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

Драйкулёры

Термины, определения, сокращения

Приведем определения терминов по ГОСТ Р ЕН 14705—2011, «Теплообменники. Методы измерения и оценки тепловых характеристик испарительных градирен», которые будут использоваться в тексте ниже.

Градирня (cooling tower). Теплообменное сооружение, предназначенное для охлаждения воды за счет теплообмена с потоком воздуха.

Испарительная градирня (wet cooling tower). Теплообменное сооружение, в котором теплообмен между водой и воздухом осуществляется прямым контактом.

Градирня с естественной тягой (natural draught cooling tower): Испарительное теплообменное сооружение, в котором движение воздуха происходит за счет разности плотностей холодного воздуха вне градирни и теплого воздуха внутри. К испарительным градирням с естественной тягой относятся башенные и открытые градирни.

Испарительная градирня с принудительной тягой (mechanical draught wet cooling tower). Теплообменное сооружение, в котором циркуляция воздуха осуществляется вентилятором.

К таким градирням относятся вентиляторные и эжекционные градирни.

Градирня с естественной тягой, усиленной вентилятором (fan assisted natural draught cooling tower): Теплообменное сооружение с естественной тягой и вспомогательным вентилятором, увеличивающим тягу.

Испарительная/сухая градирня (wet/dry cooling tower), или градирня с уменьшенным шлейфом (reduced plume cooling tower) Теплообменное сооружение, состоящее из двух частей. В первой части теплообмен между водой и воздухом происходит за счет прямого контакта, а во второй части через разделяющую их поверхность.

Такие градирни ещё называют гибридными градирнями. В такой градирне нагретая вода предварительно охлаждается в перовой секции потоком атмосферного воздуха, образованного естественной тягой, протекая по теплообменнику, как в сухих градирнях, а затем попадает во вторую секцию, напоминающую испарительную градирню с естественной тягой, усиленной вентилятором. В ней процесс охлаждения воды продолжается за счёт непосредственного (без разделяющей мембраны) взаимодействия её потока с потоком воздуха. Горячий сухой воздух, образовавшийся в сухой секции поступает в пространство над мокрой секцией. Такое решение позволяет снизить температуру воды на входе в «мокрую часть» аппарата, сократить энергозатраты на организацию движения воздушного потока в «мокрой части». Нагретый при сухом охлаждении воздух смешивается с насыщенным воздухом из мокрой секции, это уменьшает шлейф.

Устройство гибридных градирен подробно рассмотрено в разделе «Гибридные градирни».

Испарительная/сухая градирня, спроектированная для уменьшения шлейфа (reduced plume wet/dry cooling tower). Испарительное/сухое теплообменное сооружение, спроектированное для уменьшения шлейфа.

Испарительная/сухая градирня с пониженным уносом воды (water conservation wet/dry cooling tower). Испарительное/сухое теплообменное сооружение, спроектированное для снижения уноса воды.

Сухие градирни

Сухие градирни – результат изобретательской деятельности венгерских инженеров Геллера и Форго. Первоначально их использовали для охлаждения конденсаторов на тепловых электростанциях.

Если в теплообменном сооружении теплообмен между воздухом и водой происходит только через разделяющую их поверхность, то их называют «сухие градирни» или драйкулеры (заимствованное из английского «dry cooler»). В нашей стране сухие градирни называют ещё аппаратами воздушного охлаждения, АВО и радиаторными градирнями.

В полностью «сухих» и испарительных/сухих градирнях, или драйкулерах, в качестве охлаждающего агента выступает атмосферный воздух. Охлаждаемый агент в испарительных/сухих градирнях – вода. В полностью сухих градирнях помимо воды могут использоваться антифризы или другие жидкости. Охлаждаемый агент движется в радиаторах, состоящих из оребрённых, для увеличения площади теплообмена, труб, без непосредственного контакта с воздухом.

Принудительная тяга создаётся вентиляторами, естественная – использованием вытяжной башни.

В некоторых случаях (например, в очень жаркую погоду) для повышения эффективности теплообмена часть труб сухой градирни орошается снаружи водой. Такая конструкция напоминает оросительный теплообменник, состоящий из змеевика, по которому протекает охлаждаемый агент, и системы орошения. Система орошения включает верхний желоб, равномерно распределяющий воду по длине змеевика и корыта, в котором собирается неиспарившееся вода.

Сухие градирни состоят из следующих основных узлов:

В некоторых случаях в состав радиаторной градирни включаются орошаемые водой оребрённые радиаторы. Их используют для охлаждения циркулирующей воды в наиболее жаркие месяцы года, иногда - для её подогрева, чтобы избежать расхолаживания градирни.

Следует обратить внимание, что наличие орошения некоторых секций оребрённых труб не делает градирню «гибридной». Гибридная градирня – это сочетание сухой и мокрой градирен. Циркулирующая в системе охлаждения вода проходит, охлаждаясь, через радиаторы, а затем дополнительно охлаждается до более низкой температуры при непосредственном контакте с атмосферным воздухом.

В радиаторных градирнях применяются различные типы вентиляторов, в том числе диаметром 7 и более метров, используемые и для испарительных градирен.

Сухие градирни можно использовать для непосредственного охлаждения продуктов производства, например, для их конденсации, или для охлаждения воды, используемой для охлаждения других теплообменных установок.

На рисунке РДК-1 приведена схема и фотография сухой градирни с принудительной тягой и верхним расположением вентиляторов.

Рисунок РДК-1. Сухая градирня с принудительной тягой и верхним расположением вентиляторов.

На рисунке РДК-2 приведён чертеж общего вида секции сухой градирни с принудительной тягой и нижним расположением вентиляторов.

Рисунок РДК-2. Чертёж общего вида секции сухой градирни с принудительной тягой, 1 - секции оребренных труб (радиаторов), или «охлаждающие дельты», 2 – вентилятор.

На рисунке РДК-3 приведена схема сухой градирни с естественной тягой. Размеры даны в метрах.

Рисунок РДК-3. Схема сухой градирни с естественной тягой, 1 – вытяжная башня, 2 – охладительные дельты (радиаторы), 3 жалюзийные решётки.

Для интенсификации теплообмена, протекающего в сухих градирнях без контакта воздуха с охлаждаемым агентом может использоваться орошение оребренных труб снаружи водой. Это приводит к образованию парового шлейфа и невозвратным потерям воды.

На рисунке РДК-4 показана мощная сухая градирня с принудительной тягой и устройством водяного орошения.

Рисунок РДК-4. Мощная сухая градирня с принудительной тягой и устройством водяного орошения.

На рисунке РДК-5 показано устройство вертикальных охладительных дельт.

Рисунок РДК-5. Элемент (дельта) сухой градирни: а – охладительная дельта, б - блок теплообменника, в – нижняя камера системы циркуляции воды, 1 охладительная колонна, 2 – жалюзи, 3 – стальные несущие конструкции, 4 – поток воздуха, 5 – трубка, 6 – ребро, 7 – горячая вода, 8 – холодная вода.

Сравнение сухих градирен с испарительными

По сравнению с другими видами градирен сухие градирни самые дорогие и неэффективные.

В таблице ТДК-1 приведены технические, экономические и экологические показатели различных типов градирен.

Из таблицы видно, что по большинству технических и всем экономическим параметрам сухие градирни уступают всем другим типам градирен, но превосходят их по экологическим параметрам.

Экология и недостаток воды – основные причины, толкающие проектировщиков и инженеров к установке на некоторых объектах сухих градирен.

Таблица ТДК-1. Технические, экономические и экологические показатели различных типов градирен при охлаждении оборотной воды с температурой на входе в градирню до 45 ºС.

Показатели

Тип

градирен

Вентиляторные

Башенные

Открытые (атмосферные)

Радиаторные (сухие)

Технические

Т1

Удельная тепловая нагрузка кВт/м2

93-175

70-120

35-60

0,25-2

Т2

Температура среднегодовая охлажденной воды t2 – τ, ºС

16-18

21-23

26-28

30-32

Т3

Глубина охлаждения воды t2 – τ, ºС*)

4-5

8-10

10-12

20-35

Экономические

Э1

Относительные базовые удельные затраты на 1 м2 площади градирен, капитальные**)

0,27-0,73

0,64-1,00

0,27-0,64

1,82-3,00***)

Э2

Относительные базовые удельные затраты на 1 м2 площади градирен, эксплуата­ционные****)

0,95-4,29

0,33-1,00

0,48-0,95

1,24-4,76

Экологические

Эк1

Выбросы в окружающую среду, отнесённые к 1 м3 охлаждаемой воды:

- тепла с паровым факелом, МДж/ч

12-80

20-60

20-40

20-40

- воды с капельным уносом и продувкой, м3/ч, максимум

0,035

0,03

0,02

-

Эк2

Выбросы загрязнений с капельным уносом и продувкой, кг/ч, максимум:

- органических (комплекс)

0,01

0,007

0,007

-

- минеральных солей

0,3

0,2

0,17

-

- механических примесей

0,01

0,007

0,007

-

Эк3

Потребление свежей воды, отнесённое к 1 м3 охлаждаемой воды, м3/ч (не более)

0,05

0,04,

0,03

0,02

*) t2 – температура воды на выходе из градирни, ºС, τ – температура окружающего воздуха по смоченному термометру, ºС.

**) За единицу относительных базовых капитальных затрат на м2 приняты максимальные капитальные затраты на башенные градирни.

***) Некоторые источники оценивают увеличение стоимости сухой градирни по отношению к испарительной при одинаковой тепловой нагрузке в 5 раз.

****) За единицу относительных базовых затрат на эксплуатацию на 1 м2 площади градирен приняты максимальные затраты на башенные градирни. Эксплуатационные расходы определяются по составу показателей работы градирен. Такими показателями являются:

Пример. Сравнение основных показателей испарительной и сухой градирни

В таблице ТДК-2 приведены показатели вентиляторной испарительной и вентиляторной сухой градирен одинаковой производительности.

На рисунке РДК-6 показаны схемы размещения секций испарительных и сухих градирен на генплане предприятия.

Таблица ТДК-2. Сравнение основных показателей испарительной и радиаторной градирни.

Показатель

Градирня

испарительная

радиаторная

Количество охлажденной воды, м3

2000,0

2000,0

Температура нагретой воды, °С

40,0

40,0

Температура охлажденной воды, °С

28,0

28,0

Температура воздуха по влажному термометру, °С

19,3

19,3

Количество воды, охлаждаемое секцией градирни, м3

640,0

200,0

Число секций градирни, установленных в системе

3

10

Мощность вентилятора, кВт

32,0

75,0

Количество свежей воды на восполнение потерь, м3

100,0

-

Количество свежей воды на увлажнение воздуха или её нормализацию, м3

-

52,5

Площадь, занимаемая сооружениями на генплане, м2

3876,0

6480,0

Относительная стоимость секции градирни

1,0

2,5

Относительные капитальные затраты на все секции градирни

1,0

8,4

Расход электроэнергии при работе градирни 4000 часов в год,
тыс. кВт.ч

384,0

3000,0

Рисунок РДК-6. Схемы размещения водоблоков на генплане. Отношение площади, занимаемой водоблоком с драйкулерами и водоблоком с испарительными градирнями Sдк/Sиг = 1,67, а) - водоблок с испарительной градирней, б) - водоблок с радиаторной градирней, 1 ‑ испарительная градирня, 2 - насосная станция, 3 – помещение электрооборудования, 4 - реагентная, 5 – драйкулеры, 6 - резервная емкость.

Сухие градирни, оборудованные, например, вентилятором 2ВГ 70, при использовании для охлаждения воды с уровнем температур, принятым для испарительных градирен, имеют производительность 170-200 м3/ч, тогда как секция испарительной градирни с тем же вентилятором имеет производительность 1000-2000 м3/ч при одинаковой стоимости.

Эксплуатация драйкулеров усложняется в зимний период из-за возможности замерзания циркуляционной воды при недостаточном её нагреве в технологических аппаратах, или во время внезапного прекращения подачи воды циркуляционными насосами.

Для предупреждения замерзания воды в трубках радиаторов, что приводит к их повреждению и разрушению, требуется устройство емкостей для спуска воды из системы при аварийных ситуациях, произошедших в зимнее время, или заполнение системы низкозамерзающими жидкостями (антифризами).

Контур циркуляции с радиаторными градирнями, как правило, работает на умягченной воде. Умягчение достигается специальной подготовкой с помощью химических соединений и требует соответствующих затрат. В аварийных ситуациях или при ремонте сооружений циркуляционного контура рекомендуется сливать воду из системы в какую-либо емкость, т.к. как эта вода была специально подготовлена.

Влияние сухих градирен на КПД ТЭС

Охлаждаемая воздухом поверхность радиаторов (поверхность радиаторов с воздушной стороны) из-за отсутствия испарения воды и низкой теплопроводности атмосферного воздуха должна быть больше, чем поверхность непосредственного контакта воды и воздуха в испарительных градирнях. Оребрённая поверхность радиаторов с воздушной стороны может составлять 600 000 и даже 106 м2 в крупных градирнях. Соответственно, велика и протяжённость труб, по которым циркулирует жидкость в градирне.

Сечение и высота вытяжной башни и(или) размеры и производительность вентиляторов должны быть большими. Расход воздуха при «сухом» теплообмене, когда вода остывает лишь за счёт передачи тепла воздуху через стенки трубок и рёбер радиатора, в 3 – 5 раз превышает расход воздуха при испарительном охлаждении воды.

Так как на выходе из сухой градирни температура воды не может быть ниже температуры воздуха по сухому термометру (если не брать в расчёт сухие градирни с внешним орошением охладительных дельт), то среднегодовая температура воды на выходе из неё, и, следовательно, температура конденсации пара в конденсаторе турбины тепловой электростанции будут выше.

Эти факторы приводят к тому, что в оборотной системе с сухой градирней оптимальное остаточное давление пара в конденсаторе турбины будет выше.

Это означает, что КПД ТЭС, оснащенной драйкулерами, будет ниже по сравнению с любыми другими видами охлаждения воды, что и иллюстрирует таблица ТДК-3.

Таблица ТДК-3. Влияние температуры воды, охлаждающей конденсаторы турбин, на КПД ТЭЦ.

Система водоснабжения

Показатели

Прямоточ­ная

Оборотная

Водохрани­лища - накопители

Брызгатель­ные бассейны

Испаритель­ные градирни

Радиатор­ные (сухие) градирни

Среднегодовая температура окружающей
воды, ºС

11

16

20

22

31

Температура конденсации
пара, ºС

26

31

36

39

43

Давление в конденсаторе турбины, кПа

3,4

4,5

6,5

7,1

8,7

КПД ТЭЦ, %

38,4

37,5

36,1

35,2

33,4

Снижается не только КПД, возрастают затраты электроэнергии, а значит, и расход топлива на собственные нужды.

Например, для АЭС при той же тепловой мощности парогенератора уменьшается расчётная электрическая мощность энергоблока, а в летнее время располагаемая мощность турбоагрегата может быть ниже расчётной.

Для промышленных предприятий при использовании испарительных охладителей температура tпр на выходе может быть выше начальной температуры охлаждающей воды t2 на 4 – 8 ºС, а при сухом способе охлаждения tпр должна быть выше не менее, чем на 10 – 15 ºС температуры воздуха ϑ по сухому термометру.

Холодопроизводительность системы воздушного охлаждения с сухими градирнями зависит не только от времени года, но и от времени суток, т.к. температура окружающего воздуха по сухому термометру может резко меняться от дня к ночи.

Стабильная работа сухих градирен возможна при стабильной тепловой нагрузке, в особенности в холодное время года. При энергообеспечении промышленных и других объектов, выполняемом ТЭС и ТЭЦ, количество выделяемого ими тепла может резко меняться в течение суток. Это приводит к возникновению повышенной опасности размораживания радиаторов и выходу из строя не только градирни, но и остановке всей станции.

Применимость сухих градирен

Использование сухих градирен обоснованно в случаях, если:

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