Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Особенности конструктивных решений градирен систем технического водоснабжения

Атмосферные градирни широко применяются на предприятиях с малыми расходами воды систем оборотного водо­снабжения (табл. 13.8). По способу образования поверхности фа­зового взаимодействия они разделяются на капельные и брыз - гальные.

На рис. 13.11 показан эскиз капельной градирни. Здесь по центральной трубе 1 подается горячая вода в форсунке 2. Раз­брызгиваемая форсунками 2 вода падает вниз и охлаждается ок­ружающим воздухом, двигающимся под влиянием ветра пер­пендикулярно к падающим каплям воды. Деревянная открытая башня 3 имеет по периметру ограждение в виде жалюзийных наклонных деревянных щитов. Они устанавливаются на четы­рех сторонах башни под углом 46—60° к горизонту. Жалюзий - ные щиты препятствуют выносу капель воды из башни. Вода, стекающая по оросителю 7, охлаждается ветром на щитах оросителя и при ее падении вниз каплями.

Ороситель 7 выполняется в виде горизонтально располо­женных щитов. По высоте градирни набирается 8—12 ярусов щитов. Щиты выполнены в каждом ярусе в один или в два ряда досок. Доски укладываются в разных направлениях каждого яруса. Расстояние между щитами 75—90 см. Башня в попереч­ном сечении квадратная или прямоугольная. Охлажденная вода собирается в водосборном бассейне 5.

Брызгальная атмосферная градирня выполняется без оро­сителя. В этом случае падающий дождь воды из форсунки ох­

Лаждается поперечно протекающим ветром. Капли воды за­держиваются наклонными щитами жалюзей 4 и стекают в бас­сейн 5.

Башенные градирни обеспечивают движение воздуха через ороситель благодаря разности статических напоров внутри башни и вне ее (рис.13.12). Таким образом, переменным кон­структивным элементом градирни такого типа является вытяж-

Ная башня. Движение воздуха в башенных градирнях через ороситель может быть противоточным, поперечно-точным и по - перечно-противоточным.

В зависимости от конструкции оросительного устройства градирни подразделяются на пленочные и капельные. Каждая градирня характеризуется следующими величинами: площадь орошения Fop, м2; высота башни Н, м; производительность по воде V, м3/ч; плотность орошения q, м3/(м2-ч); степень охлаж­дения воды At, °С.

Обычно такого рода градирни обеспечивают охлаждение больших расходов воды крупных промышленных объектов, тепловых электростанций и теплоцентралей. Теплая вода по­ступает по трубе 9 в стояк 5 к магистральным трубам водорас- пределения 3 и разбрызгивается над оросителем 2. Опускаясь, вода в виде пленок на пленочном оросителе или в виде капель па капельном оросителе охлаждается холодным воздухом. Насы­щенный нагретый воздух, поднимаясь вверх, проходит через

Водоулавливающее устройство 6, в котором отделяются капли воды. Охлажденная вода стекает в водосборный бассейн 4.

Козырек 8 башни улучшает направление воздуха в градир­ню. Жалюзийное устройство 7 используется в холодное время года для регулирования количества поступающего холодного воздуха в башню-

1—башня; 2 — пленочныП ороситель; 3 — водораспределитель; 4 — водосборный бассейн* 5—стояк; б — водоулавливающее устройство: 7 — жалюзийное устройство; 8—козырек; 9—трубопровод горячей воды; /0 — железобетонные колокиы.

Строящиеся градирни с башней из стального каркаса выпол­няются в сечении квадратными или в виде многоугольника.. Последняя форма сечения башни в виде восьмиугольника,, двенадцатиугольника, шестнадцатиугольника получила наиболь­шее распространение.

Стальной каркас из специальной стали, покрытый антикор­розийной краской (из кубасслака и 20 % алюминиевой пудры), выдержийает нагрузку при минус 30 °С.

Волнистые асбоцементные листы обшивки башни пропи­тываются петролатумом или каменноугольным пеком. Деревян­ная обшивка выполняется из антисептированной древесины. Монтаж асбоцементной обшивки производится одновременно' с монтажом каркаса башни. Укрупненные монтажные марки, обшитые предварительно асбоцементными листами, устанавли­ваются в башню. Деревянные обшивки монтируются после - полного окончания всех сварочных работ по монтажу каркаса.

Вверху башни предусмотрены светоограждения, дневная маркировка и молниеотводы. Фундаменты башни, выполнен­ные из монолитного железобетона, расположены под каждой угловой стойкой каркаса.

Кроме асбоцементных листов и деревянных досок для боль­ших градирен в качестзе обшивки применяются алюминиевые листы — плоские толщиной 2 мм или гофрированные толщи­ной 1,2 мм. Для больших башен более целесообразна в целях достижения устойчивости сооружения круглая форма сечения или приближающаяся к ней форма равностороннего много­угольника.

Башни с металлическим каркасом и обшивкой из деревян­ных досок или асбоцементных щитов конструктивно проще, дешевле и долговечнее.

Обшивка из волнистых асбоцементных листов крепится к ригелям каркаса болтами или жесткими и пружинными ско­бами (клямерами). Скобы заранее укрепляют винтами или болтами на асбоцементном листе, а затем прикрепляют к полке ригеля. Стыки между листами проконопачивают и заполняют асбоцементным раствором или асбоцементной смесью на ту­гоплавком битуме. По углам башни сопряжение обшивки дос­тигается с помощью специальных фасонных стальных элемен­тов или, что предпочтительнее, плоских асбоцементных листов. Все неплотности заполняются холодной битумной мастикой.

Асбоцементные листы — волнистые усиленного профиля длиной 2800 мм и плоские прессованные размером 1200Х 1600Х X 10 — крепятся в качестве обшивки башни. Все листы предва­рительно пропитывают петролатумом или каменноугольным пеком.

Снаружи вытяжной башни большой градирни для облег­чения осмотра и ремонта обшивки и каркаса устанавливается

.лестница, доходящая до самого верха башни, где по периметру располагается площадка.

Вытяжные башни градирен различны и по форме, и по конструктивным решениям. Градирни с площадью орошения до 1000 м2 с каркасно-обшивными башнями имеют форму усе­ченной многогранной пирамиды. Градирни средней производи­тельности (площадь орошения до 2000 м2) — с монолитными железобетонными коническими, цилиндрическими и гипербо­лическими вытяжными башнями; градирни большой произво­дительности (площадь орошения 2500—6000 м2) — с монолит­ными железобетонными гиперболическими башнями (рис. 13.13).

Гиперболические башни по сравнению с цилиндрическими ■обеспечивают более высокий эффект охлаждения воды, более устойчивы к колебаниям, работают при ветре, расход бетона сокращается вдвое; уменьшается масса металла.

В таблице 13.9 приведен перечень основных элементов и материалов градирни с площадью орошения /^ = 1600 м2.

На промышленных объектах с предельными расходами воды в системах оборотного водоснабжения применяются гипербо­лические башенные градирни с площадью орошения 4000 м2. Водосборный резервуар и вытяжная башня градирни выполнены из монолитного железобетона. Оросительное устройство собрано из пакетов прессованных асбоцементных листов, установленных на высоте в два яруса с расстоянием между ними 120 мм. Габа­ритные размеры листов нижнего яруса оросителя 1430Х1200Х Хб мм, листов верхнего яруса 1570x1200x6 мм (1200 мм — высота листов). Расстояние между листами в свету, равное 19 мм, фиксируется прокладками из фарфора.

Напорная водораспределительная система градирни выпол­нена из. металлических труб и пластмассовых разбрызгивающих

Разрез

Візово

■сопел с чашечными отражателями. Выходной диаметр сопла 24 мм, всего на градирне установлено 3156 сопел. Они разме­щены по прямоугольной сетке 1200X990 мм (1200 мм — рас­стояние между распределительными трубами в осях, 990 мм — расстояние между соплами в трубах). По периметру градир­ни сооружен противообледенительный тамбур с поворотными щитами.

Согласно данным табл. 13.10 [17] коэффициенты массоотдачи (Эх0 особенно значительны при скорости воздуха около 1 м/с. Отношение коэффициентов ащфхр соответствует 0,29—0,31 Коэф­фициент сопротивления £ градирни высотой 90 м при высоте оросителя 2,5 м и плотности орошения = 5,62-^8,15 находится в пределах 60—85.

Эффективность работы градирен в основном зависит от степени конструктивного совершенства оросителя, который располагается на пути движения воды и воздуха. В зависимо­сти от конструкции складываются определенные гидродина­мические условия движения воздушного потока и тепломас­сообмена между водой и воздухом.

Установлено, что противоточное движение воды и воздуха в оросителе обеспечивает максимальную разность энтальпий воздуха, наиболее интенсивное течение испарительного про­цесса охлаждения воды в градирне. Замена поперечно-проти - воточных оросителей капельного типа на противоточные обес­печивает значительное сокращение площади градирни, т. е. повышение эффективности работы градирни.

В Южном отделении Союзтехэнерго проводились конст­руктивные работы по усовершенствованию протнвоточных оро­сителей. На опытной градирне испытывались различные конст-

Рукции таких оросителей, что позволило выявить наиболее эффективные из них (рис. 13.14). Эти оросители выполнены в виде блоков из брусков и досок.

Пленочный ороситель ячеистого типа ПЯ-50 состоит из взаимно перекрещенных рядов досок сечением 10—100 мм, поставленных на ребро и образующих в плане ячейки разме­ром 50x50 мм.

Ячеистый капельно-пленочный ороситель КПЯ-50-200 имеет в каждом ярусе два ряда взаимно пересекающихся досок с пло­щадью сечения 10X100 мм и образует в плане ячейки 50X50 мм; расстояние между ярусами (по высоте) 200 мм.

Капельно-пленочный ороситель КПШ-50-200, в котором по высоте доски располагаются в шахматном порядке, состоит из досок с площадью сечения 10X100 мм и брусков 20X30 мм, связанных в блоки оцинкованными гвоздями; расстояние между досками в горизонтальных рядах 50 мм, а по вертикали 200 мм. Анализ результатов исследования различных оросительных устройств показывает, что это оптимальное расстояние лежит

В пределах 40—50 мм. При меньшем расстоянии происходит резкое паде­ние коэффициентов тепло - и массо - отдачи с поверхности досок, увели­чивается коэффициент аэродинами­ческого сопротивления оросителя, что приводит к снижению эффектив­ности охлаждения воды в градирне. Указанные конструкции испытыва­лись на опытной градирне при вы­соте оросителя 3,6 м (рис. 13.15, 13.16).

Следует отметить, что ячеистое оросительное устройство высотой Лор = 2,86 м применялось в нату­ре при модернизации градирен площадью 1200 м2. Полученные

Согласно балансовым испытаниям этой градирни натурные объемные коэффициенты массоотдачи бли­зки к экспериментальным их зна­чениям на опытной градирне.

Высота этого оросителя может назначаться в пределах 2,5— 3 м. При сравнительно небольшой высоте ячеистый ороситель обладает высокой эффективностью и может работать с плот­ностью орошения 7—10 м3/м2>ч в башенных градирнях и Ю—12 м3 / м2-ч — в вентиляторных.

Для оросителей капельно-пленочного типа КПЯ-50-200 и КПШ-50-220 требуются меньшие по сравнению с оросителем ПЯ-50 затраты лесоматериала на 1 м3 конструкции при их изготовлении. Из сопоставления графиков рис. 13-14 и 13.15 видно, что при увеличении скорости воздуха в оросителе до 1.6—2,2 м/с (в вентиляторных градирнях) кривые коэффициен­тов теплоотдачи капельно-пленочных оросителей проходят зна­чительно ниже, чем пленочного ячеистого типа ПЯ-50.

В диапазоне скоростей воздуха 0,5—1 м/с, наблюдающихся в башенных градирнях, указанные капельно-пленочные кон­струкции оросителей по эффективности мало отличаются от оросителя ПЯ-50 и могут с успехом применяться в башенных градирнях при высоте оросителя к0р = 3-5-4 м.

Как известно, скорость воздуха в башенных градирнях за­висит от тепловой нагрузки и создаваемой башней естественной тяги, которая, в свою очередь, определяется в зависимости от активной или действующей высоты градирни. Эта скорость рассчитывается при совместном решении уравнения теплового баланса с уравнением тяги башни.

В зависимости от скорости воздуха плотность дождя для капельно-пленочных оросителей при проектировании градирен может приниматься в пределах 6—10 м3/(м2-ч). Принятая

Плотность дождя должна соответствовать максимальному зна­чению объемного коэффициента массоотдачи.

Вентиляторные градирни применяются На промышленных предприятиях со средними расходами воды систем оборотного водоснабжения. Они обеспечивают более устойчивое охлажде­ние воды и поддаются автоматизации для поддержания темпе­ратуры охлажденной воды на заданном уровне.

В зависимости от типа оросителя рекомендуются такие плот­ности орошения для вентиляторных градирен: д = 8-*-12 м3/ м2-ч — пленочный; <7 = 6 8 м3/м2-ч — капельный; (7 = 5^-

6 м3/м2-ч — брызгальный.

Скорость воздуха в оросителе принимается не выше 4— 5 м/с. По проектам Союзводоканалпроекта вентиляторные градирни выполняются в виде нескольких секций.

1. С вентилятором 1ВГ-50 (площадь орошения каждой секции /7ор = 64 м2) 2-секционные — 128 м2; 3-секционные — 192 м2; 4-секционные — 256 м2; 5-секционные — 320 м2. Гидрав­лическая нагрузка на одну секцию — 300, 500, 750 м3/ч. Кар* кас градирни выполняется стальным.

2. С вентилятором 2ВГ-70 (площадь орошения каждой секции /70р=192 м2): 2-секционные — 384 м2; 3-секционные —

576 м2. Гидравлическая нагрузка на одну секцию — 750, 1000, 1500 м3/ч. Каркас градирни выполняется из железобетонных элементов. Каркас одновентиляторной градирни на гидравличе­скую нагрузку 4800 м3/ч (рис. 13.17) запроектирован из желе­зобетонных элементов, опорная башня и водосборный бассейн — из монолитного железобетона, в основании — двенадцатигран­ник* конфузорно-диффузорная часть—из стали.

Каркас градирни состоит из 12 колонн и 12 радиально рас­положенных ригелей, опирающихся на колонны и на опорную башню. На ригеле уложены четыре пояса балок, расположенных по касательным к концентрическим окружностям. На этих бал­ках установлены водоуловительные решетки, к балкам прикре­плены стальные тяги, к которым подвешены трубы водораспре - деления и блоки оросителя.

Блоки оросителя устанавливаются в два яруса: высота ниж­него яруса 1,92 м, верхнего— 1,81 м. Общая высота двухъярус­ного оросителя 3,73 м. Вода поступает в водораспределительную систему по стояку диаметром 800 мм. Напор воды перед соп­лами 1 —1,5 м.

Градирня оборудуется автоматическим вибровыключателем, системой трубопроводов (подающие, отводящие, грязевые,

Переливные), системой обогрева входных окон, аэродинамиче­ским козырьком.

Аэродинамическое - сопротивление градирни и равномерность распределения воздуха в сечении под оросителем зависят от раз­меров входных окон. Обычно площадь входных окон Fок = = 0,35 Fop - В табл. 13.11 даны основные показатели отдельно стоящих градирен. Многосекционные вентиляторные градирни (рис. 13.18, табл. 13.12) — противоточные, с двухсторонним вхо-> дом воздуха. Для обеспечения самостоятельной работы отдель­ных секций градирен они разделены межсекционными перего­родками. Посередине градирен (вдоль оси) устанавливаются разделительные диафрагмы, препятствующиелоодуванмю гради­рен ветром, чем обеспечивается устойчивость воздушного потока и уменьшается возможность рециркуляции.

Пленочный ороситель в градирнях собирается в виде блоков из асбоцементных или деревянных разреженных щитов, уста­навливаемых в два яруса. Капельный ороситель запроектирован

В виде отдельных объемных реечных блоков, устанавливаемых в ярусах.

В оросительном пространстве брызгальных градирен устана­вливаются блоки в виде двух воздухонаправляющих щитов. В водораспределительных напорных системах напор воды пе­ред соплами должен находиться в пределах 20—50 кПа.

Для предотвращения обледенения при отрицательных на­ружных температурах плотность орошения не должна быть менее 8 м3/м2-ч. В случае отключения градирен в зимний пе­риод подача горячей воды должна осуществляться непосред­ственно в водосборный бассейн (без подачи в водораспредели­тельную систему) для предотвращения образования в нем льда и промерзания основания под днищем.

Применение вентиляторной градирни рекомендуется в слу­чаях, когда площадь для размещения охладительных установок недостаточна и при необходимости более глубокого охлажде­ния оборотной воды.

Для уменьшения расхода электроэнергии рекомендуется при­менение автоматического управления работой вентиляторов. Включение и отключение вентиляторов должно осуществляться в зависимости от заданной температуры охлажденной воды.

Градирни на промышленных площадках следует размещать с учетом обеспечения беспрепятственного поступления к ним свежего воздуха - Это обстоятельство особенно важно для пе­риодов работы градирни на естественной тяге. Необходимо при­нимать во внимание направление господствующих ветров с тем, чтобы в зимнее время пары и капли воды относились в сторо­ну от основных сооружений.

Согласно условию предотвращения рециркуляции теплого воздуха расстояние между параллельными рядами градирен не должно быть меньшим 30 метров. В одной оборотной системе допускается не менее двух и не более шести — восьми секций.

Для градирен используются специальные осевые отсасыва­ющие вентиляторы (табл. 13.13). Они имеют большую подачу воздуха при незначительном напоре, обеспечивают более рав­номерное распределение воздуха по сечению оросителя, благо­даря тому что вход воздуха осуществляется с двух сторон гра­дирен. Достижение равномерности распределения воздуха по­зволяет получить больший охладительный эффект.

Отсасывающие вентиляторы выбрасывают воздух вверх со скоростью 6—10 м/с, что по наблюдениям за работой вентиля­торных градирен исключает возможность рециркуляции воздуха. Для предохранения оборудования и конструкции градирни от повреждения при внезапной вибрации из-за нагружения балан­сировки вентилятора включаются вибрационные щредояранитель - ные выключатели.

Лопасти вентиляторов изготавливают из нержавеющей стали, алюминиевых сплавов, пластмасс или обыкновенной стали со специальным антикоррозийным покрытием.

Вследствие значительных изменений параметров наружного воздуха, которые влияют на охлаждение воды в градирне, ко­личество подаваемого вентилятором воздуха должно регулиро­ваться. Такая регулировка особенно просто осуществляется из­менением частоты вращения электромотора.

Техническая вода, поступающая для охлаждения на венти­ляционную градирню, должна удовлетворять следующим тре­бованиям: иметь температуру на входе не более 55°С; содер­жать не более 100 мг/л механических примесей для пленоч­ных капельных оросителей и не более 200 мг/л для брызгаль - ных; не иметь самовозгорающихся примесей; не содержать примесей, образующих отложения на оросителях.