Пятница, 29.11.2024, 09:19
 |  |  |
Градирня
— это устройство для незначительного охлаждения теплой воды.
«Незначительное» означает, что после градирни вода не становится
ледяной, как в чиллере (+7 градусов). Температура поступающей воды в
градирню — около 40-50 градусов, после градирни — 25-30 градусов (в
лучшем случае).
Необходимость
охлаждать теплую воду возникает, если того требует технологический
процесс на производстве или в случае охлаждения воды для чиллера с
водяным конденсатором.
Градирни бывают двух типов: собственно градирни и «сухие градирни» (« drycooler » / «драйкулер»).
 |
Градирня в контуре чиллера |
Использование градирен.
Использование в технологических целях .
ТЭ
C , АЭС, промышленные предприятия потребляют огромное количество
технической воды, прежде всего, для охлаждения узлов и агрегатов. Вода
при этом, естественно, нагревается. Поскольку зачастую вода двигается по
замкнутому контуру (т.е. не сливается в реку, а снова идет для
охлаждения агрегатов), ее следует охладить. Это нужно, прежде всего, для
повышения эффективности охлаждения — чем холоднее вода, тем лучше она
будет охлаждать оборудование.
Для целей частичного охлаждения воды применяются градирни.
Использование в кондиционировании.
Как мы описывали в разделе «чиллеры», существуют чиллеры с воздушным охлаждением и с водяным.
Чиллер
дает холод всем помещениям, при этом вода, которая циркулирует по
трубам, естественно частично нагревается. Это тепло нужно отдать или
уличному воздуху или воде (проточной или специально подготовленной).
В
случае воздушного охлаждения тепло, аккумулированное водой, выделяется в
атмосферу, а в случае водяного охлаждения — в бак с водой. Вода для
бака охлаждается вентиляторной сухой градирней.
Конструкция и схема работы.
Градирня .
Принцип
работы обычной градирни вы еще познали в детстве, когда разбрызгивали
воду. Наверняка вы замечали, что мелкие капельки даже теплой воды
становились противно-холодными.
Нечто
подобное, только в промышленных масштабах происходит в градирне —
теплая вода разбрызгивается, и от этого охлаждается. Иногда этому
процессу помогают вентиляторы.
В связи с этим существует два типа градирен — обычные и вентиляторные.
 |
Башенные градирни |
Башенные градирни —
это грозные сооружения, которые можно наблюдать в большом количестве на
МКАДе. Это громадные трубы конической формы, из которых валит пар.
Башенные
градирни используются для охлаждения больших объемов воды, в несколько
раз превышающих объемы воды на промышленных предприятиях. Эти градирни
применяются преимущественно на тепловых и атомных электростанциях.
Высота
больших башенных градирен, изготавливаемых из монолитного бетона, может
достигать 90 метров и иметь площадь орошения до 3200 м2.
 |
Типы градирен.
Для предприятий используют более эффективные градирни:
- Вентиляторные, где потоки воды охлаждается мощным потоком уличного воздуха;
- Эжекционные,
где форсунки разбрызгивают воду, которая охлаждается подсасываемым
уличным воздухом (без использования вентиляторов).
Сухая градирня .
Нет
проще конструкции и схемы работы, чем у сухой градирни. Принцип работы
такой: обдуть теплообменник, по которому циркулирует теплая вода, мощным
потоком уличного воздуха. Это позволяет несколько снизить температуру
воды.
 |
Вентиляторная градирня |
«Сухая» означает, что в градирни нет потоков воды, форсунок и т.п., т.е. нет испарения воздуха.
Вода бежит по герметическим трубкам, которые обдуваются уличным воздухом.
Сухие
градирни используются в системах чиллер-фанкойлы. Они охлаждают воду
для бака, в котором охлаждается конденсатор чиллера. (см. раздел
«чиллеры»).
Ниже
приводятся несколько способов, которые позволят повысить эффективность
охлаждения систем включающих в себя градирню, что в свою очередь
приведет к экономии эксплуатационных расходов и следовательно сроков
окупаемости. Улучшение рабочих процессов охлаждения воды в градирнях
приводит не только к росту экономических показателей работы самой градирни,
но и, что более важно, к увеличению экономии в производственных
процессах. Снижение температуры конденсации в холодильной машине
увеличивает ее холодопроизводительность и снижает мощность, потребляемую
компрессором, снижение температуры охлаждающей воды в дистилляционной
колонне увеличивает количество и качество получаемого продукта.
Косвенная экономия, как правило, в несколько раз больше, чем затраты для
её обеспечения. Наиболее ярким примером этого может служить влияние
степени охлаждения сжатого воздуха в промежуточных и концевых
теплообменниках воздушных компрессоров на эффективность работы
последних. Если температура охлаждающей воды увеличивается на 5 ° С, то
удельное потребление энергии компрессором возрастает, что приводит к
повышению эксплуатационных расходов в среднем на 20%. Такой рост при
сегодняшних ценах на электроэнергию неминуемо приведет к потерям сотен
тысяч рублей в год.
Обычно высокая температура охлаждающей воды
связана либо с неправильным выбором градирни, либо с её плоим
техническим состоянием.
Вопрос энергосбережения в системах оборотного водоснабжения можно рассматривать в рамках следующих разделов:
- Рациональный выбор типа градирни;
- Соответствие градирни охлаждаемому объекту;
- Техническое обслуживание градирни;
- Реконструкция градирни.
Выбор
типа и размера градирни имеет очень большое влияние на эффективность
работы системы охлаждения и следовательно на её энергопотребление.
Основными типами вентиляторных градирен употребляемых в современных
условиях являютсяградирни с поперечным током воды и воздуха и градирни с
противотоком. В нашей стране наибольшее распространение
получили градирни с противотоком. Такое положение связано со следующими
соображениями:
а) градирни с поперечным током воды и воздуха имеют,
как правило, при одинаковой охлаждающей способности большие габаритные
размеры, чем градирни с противотоком;
б) Мощность необходимая для
привода насосов градирни с противотоком меньше, чем для градирен с
поперечным током, за счет меньшей высоты подъёма жидкости и меньшего
сопротивления форсунок-сопел, приблизительно на 15 - 20%;
в) Мощность
необходимая для привода вентилятора градирен с противотоком
незначительно выше, чем для градирен с поперечным током приблизительно
на 3 - 5%, несмотря на то, что аэродинамическое сопротивление
противоточных градиренвыше, чем поперечноточных, но при этом расход
воздуха для обеспечения одинаковой степени охлаждения для
противоточных градирен меньше.
Из изложенного выше следует, что
использование градирен с противоточной схемой подачи воды и воздуха
позволяет минимизировать энергопотребление в комплексеградирня -
насосная станция.
Серьезной проблемой при
эксплуатации градирни является рециркуляция воздуха, когда теплый и
влажный воздух, выходящий из градирни, практически не способный к
охлаждению воды, вновь попадает во входные окна градирни. Это явление
значительно ухудшает, а то и практически прекращает охлаждение оборотной
воды. Причиной рециркуляции, как правило, бывает:
а) Неправильное
расположение градирен относительно близлежащих зданий и сооружений.
Например, градирня расположена непосредственно у высокой стены здания;
б)
Неправильная ориентация градирни на местности, когда господствующий в
данном районе ветер сносит поток выходящего из градирни воздуха вновь к
приемным окнам;
в) Неправильное взаиморасположение
нескольких градирен, когда часть из них экранирует другие или создает
поток теплого воздуха, который засасывается другими градирнями.
Во
всех перечисленных случаях эффективность охлаждения воды может снизиться
практически в 1,5 - 2 раза при неблагоприятных условиях, если
складываются несколько факторов, охлаждение воды может прекращаться
вовсе.
При выборе места расположения градирни необходимо соблюдать ряд требований:
а) градирни рекомендуется
устанавливать на открытых площадках, где обеспечивается быстрый унос
ветром теплого и влажного воздуха, выходящего изградирни;
б)
Ориентация градирни должна выбираться с учетом Розы Ветров в данном
районе, т.е. градирню с односторонним входом воздуха следует
ориентировать приемным окном в направлении, с которого наиболее часто
дуют ветры;
в) Вход воздуха в градирню и выход его из градирни не должен иметь никаких препятствий.
Более полно рекомендации по установке градирен и групп градирен изложены в приложении к СНиП.
В
меньшей степени рециркуляции подвержены градирни, у которых воздух с
большой скоростью (3-5 м/сек) выходит из её верхней части. Однако, и
такие градирни не рекомендуется устанавливать между зданиями и
сооружениями или в непосредственной близости от последних.
Следует
так же помнить, что температура воды на выходе из градирни, при прочих
равных условиях, для градирен с противоточной схемой приблизительно на 2
°С ниже, чем для градирен с поперечной схемой подачи воды и воздуха.
Аналогично и недоохлаждение, т.е. разность температуры воды на выходе
из градирни и температуры <мокрого термометра> - физического
предела охлаждения, как правило для градирен с противоточной схемой
меньше, чем для градирен с противоточной схемой.
Вышеизложенные
положения подтверждают тезис, что градирни с противоточной схемой подачи
воды и воздуха имеют большую эффективность охлаждения и меньшее
энергопотребление, чем градирни с поперечным током.
Приведем три основных элемента, которые определяют эффективное охлаждение воды в градирне:
I. Равномерное распределение воды по поверхности оросителя градирни;
II.Равномерный и достаточный по количеству поток воздуха;
III.Высокоэффективный ороситель и каплеотделитель.
I. Равномерное распределение воды по поверхности оросителя градирни.
Важно
помнить, что выбор сопла-форсунки в системе водораспределения имеет
очень важное значение для обеспечения надежного и максимально возможного
охлаждения воды в градирне, т.к. от этих устройств непосредственно
зависит равномерность создаваемой на поверхности оросителя пленки воды и
возможный капельный унос. Большинство используемых на сегодняшний день
сопел-форсунок (тангенциальные, ударные и т.п.) обеспечивают достаточно
хорошее распределение воды, но в большинстве случаев создают из летящих
капель конус с углом при вершине 90-120, не заполненный в средней своей
части. Такое положение приводит к необходимости устанавливать
сопла-форсунки через меньшие промежутки, что бы обеспечить равномерность
попадания капель воды на поверхность оросителя. В тоже время
сопла-форсунки не должны создавать капли с малым диаметром и весом, хотя
такие мелкие капли и улучшают равномерность водораспределения, но они
же значительно увеличивают капельный унос. В этой связи необходимо
заметить, что для решения выше указанных задач более всего подходят, так
называемые цельно-факельные сопла-форсунки, создающие при распылении
воды полностью заполненный каплями факел, что позволяет уменьшить
количество сопел-форсунок на градирне и упростить систему трубопроводов в
раздающей сети.
II.Равномерный и достаточный по количеству поток воздуха.
Для
венитиляторных градирен очень важно, как правильно подобрать
количественно поток воздуха, так и равномерно распределить этот поток
воздуха внутри оросителя. Большое количество воздуха, подаваемого в
градирню, позволит надежно охлаждать воду, но неминуемо приведет к
увеличению затрат энергии на привод вентилятора и росту капельного
уноса, за счет возрастания скорости воздуха на выходе изградирни. При
малом количестве воздуха, серьезной проблемой станет обеспечение
равномерного распределения воздуха по всем ячейкам оросителя и, как
следствие, возможность обеспечить требуемую степень охлаждения воды.
Основным способом решения этих проблем является тщательная
аэродинамическая проработка деталей корпуса градирни с целью снижения
сопротивления и уменьшения вихреобразования. При этом необходимо
помнить, что количество воздуха, необходимое для охлаждения воды, в
большой степени зависит от параметров окружающей среды и, следовательно,
от времени года. Так летом эта величина приблизительно в 3 раза больше,
чем зимой.
III.Высокоэффективный ороситель и каплеотделитель.
Ороситель
- основной элемент современной градирни, обеспечивающий охлаждение
оборотной воды, должен отвечать следующим требованиям:
а) Равномерное и регулярное заполнение внутреннего объемаградирни;
б) Надежность и долговечность, высокая химическая стойкость;
в) Пожаробезопасность (материал оросителя не должен поддерживать горения);
г) Хорошая смачиваемость.
Каплеотделитель
- представляет собой второй по значимости элемент градирни, т.к. унос
капель воды при его отсутствии может доходить до 5% от объема
поступающей в градирню воды. Каплеотделитель должен отвечать следующим
требованиям:
а) Незначительное аэродинамическое сопротивление;
б) Надежное отделение капельной влаги из потока воздуха при скоростях до 5 м/сек;
в) Долговечность и химическую стойкость;
г) Пожаробезопасность.
Поэтому
любое нарушение целостности оросителя и каплеотделителя неминуемо
приводит к серьезным нарушениям в работе градирни. При разрушении
оросителя часть воздуха, минуя оставшиеся ячейки, не охлаждая воду,
выносится из градирни, как следствие уменьшается степень охлаждения воды.
При разрушении каплеотделителя увеличиваются потери за счет уноса
капель, т.к. в месте разрушения каплеотделителя уменьшается
аэродинамическое сопротивление и воздух с большой скоростью выходит
из градирни вместе с капельной влагой.
Соответствие градирни охлаждаемому объекту.
Для
примера рассмотрим вопрос экономии энергии при использовании градирни в
системе охлаждения воды предназначенной для отвода теплоты конденсации в
холодильной машине. В этом случае наиболее важно оценить не только
правильность подбора градирни к объекту охлаждения, но и правильность
выбора оборудования входящего в холодильную машину.
а) Если
холодильная машина оборудована кожухотрубными конденсаторами, то
целесообразно заменить их современными пластинчатыми теплообменниками,
позволяющими уменьшить разность температур между охлаждающей водой и
конденсируемым хладагентом, снизить расход энергии на приводах насосов,
т.к. скорости подачи воды в пластинчатых аппаратах в меньшей степени
влияет на коэффициент теплоотдачи, чем для кожухотрубных конденсаторов.
б)
Где возможно, необходимо использовать для конденсации хладагента
не градирни, а испарительные конденсаторы - некий гибрид градирни и
трубчатого конденсатора. Использование аппарата такого типа позволит еще
больше понизить температуру конденсации и следовательно увеличить
эффективность работы холодильной станции в целом.
в) Не следует
осуществлять подбор градирни для охлаждения конденсатора холодильной
машины на тепловой поток меньше, чем номинальный, мотивируя это тем, что
большую часть рабочего времени холодильная машина используется не на
полную мощность. В таком случае при работе с номинальной
холодопроизводительностью рост температуры конденсации приведет к
резкому возрастанию мощности, потребляемой компрессором, а штрафы за
превышения потребления им энергии перекроют экономию на мощности насосов
и вентиляторов, да и быстро сведут к нулю экономию от
покупкиградирни малой производительности.
Таким образом, градирня,
выбираемая для охлаждения воды любого промышленного объекта, должна
обеспечивать охлаждение воды при номинальной или даже максимальной
тепловой нагрузке в самых неблагоприятных условиях окружающей среды,
определяемых по климатическим данным данного региона. Здесь необходимо
указать, что тепловой поток, который требуется отводить в окружающую
среду желательно делить между 2-3 однотипными градирнями, что обеспечит
возможности регулирования.
Техническое обслуживание градирни.
Технического
обслуживания градирен обычно включает в себя ряд мероприятий, основными
среди которых, являются работы по удалению загрязнений с основных
элементов градирни. Загрязнение поверхности оросителя, засорение
разбрызгивающих устройств (сопел-форсунок) и водораспределяющих
трубопроводов приводит к значительному снижению эффективности процессов
охлаждения воды в градирне.
Очистка может производится как
механическими средствами, так и химической обработкой. Сроки
технического обслуживания обычно подбираются в зависимости от степени
загрязнения градирни, но не реже одного раза в год. При таких работах
следует обратить внимание на следующее:
а) Очистка внутренних поверхностей градирни и оросителя минимизирует потери давления при движении воды и воздуха;
б)
Очистка трубопроводов системы водораспределения и сопел-форсунок от
попавшей ржавчины, органических отложений и т.п., обеспечит снижение
гидравлического сопротивления;
в) Обеспечение надежной фильтрации
воды, поступающей в градирню и своевременная чистка фильтров, что
способствует снижению гидравлического сопротивления.
Одним из
перспективных, но сложных в использовании средств борьбы с загрязнением
теплопередающих поверхностей, трубопроводов и сопел-форсунок является
химическая обработка воды, используемой в оборотном цикле. При этом
обеспечивается длительная эксплуатация, т.к. обрастание и
загрязнение градирниуменьшаются в разы. Однако при использовании
химических реагентов препятствующих образованию органических и
минеральных отложений в градирне необходимо помнить, что вода в градирне
постоянно омывается воздухом удаляемым в окружающую среду и
соответственно вещества содержащиеся в воде неизбежно будут попадать в
воздух. Поэтому при химической обработке воды следует предусмотреть и
обеспечить проведение мониторинга выходящего из градирни воздуха, с
целью обеспечения требований безопасности.
Для уже работающих долгое время градирен имеет смысл при техническом обслуживании провести следующие работы:
а)
Обеспечить не возможность или снизить вероятность попадания теплого
влажного воздуха выходящего из градирни на её всасывающую сторону, путем
установки перегородок, экранов или более высоких камер выброса воздуха;
б)
Проверить правильность и равномерность распределения вода
соплами-форсунками по поверхности оросителя, при неравномерной раздаче
изменить расположение сопел-форсунок или заменить их более эффективными;
в)
При необходимости, восстановить целостность оросителя и
каплеотделителя, причем применение разного типа оросителя и
каплеотделителя в одном слое не рекомендуется;
г) Восстановить наружную обшивку градирни, что бы исключить потери воды и обеспечить прохождение воздуха только через ороситель;
д) Максимально герметизировать трубопроводы для снижения потерь воды из водооборотного цикла;
е)
Проверить правильность работы вентилятора (отсутствие вибраций,
правильность направления вращения и т.п. согласно паспорту на
вентилятор).
Проведение вышеперечисленных работ позволит обеспечить
существенную экономию энергетических и материальных ресурсов на
эксплуатирующихся градирнях.
Реконструкция градирни.
Проведение работ по реконструкции градирницелесообразно и возможно, если несущая конструкцияградирни способна
просуществовать 10-15 лет, в противном случае более правильно
произвести замену на новое устройство. При проведении реконструкции
необходимо точно установить, что восстановленная градирня будет соответствовать тому оборудованию, которое нуждается в охлаждении, а не будет избыточной или недостаточной.
Полная реконструкция градирни должна включать в себя следующие работы:
а) Ремонт несущих конструкций градирни;
-
Несущие конструкции выполненные, обычно, из стандартного металлического
профиля или железобетона, сохраняются даже при длительной эксплуатации,
но требуют очистки, восстановления поверхности и сварных швов и
обязательной покраски.
б) Восстановление деталей обшивки;
- Детали наружной обшивки градирен,
выполнялись обычно из древесины или асбоцементных листов, в большей
степени подвержены разрушению, особенно в зимний период, когда из-за не
плотностей происходит намерзание льда и последующее разрушение обшивки.
Для замены сегодня предлагаются пластмассовые элементы обшивки легко
стыкуемые и обеспечивающие надежную герметичность.
в) Замена оросителя;
-
Серьезный прогресс в области охлаждения воды в градирнях произошел в
последние 30 лет и выразился в предложении широкой гаммы
высокоэффективных оросителей из пластических масс, долговечных,
негорючих, обеспечивающих высокую степень охлаждения воды. Варьирование
типом оросителя или его высотой позволяет добиться эффективного
охлаждения воды в реконструируемых градирнях.
г) Замена каплеотделителя;
-
При выборе каплеотделителя для замены необходимо обратить внимание на
такие параметры, как-то аэродинамическое сопротивление, которое должно
быть по возможности небольшим и возможность максимально отделять
капельную влагу при заданных скоростях воздуха.
д) Восстановление системы подачи воды в градирню и разбрызгивающих устройств;
-
Система трубопроводов наиболее сильно разрушается от времени и поэтому,
как правило, требует полной замены. В современных условиях наиболее
перспективным является замена металлических труб на пластиковые.
Сопла-форсунки следует выбирать исходя из следующих соображений -
устройства должны иметь малое сопротивление, хорошо разбрызгивать воду и
иметь достаточно высокий расход, что бы количество сопел-форсунок не
было чрезмерным.
е) Восстановление вентиляторов;
- Обычно эти работы включают в себя ремонт электродвигателей, ревизию вентилятора или замену на новый.
Вентилятор одна из важных частей градирни,
т.к. от количества подаваемого в градирню воздуха зависит степень
охлаждения воды. Обычно, количество воздуха и количество охлаждаемой
воды соотносится 0,5 кг/1,0 кг. Однако такое соотношение справедливо
только при определенных условиях - расчетный режим работы градирнив летнее время, когда охлаждающая способность окружающего воздуха минимальна. Таким образом становится понятно, что вентилятор градирни большую
часть времени в году работает с производительностью большей, чем
необходимая. Это вынужденная мера. Сегодня существует ряд способов,
которые могут обеспечить экономию электроэнергии на привод вентилятора.
- Доукомплектовать привод вентилятора градирни регулятором частоты вращения, позволяющим не только менять обороты рабочего колеса вентилятора, но и потребляемую мощность.
-
Установить рабочее колесо вентилятора с изменяемым в процессе работы
шагом (углом атаки), что также позволит сократить потребляемую мощность.
-
Установить вентиляторы с много скоростными электродвигателями, которые
обеспечат ступенчатое (2-3 ступени) регулирование производительности и
соответственно ступенчатое изменение потребляемой мощности.
Здесь
необходимо отметить, что в зимний период в градирню необходимо подавать
30-40% того количества воздуха, которое необходимо подавать летом для
получения того же охлаждающего эффекта. Таким образом используя выше
перечисленные рекомендации можно сократить потребление электроэнергии на
привод вентилятора на 60%.
Производители и сравнение.
Несмотря
на простоту конструкции градирен (за исключением 90-метровых монстров),
в нашей стране используются не только отечественные градирни.
В России успешно продаются вентиляторные и эжекционные градирни отечественного производства.
Зачастую есть смысл старые вентиляторные градирни модернизировать в эжекционные.
Преимущества эжекционных градирен перед вентиляторными:
- Экономия электроэнергии – от 15 до 20% (отсутствие вентиляторов).
- Высокая
надежность работы (обусловлена отсутствием вентилятора, оросителя,
статических и динамических нагрузок на элементы градирни зимнего
обледенения) - Малая материалоемкость.
- Большой гарантийный срок эксплуатации, до 30 лет.
- Не требует специальных защитных покрытий конструкций.
- Минимальные затраты на ремонт.
- Стоимость эжекционной градирни в два раза дешевле вентиляторной.
