Охолоджуючі пристрої оборотних систем

В технологічних процесах багатьох виробництв для охолодження приладів, устаткування, пічок, готової продукції, тощо використовується вода.

Витрати вод на охолодження визначаються за формулою:

Q = q₁(T_Г –Tх), (4.1)

де q₁ – кількість тепла, яка відводиться за одиницю часу від об’єкта, тис. ккал/год;

T_Г – температура гарячої води;

T_Х – температура охолодженої води.

Охолоджуюча вода подається на об’єкт, омиває його або обприскує, нагрівається і відводиться від об’єкта. Температура нагріву води може доходити до 95ºC. Звідси витрати води за формулою (1.1) будуть дуже великими і в цілому із джерел їх практично не можливо забезпечити, тому необхідні оборотні системи. В оборотних системах вода може очищатись від механічних домішок та масел, якщо вони з’являються в процесі охолодження, і охолоджується в охолоджувачах. Охолодження проходить за рахунок контакту з повітрям, що обумовлює типи охолоджувачів та ступінь охолодження води.

Охолоджуючі обладнання повинні забезпечити охолодження циркуляційної води до температури, яка відповідає техніко-економічним показникам роботи об’єкта. Зниження температур води в охолоджувачах відбувається внаслідок передачі її тепла повітрю.

За способом передачі тепла охолоджувачі поділяють на:

q випарні, в яких охолодження вод відбувається за рахунок випаровування при безпосередньому контакті з повітрям (випаровування 1% води знижує температуру на 6ºC);

q радіаторні (поверхневі), в яких теплопередача здійснюється за рахунок передачі тепла води до трубок радіатору, а від них – повітрю, тобто немає безпосереднього контакту з повітрям.

Кількісними характеристиками охолоджувача приймаються гідравлічне та теплове навантаження.

Гідравлічне навантаження (щільність зрошення) показує кількість води в м³/год, яка приходиться на м² активної (робочої) площі охолоджувача в плані.

Теплове навантаження охолоджувача відображає кількість тепла, що віддає вода повітрю на м² охолоджувача.

Якісна сторона охолоджувача (охолоджуючий ефект) характеризується показниками:

1) перепадом температур або шириною зони охолодження

Δ ,

де - температура гарячої води, °C;

- температура охолодженої води, °C;

2) висотою зони охолодження (степінь приближення температури охолодженої води до теоретичної границі охолодження).

За способом підводу повітря охолоджувачі поділяються на:

q відкриті;

q баштові;

q вентиляторні.

До відкритих охолоджувачів відносяться водосховища-охолоджувачі, бризкальні басейни, відкриті градирні, в яких рух повітря забезпечується вітром або природною конвекцією. Баштові і вентиляторні охолоджувачі називаються градирнями. В баштових градирнях рух повітря забезпечується природною тягою, яка утворюється високою витяжною баштою. Вентиляторні градирні можуть бути обладнані нагнітальним чи всмоктувальним вентилятором, який забезпечує інтенсивний рух повітря.

Водосховища-охолоджувачі являють собою величезні накопичувачі води в складках місцевості. Їх застосовують для систем виробничного водопостачання в теплоенергетиці для охолодження води на теплових, конденсаційних та атомних електростанціях.

Водосховища-охолоджувачі застосовують при

· невисоких вимогах до ефекту охолодження

· наявності природних водосховищ

· наявності вільних малоцінних земельних площ поблизу підприємства.

Орієнтовно, для охолодження 1 м³ вод за годину потрібно біля 30 м² площі контакту її з повітрям. Основним показником охолоджуючої здібності є площа активної зони, тобто площа водосховища, з якої відбувається теплопередача. Коефіцієнт використання водосховища є відношення площі активної зон до площі дзеркала водосховища.

К_В = , К_В = 0,5-0,95.

Водосховища-охолоджувачі можуть забезпечити надійне оборотне водопостачання при незнаних водних ресурсах, вони прості в експлуатації, але потребують значних площ та капіталовкладень. В цілому водосховища-охолоджувачі можуть забезпечити більш низьку температуру охолодженої води ніж бризкальні басейни, градирні з природною тягою, а взимку і вентиляторні градирні.

Бризкальні басейниявляють собою відкриті резервуари, над поверхнею яких розбризкується вода. Резервуари можуть бути штучними або природними водоймами. Розбризкування води забезпечується системою розподільних труб для подачі води і сопел.

Бризкальні басейни потребують незначних капітальних вкладень, прості в експлуатації, але мають невисокий охолоджуючий ефект і потребують спланованого майданчика. Звичайно, вони використовуються в умовах, коли не потрібно постійної низької температури.

Градирнізабезпечують більш стабільний ефект охолодження води. В градирнях вихідна вода розбризкується по площі водорозподільним пристроєм у вигляді окремих струменів, які падають до низу, контактують із повітрям і охолоджуються (бризкальні градирні). Проте в більшості градирень для підвищення ступеню контакту води з повітрям уставляється додатково спеціальний зрошувач. Охолоджена вода збирається в резервуарі під градирнею. В залежності від способу подачі повітря градирні поділяються на відкриті, баштові, вентиляторні.

Водорозподільна системапередбачається напірною трубчастою з розбризкуючими соплами, які рівномірно розташовані по площі.

Зрошувачзабезпечує подрібнення потоків стікаючої води і контакт їх з повітрям. В залежності від умов протікання води вони поділяються на краплинні, плівкові, комбіновані, а з залежності від напрямку проходження повітря зрошувачі можуть бути поперечні (повітря проходить горизонтально, впоперек стікаючій воді) або протиточні (повітря йде назустріч стікаючій воді). Зрошувачі передбачаються у вигляді блоків, які рівномірно розподіляють потоки води.

Відкриті градирні являють собою короб, який зо всіх боків огороджений жалюзійною решіткою (рис.4.1). Вихідна вода подається у верхню її частину та рівномірно розбризкується по площі. Вітер вільно продуває жалюзійну решітку і обдуває низхідні потоки води. Ці градирні поділяються на бризкальні і крапельні. В бризкальнихградирнях розбризкуючи сопла, знаходяться над поверхнею води в резервуарі на 4...5м та направлені до низу. Вода окремими струменями проходить цей вільний простір, охолоджується і збирається в резервуарі. Щільність зрошення встановлюється в межах 1.5...З м³/год на м². У крапельних градирнях цей вільний простір заповнений крапельним зрошувачем. Щільність зрошення приймається 2...4 м³/год на м².

Рис 4.1 - Відкрита бризкальна градирня:

1-розбрискуючі сопла; 2-стінки з жалюзійної решітки; 3-резервуар; 4-переливнийтрубопровід; 5-трубопровід відбору охолодженої води; 6- трубопровід подачі гарячої води.

Відкриті градирні використовуються при невеликих витратах води - до З00...1500м³/год та забезпеченні невисокого охолоджуючого ефекту. Ефект охолодження значно зменшується при відсутності вітру.

Баштові градирнімають високі витяжні башти, які забезпечують природну тягу повітря за рахунок різниці в щільності повітря на виході із башти та теплого й зволоженого, повітря всередині градирні (рис. 4.2). Площа баштових градирень може бути від 4 до 4000м², а продуктивність - від 10 до 32000м³/год. В цих типах градирень використовуються протитокові і поперечні зрошувачі. При використанні протитокових зрошувачів башти розташовуються над зрошувачем, а поперечних - зрошувач розташовується кільцем коло башти.

Щільність зрошення приймається 4...8 м³/год на м². Площа перерізу башти

призначається 30...40% від площі зрошувача.

Башти робляться каркасно-обшивними (сталевий каркас обшитий дошками) або монолітними залізобетонними. У градирнях площею більшою за 1000м² над водорозподільним пристроєм додатково влаштовують водоулавлювач. При збільшенні площі зрошувача башта проектується більш високою.

Для розрахунку градирень побудовані експериментальні залежності, які дають можливість від температури та вологості повітря місцевості, необхідного температурного перепаду визначити щільність зрошення і відповідно площу зрошувача.

Рис. 4.2 - Баштова градирня:

витяжна башта; 2-водорозподільний пристрій; 3-зрошувач; 4- подача гарячої води; 5-резервуар; 6-трубопровід відбору охолодженої води; 7-вікна для потрапляння повітря

Баштові градирні забезпечують більш стійке охолодження ніж відкриті градирні та бризкальні басейни. Вони припускають більшу інтенсивність зрошення, а тому і більш компактні і можуть мати будь-яку продуктивність. В той же час вони мають високу будівельну вартість, а, головне, складність самого будівництва.

Вентиляторні градирніможуть дозволяти підвищувати щільність зрошення до 10...14 м³/год нам². Необхідний потік повітря в градирнях забезпечується нагнітальним або відсмоктуючим вентилятором. Нагнітальні вентилятори розміщуються знизу, що дає можливість швидко проводити ремонт і огляд. Вони, звичайно, використовуються для малих витрат так як мають менший к.к.д.

Рис 4.3 ‑ Баштова вентиляторна градирня:

1 - башта; 2- лопаті вентилятора; 3- водорозподільний пристрій; 4-зрошувач; 5- подача вихідної води 6-відведення охолодженої води;7- резервуар; 8- редуктор; 9-електродвигун; 10-вікнадля підсмоктування повітря; 11-вертикальний вал

Вентиляторні градирні поділяються на баштові, які обладнані вентилятором великої продуктивності, і секційні, які складаються із окремих секцій із самостійними вентиляторами. На рис.4.3. зображена баштова градирня. Охолоджувальна вода подається зверху водорозподільним пристроєм 3, проходить зрошувач і охолодженою збирається в резервуарі 7. Необхідний потік повітря забезпечує вентилятор 2. Башта в таких градирнях виконується невисокою, а надводорозподільним пристроєм також влаштовується водоулавлювач.

Вентиляторні градирні забезпечують глибоке і стійке охолодження, але витрачають велику кількість електроенергії, складні в експлуатації, вентилятор постійно шумить, може з'являтись туман над землею, який несприятливо впливає на технологічне обладнання. В районах із низькою температурою і високою відносною вологістю зовнішнього повітря вони можуть бути не рентабельними. Звичайно вентиляторніградирні використовуються в умовах, коли потрібна низька й стабільна температура води.

Радіаторні градирні інколи ще називають сухими градирнями. В цих градирнях вода протікає через систему радіаторів з алюмінієвих ореблених труб та скомпонованих у декілька секцій (рис. 4.4). Діаметр трубок, звичайно, приймається 15мм, а ребра - товщиною 0.3мм. Повітря продувається, як і у вентиляторних градирнях, відсмоктуючими вентиляторами.

Рис. 4.4 ‑ Радіаторна градирня:

1 - дифузор; 2- подача води на охолодження; З- вікна для повітря; 4-напрямок входу повітря; 5-радіатори; 6- відведення охолодженої води; 7-корпус; 8-вентилятор

В радіаторних градирнях спостерігаються мінімальні втрати води, а якість води практично не змінюється. В той же час витрачається більше повітря, більші габарити градирні, в жарку погоду не забезпечується низька температура води, великі витрати метала і, відповідно, велика вартість. Використовуються такі градирні в умовах, коли неможлива подача додаткової води або вартість її дуже висока.