ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

     2.3.1 ПСО с башенными испарительными градирнями

Башенные испарительные градирни - наиболее широко используемый тип охладителя. В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом (испарение 1% воды снижает ее температуру на 6°С). Поток воздуха создается за счет разности плотностей воздуха с различной температурой внутри и снаружи вытяжной башни. Теоретическим пределом охлаждения воды в испарительных градирнях является температура атмосферного воздуха по мокрому термометру, которая, в зависимости от влажности воздуха, может быть ниже температуры по сухому термометру на несколько градусов.

Башенные градирни обладают более высокой и устойчивой охлаждающей способностью, чем брызгальные бассейны или водоемы-охладители, и требуют меньшей площади для их размещения.

В то же время при расположении испарительных градирен на площадке предприятия следует обеспечивать беспрепятственный доступ атмосферного воздуха к ним и благоприятные условия для отвода увлажненного воздуха, выбрасываемого из градирен. По этим соображениям не рекомендуется располагать градирни в окружении высоких зданий или на близком расстоянии от них. Расстояние должно быть более полуторной высоты зданий. При этом необходимо учитывать розу ветров и направление зимних ветров для предупреждения увлажнения и обмерзания зданий и сооружений вблизи градирен.

По условиям надежности, удобства и экономичности эксплуатации рекомендуется сооружать от 2 до 12 секций или отдельных градирен в одном оборотном цикле водоснабжения.

Конструкция

Башенные градирни состоят из следующих основных элементов: вытяжной башни, оросительного устройства (кроме брызгальных градирен), подводящих напорных водоводов, системы водораспределения, каплеуловителя, водосборного бассейна, отводящих трубопроводов циркуляционной и продувочной воды, противообледенительного устройства. Гидравлическая нагрузка на башенные градирни равна 7-10 м/(м·ч).

В брызгальном варианте башенной градирни, т.е. при отсутствии оросителя и охлаждении воды при помощи разбрызгивающих сопл, плотность орошения (гидравлическая нагрузка) бывает ниже - не более 5 м/(м·ч).

Вытяжная башня

Вытяжная башня выполняется или из стального каркаса с внутренней обшивкой, или из монолитного или сборного железобетона. Форма вытяжной башни может быть гиперболической, конической или пирамидальной. Вытяжные башни из монолитного железобетона строятся, как правило, гиперболической формы - наиболее рациональной в аэродинамическом и экономическом отношениях.

По условиям предотвращения разрушения конструкционных материалов температура воды, поступающей на градирни, не должна, как правило, превышать 60°С. При температуре поступающей воды выше 60°С применяютя защитные покрытия конструкций или специальные термоустойчивые материалы.

При применении башенных градирен в районах с суровыми зимними условиями эксплуатация их затрудняется из-за возможности обмерзания. Во избежание обледенения конструкций градирен при отрицательной температуре наружного воздуха необходимо поддерживать температуру охлажденной воды не ниже уровня 10°С-12°С. Кроме того, воздуховходные окна оборудуются щитами (поворотными, навесными или шандорными) для регулирования входящего в градирню воздуха в зимний период. По периметру башни на уровне верха воздуховходного окна может быть уложен кольцевой трубопровод с горячей водой. Кроме того, для условий зимней эксплуатации возможно применение предварительного нагрева или циркуляции охлаждающего воздуха.

Система распределения воды

Вода из теплообменника поступает в градирню через специальную систему водораспределения. Ее цель - увеличение площади контакта циркуляционной воды с воздухом. Для этого система водораспределения создает мелкие капли. Однородность распределения увеличивает интенсивность теплообмена. Если нужно понизить производительность системы охлаждения возможно отключение части системы водораспределения.

Опыт применения брызгальных градирен вместо градирен с пленочным оросителем показал, что при напоре циркуляционной воды у сопл 5-6 м вод.ст. недоохлаждение воды составляет 3°С-4°С при всех прочих равных условиях. При этом имеет место также большой вынос мелких капель воды вместе с выходящими из башен потоками воздуха. Последнее ограничивает возможность повышения напора сопл и связано с необходимостью установки водоулавливающих устройств.

Водораспределительное устройство башенных градирен выполняется напорным. Магистральные трубы водораспределительного устройства - стальные. Ответвления от магистральных труб (рабочие трубы) могут быть асбестоцементными, пластмассовыми или стальными. На ответвлениях труб устанавливаются разбрызгивающие пластмассовые сопла. Водораспределительное устройство рассчитывается так, чтобы обеспечивать нормальную работу градирен в широком диапазоне удельных гидравлических нагрузок.

Ороситель

Ороситель - важная часть открытой испарительной градирни, создающая поверхность контакта для теплообмена между водой и воздухом. В зависимости от конструкции оросительного устройства и способа, которым достигается увеличение поверхности соприкосновения воды с воздухом и типом применяемого оросителя, градирни подразделяются на пленочные, капельные, комбинированные капельно-пленочные и брызгальные.

Каждый из указанных видов градирен может иметь разнообразные конструкции отдельных элементов оросительного устройства, отличаться их размерами, расстояниями между ними и может быть выполнен из различных материалов.

Наиболее существенными характеристиками, которые необходимо учитывать при выборе оросителей, являются стоимость, стабильность охлаждающих параметров, аэродинамическое сопротивление, устойчивость к биообрастанию, срок службы оросителя, ремонтопригодность, пожаробезопасность.

В брызгальных градирнях ороситель отсутствует. Увеличение поверхности теплообмена достигается за счет разбрызгивания воды. Эти градирни менее эффективны по сравнению с пленочными и капельными, так как площадь контакта воды и воздуха в них меньше.

Пленочный ороситель обычно состоит из плотно упакованных гофрированных вертикальных листов или листов из органических материалов, которые побуждают воду стекать вниз в виде тонкой пленки. Этот ороситель очень эффективен и может использоваться для большинства применений.

Капельный ороситель применяется в различных конструкциях и может быть сделан из множества материалов. Капельный ороситель имеет намного более низкую эффективность, чем пленочный, но используется в ситуациях, где вода загрязнена и при этом у пленочного оросителя могут быть проблемы из-за загрязнения поверхности. Если содержание взвешенных веществ высоко, то используются также цементноволокнистые плиты.

Комбинированные капельно-пленочные оросители имеют достаточно высокие характеристики эффективности, при этом оставаясь устойчивыми к загрязнению.

Удельная гидравлическая нагрузка на градирни определяется технологическими расчетами в зависимости от расчетных параметров атмосферного воздуха при заданном проценте обеспеченности, требуемых перепадов температуры воды, расчетных температур охлажденной воды и выбранного вида и конструкции градирен.

Ориентировочно для градирен, расположенных в средней полосе России, удельная гидравлическая нагрузка равна, м/(м·ч), при оросителе:

- пленочном 8-12

- капельном 6-10

- брызгальном 5-6