздуха. Для производств, не нуждающихся в максимальном охлаждении или имеющих избыточные площади охлаждения, более всего подходят безвентиляторные безнасадочные (эжекционные) градирни. Они являются наиболее приемлемым вариантом при реконструкции.

Охлаждающую способность такой градирни можно оценить по величине коэффициента интенсивности охлаждения воды Кт, равного отношению действительного перепада температур к максимальному перепаду при теоретическом пределе охлаждения :

где - температура нагретой воды, поступающей в градирню, 0С;

- температура воды на выходе, 0С;

- величина, соответствующая термическому КПД.

Согласно формуле (1) для идеального процесса охлаждения ( ) Кт = 1; для реального () Кт < 1. В диапазоне эксплуатационных параметров градирен Кт может достигать 0,53.

Сравнение эксплуатационных характеристик насадочной и безнасадочной градирен приведено в табл.2

Таблица 2

Насадочные градирни

Безнасадочные градирни

Наиболее эффективными насадочными градирнями являются пленочные градирни, в которых на поверхности насадки образуется максимально возможная площадь тепломассообмена - пленка.

Ни одна из предлагаемых на рынке насадок не может обеспечить пленочный режим охлаждения, т.к. все пластики несмачиваемые

Площадь теплосъема на порядок выше площади тепломассообмена в насадочной градирне

Ремонтные работы требуют останова градирни. Пожароопасны

Система водораспределения, находящаяся внизу, доступна для замены форсунок или их чистки без останова градирни. Непожароопасны.

При остановке вентилятора градирня продолжает работать в эжекционном режиме

Продукты деструкции пластика насадки, попадая в насосное и теплообменное оборудование, могут остановить основное производство

Насадки нет

Склонны к обледенению. Промерзание насадки приводит к обрушениям металлоконструкций

Не склонны к обледенению. Насадки нет

Как видно из табл. 2, насадочные вентиляторные градирни страдают многими конструктивными недостатками: сложность технического обслуживания, а иногда и невозможность устранения неполадок без длительного останова оборудования; попадание продуктов деструкции материала насадки и биозагрязнений в теплообменное и насосное оборудование; достаточно частые возгорания во время ППР и внеплановых работ. Нередки и аварии, связанные с замерзанием насадки или стенок градирен. Сама технология охлаждения воды достаточно затратна, и энергосбережение в таких градирнях исключено.

Задача состоит в том, чтобы по возможности исключить все перечисленные недостатки и эффективно охладить воду, при этом избежать аварийных остановов и сделать градирню необмерзающей и негорючей.

В начале 90-х годов на предприятии «Акрон», г. Великий Новгород на производстве АК-72 была запущена в действие первая безнасадочная вентиляторная градирня производительностью 6000 м3/ч. Показатели охлаждения были равны или даже в некоторых ситуациях опережали по глубине охлаждения градирни, оснащенные пленочным оросителем. Кт = 0,68. В дальнейшем были реконструированы еще 4 такие же градирни. В процессе этой работы были внесены необходимые коррективы в технологическую схему установки форсунок, местоположения и типа каплеуловителя. Затем эта разработка была запатентована - патент РФ №2228501 «Способ охлаждения жидкости в градирне». Позже был получен Евразийский патент № 7724 «Вентиляторная градирня».

Краткие характеристики градирни.

Как было установлено выше, динамический объем распыленной воды внутри градирни способен к интенсивному охлаждению воды при условии принудительного отвода тепла из зоны тепломассообмена потоком воздуха, создаваемого вентилятором. Все эти положения в полной мере применимы к башенным градирням. Безнасадочная башенная градирня охлаждает воду до 6 - 8 оС выше температуры смоченного термометра, что позволяет ТЭЦ экономить до 3% топлива.

Способы реконструкции градирен

Реконструкция вентиляторной насадочной градирни (вариант 1: безнасадочная вентиляторная градирня).

Вентиляторная безнасадочная градирня позволяет за счет эффективного удаления водяных паров из зоны тепломассообмена обеспечить охлаждение воды до температур на 3 - 6 оС выше температуры мокрого термометра. Практика показала, что при этом происходит понижение температуры на 2 - 6 оС во всей циркулирующей воде водооборотного цикла. Этот способ позволяет увеличить на 20 - 40% плотность орошения в градирне, что соответственно поднимает производительность на эту же величину.

1 - вентилятор;
2 - каплеотбойник;
3 - форсунки;
4 - система орошения;
5 - насадка;
6 - бассейн;
7 - воздушный поток;
8 - охлажденная вода

Рис. 1. Реконструкция вентиляторной насадочной градирни (вариант 1):

1 - вентилятор;
2 - каплеотбойник;
3 - форсунки;
4 - система орошения;
5 - насадка;
6 бассейн;
7 воздушный поток;
8 охлажденная вода

Рис. 2. Реконструкция вентиляторной насадочной градирни (вариант 2):

Реконструкция башенной насадочной градирни (безнасадочная башенная градирня).

Удаление оросителя из башенных градирен и установка распылительных устройств позволяют понизить температуру охлажденной воды до 4 - 8 оС выше температуры мокрого термометра, а это, в свою очередь, позволяет экономить до 5% топлива в год.

Рис. 3. Реконструкция башенной насадочной градирни:
1 - вентилятор;
2 - каплеотбойник;
3 - форсунки;
4 - система орошения;
5 - насадка;
6 - бассейн;
7 - воздушный поток;
8 - охлажденная вода

Охлаждение оборотной воды в таких градирнях происходит за счет тепломассобмена между мелко­дисперсными каплями охлаждаемой воды и воздуха, который эжектируется в факел распыла центробеж­но-струйной форсунки. Коэффициент теплоотдачи

от капель воды существенно выше, чем в градирнях с капельным оросителем. Оснащение существующих градирен безнасадочным распылительным охладителем наряду с повышением эффективности охлаждения оборотной воды позволит получить существенный экономический эффект благодаря следующим показателям:

Выводы

Эксплуатация и ремонт модернизированной или вновь построенной эжекционной градирни достаточно просты и недороги, кроме того, менее затратны по времени. Следует добавить, что использование в градирне распылительного охладителя оборотной воды позволит регулировать производительность градирни в зависимости от технологических и климатических условий. Это касается и регулирования эффективности охлаждения обрабатываемой оборотной воды.

В. Б. Иванов

Источник информации: http://oaji.net/articles/2014/362-1409059627.pdf

06.11.2016


Правила портала и отказ от ответственности
Информационный специализированный ресурс gradirni.org
Проект B2B-Studio.ru
Перейти к полной версии Перейти к мобильной версии