Автор: В.Б. Иванов (ООО«ЭНЕРГОХРАН»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №10/2015
На рынке градирен Российской Федерации уверенно царят насадочные градирни. Нужно отметить, что ассортимент насадок велик и выбор может быть трудным.
Про достоинства и недостатки насадочных градирен написано много, в том числе и нами на страницах данного журнала.
Для повышения эффективности охлаждения оборотной воды необходимо увеличивать площадь тепломассобмена. Как правило, это – увеличение листов или элементов насадки. При этом уменьшается зазор между листами или элементами, что увеличивает аэродинамическое сопротивление просасываемого охлаждающего воздуха, и обусловливает увеличение мощности электродвигателя вентилятора.
Практика показывает, что максимальная величина удельной гидравлической нагрузки (плотность орошения) в работающих сейчас градирнях не превышает 5…8 м3/(м2/ч), указывает на капельный тип насадки. Это объясняется тем, что пластики, применяемые для изготовления насадок, гидрофобны и не смачиваются.
Теплосъем происходит с поверхности половины капли, текущей по пластику.
Оросители со смачиваемой поверхностью пластика дороги и недолговечны. Более эффективными являются решетчатые или сетчатые оросители, в которых происходит дробление потока воды на капли, и тепломассообмен происходит на поверхности капель, падающих внутри блока насадки. Суть замысла такой насадки, впрочем, как и всех остальных, – получение максимальной совокупной площади испарения всех капель.
В данном случае насадка работает как измельчитель водяных струй из форсунок системы водораспределения. Эффект охлаждения достигается, но смазывается малыми скоростями капель относительно потока охлаждающего воздуха. Скорость капли падает каждый раз при встрече с нитями внутри блока насадки.
По мнению специалистов фирмы «ВОДЭХ», «недостатками пленочного оросителя являются:
- низкая механическая прочность пленки в условиях вибрационного воздействия струй воды (без дополнительной защиты срок службы оросителя не превышает 4…5 лет);
- ороситель не рекомендуется использовать без реагентной обработки воды (из-за отложения солей жесткости и биообрастания на поверхности пленки увеличивается аэродинамическое сопротивление оросителя, и он постепенно забивается)».
Наличие в оборотной воде продуктов производства, взвесей и засасываемой пыли приводит к забивке насадки, появлению гидравлических и аэродинамических перекосов, мертвых, непроходимых зон. В зимнее время это приводит к обрушениям насадок. Также необходимо помнить о пожароопасности градирен с пластиковыми насадками. Процесс горения насадки быстротечен.
Неизвестны примеры успешного тушения горящих газов, образующихся в результате термодеструкции полимеров. Последствия пожаров очень серьезны: необходима замена всех несущих конструкций, обшивки, систем водораспределения, каплеуловителей, вентиляторов, крыши и диффузоров.
Насадочные градирни появились в 70-е годы XIX века и верно служат до наших дней, но предел их эффективности достигнут. Альтернативой могут быть эжекционные градирни [1, 2].
Сравнение вентиляторных и эжекционных градирен
| Вентиляторная градирня | Эжекционная градирня |
| Элементы внутренней насадки подвержены разрушению и труднодоступны для замены | Элементы внутренней насадки отсутствуют |
| Разбрызгивающие форсунки подвержены засорению и труднодоступны для осмотра и чистки | Разбрызгивающие форсунки также подвержены засорению, но легкодоступны для чистки, находятся на виду |
| Для чистки форсунок и ремонта оросителя необходимо выключить градирню | Наличие двух коллекторов в воздуховодной шахт позволяет чистить форсунки без остановки всей градирни |
| Перегорают двигатели вентиляторов, нарушается балансировка вентиляторов | Вентиляторы отсутствуют |
| Наличие вентиляторов определяет высокий уровень шума и вибрации | Так как отсутствуют вращающиеся элементы, градирня малошумна, вибрации отсутствуют |
| В зимнее время повторный пуск после остановки практически невозможен | Градирня свободно работает в режиме включение/выключение в любое время года |
| Обмерзание и обледенение в зимний период приводит к разрушению внутренних элементов | Не боится обледенения и обмерзания в зимний период года |
| Со временем снижается эффективность работы | Эффективность работы постоянна весь период эксплуатации |
| Затруднена эксплуатация при высоких температурах воды | Возможна эксплуатация при любых температурах воды |
| Имеет типовые габаритные размеры |
Может быть вписана в любое пространство |
Применение эжекционных градирен в локальном цикле охлаждения оборотной воды позволяет отказаться от дорогостоящих и подверженных частым поломкам вентиляторных агрегатов за счет использования более мощных насосов, значительно превосходящих вентиляторы по надежности. Энергоемкость градирен в рамках годового цикла практически одинаковая [3].
Эжекционные градирни привлекательны дешевизной и экономией электроэнергии. Но глубина охлаждения в них ниже, чем в вентиляторных градирнях. Объясняется это тем, что интенсивное охлаждение происходит на длине факела не более 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 размером 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. По литературным данным [4], площадь поверхности 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, лучше всего подходят безвентиляторные безнасадочные (эжекционные) градирни [1, 2]. Такие градирни могут быть приемлемым вариантом при реконструкции градирни.
В начале 1990-х годов на предприятии «АКРОН» (г. Великий Новгород) на производстве АК-72 была запущена в действие первая безнасадочная вентиляторная [5, 6]. градирня производительностью 6 000 м3/ч. Показатели охлаждения были равны и даже в некоторых ситуациях опережали по глубине охлаждения градирни, оснащенные пленочным оросителем (коэффициент эффективности охлаждения воды Кт = 0,68). В дальнейшем были реконструированы еще четыре такие же градирни.
Все градирни работают до сих пор. В процессе этой работы были внесены необходимые коррективы в технологическую схему установки форсунок [7], местоположение и тип каплеуловителя. Затем эта разработка была запатентована [5]. Позже был получен Евразийский патент [6]. С момента получения патента на изобретение зарегистрирован новый тип градирни – безнасадочная вентиляторная градирня. Краткие особенности градирни:
- глубина охлаждения на 2…4°С выше температуры смоченного термометра (в реальных цифрах – разность между входящей и охлажденной водой составляет 9…14°С в зависимости от влажности окружающего воздуха), что соответствует требованиям СНиП 2.04.02–84 [8];
- удобство обслуживания: форсунки расположены в воздухозаборных окнах двумя рядами на высоте + 1,0 и 1,7 м. Доступ к ним не ограничен. Всегда можно, остановив одну из секций, в течение 5…10 мин заменить или прочистить форсунку. При этом вода из секции отправляется без потерь в качестве охлаждения на другие секции. Увеличившаяся площадь тепломассообмена позволяет увеличить нагрузку на градирню на 25–35% по сравнению с проектной;
- энергосбережение – насосная группа работает в облегченном режиме, поскольку воду не нужно поднимать на высоту водораспределительной системы (7…11 м в зависимости от типа градирни). Вследствие отсутствия насадки аэродинамическое сопротивление охлаждающему воздуху резко снижается, что обеспечивает экономию электроэнергии на вентиляторах не менее 30%;
- при работе в зимних условиях до 70% воды отводится в градирню через зимние сливы, оставшаяся вода с малым напором подается на форсунки, что исключает обледенение. Вентиляторы при этом можно отключать;
- нулевая пожароопасность, так как нет насадки.
На территории СНГ и РФ работают десятки безнасадочных вентиляторных градирен, в основном на производствах минеральных удобрений, в нефтехимии, тяжелом оргсинтезе, металлургии, машиностроении, легкой промышлености.
Как уже было сказано, динамический объем распыленной воды внутри градирни способен к интенсивному охлаждению воды при условии принудительного отвода теплоты из зоны тепломассообмена потоком воздуха, создаваемого вентилятором. Это в полной мере применимо к башенным градирням. Безнасадочная башенная градирня охлаждает воду до температуры на 6…8°С выше температуры смоченного термометра, что позволяет на ТЭЦ экономить до 3% топлива.
К недостаткам вентиляторных и башенных безнасадочных градирен необходимо отнести их конструкционную схожесть с эжекционными. Специалисты, разочарованные в свое время провальными результатами эксплуатации эжекционных градирен, автоматически не доверяют вентиляторным безнасадочным градирням.[5, 6].
Итак, рассмотрены практические стороны эксплуатации градирен трех разных типов, которые могут быть востребованы. Выбор за потребителями.
Список литературы
- Патент РФ №2166163. Эжекционная градирня.
- Евразийский патент №006902. Градирня.
- Лаптев А.Г., Вельгаева И.А. Устройство и расчет промышленных градирен. Казань; КГЭУ, 2004.
- Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие/Под общ. ред. В.С. Пономаренко. М.: Энергоатомиздат, 1998. 376 с.
- Патент РФ №2228501. Способ охлаждения жидкости в градирне.
- Евразийский патент №007724. Вентиляторная градирня.
- Патент РФ №2144439. Центробежно-струйная форсунка.
- Пособие по проектированию градирен к СНиП 2.04.02-84.
