Технология и организация строительного производства

Во-вторых, из-за переливов воды из «чистого» цикла водоснабжения в «грязный» часть воды в объеме 1000 м³/ч, которая не охлаждается на градирнях, а поступает напрямую в камеру блока очистных сооружений с радиальных отстойников, что приводит к увеличению температуры воды, поступающей потребителям обоих циклов.

Решение поставленных проблем  возможно путем строительства дополнительной градирни, что позволит провести реконструкцию  башенной градирни и охладить весь объем оборотной воды до требуемой  температуры.

 

2.5.Литературный обзор путей решения существующих проблем

Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения

При оборотном  водоснабжении промышленного объекта  охлаждающее устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показателям работы объекта.

Понижение температуры  воды в охладителях происходит за счет передачи ее тепла воздуху. По способу передачи тепла охладители, применяемые в системах оборотного водоснабжения, разделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом (испарение 1 % воды снижает ее температуру на 6°C). В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача ее тепла воздуху.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха относительно невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40 до 30° С при температуре воздуха 25° С на 1 м³ охлаждаемой воды к испарительному охладителю должно быть подведено около 1000 м³ воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется,— около 5000 м³ воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха  разделяются на открытые, башенные и вентиляторные. К открытым охладителям относятся водохранилища-охладители (или пруды-охладители), брызгальные бассейны, открытые градирни. В них движение воздуха относительно поверхности охлаждаемой воды обусловливается ветром и естественной конвекцией. В башенных охладителях — башенных градирнях — движение воздуха вызывается естественной тягой, создаваемой высокой вытяжной башней. В вентиляторных охладителях — вентиляторных градирнях — осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов.

Радиаторные охладители, которые называют также «сухими градирнями», по способу подвода к ним воздуха могут быть башенными или вентиляторными.

Для охлаждения циркуляционной воды до достаточно низких температур требуется большая площадь контакта ее с воздухом — порядка 30 м² на 1 м³/ч охлаждаемой воды. Соответственно этой рекомендации следует принимать площадь зеркала воды водохранилищ-охладителей. В градирнях необходимая площадь контакта создается путем распределения воды над оросительными устройствами, по которым она стекает под действием силы тяжести в виде тонких пленок или капель, разбивающихся при попадании на рейки на мельчайшие брызги. В брызгальных бассейнах для создания необходимой площади контакта с воздухом вода разбрызгивается специальными соплами на мельчайшие капли, суммарная поверхность которых должна быть достаточной   для испарительного охлаждения

2.5.1. Градирни

Необходимая для охлаждения воды площадь, поверхности  ее соприкосновения с воздухом создается в градирнях на оросительных устройствах (оросителях), которые могут быть капельными, пленочными или комбинированными. Имеются градирни без оросителей, в которых над водосборными бассейнами внутри башни устанавливаются высоконапорные разбрызгивающие сопла. Эти так называемые брызгальные градирни менее эффективны, чем градирни с капельным или пленочным оросителем, поскольку площадь поверхности контакта воды с воздухом в них относительно меньше. Ороситель называется поперечноточньм, если воздух проходит через него, горизонтально — поперек стекающих вниз пленок или падающих капель воды, и противоточным, если воздух движется в нем вверх — навстречу стекающей воде.

Водораспределительные и оросительные устройства градирен. Охлаждаемая вода распределяется над оросителем градирни по системе деревянных или железобетонных лотков, в дне которых имеются отверстия со вставленными в них трубочками (гидравлическими насадками). Струи воды, вытекающие из насадков, падают на разбрызгивающие тарелочки, образуя фонтаны брызг, орошающие расположенный ниже ороситель. Гидравлические насадки и тарелочки изготовляют из фарфора или пластмассы. Их располагают над оросителем с таким расчетом, чтобы факелы брызг, создаваемых соседними тарелочками, перекрывали друг друга, что достигается при расстоянии между ними 1—1,25 м. Применяют также напорное водораспределительное устройство из нержавеющих труб, например асбестоцементных. В этом случае вода разбрызгивается над оросителем с помощью специальных низконапорных сопел.

Капельный ороситель  состоит из большого числа деревянных реек треугольного или прямоугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами. При падении капель воды с верхних реек на нижние образуются факелы мелких брызг, создающие большую поверхность соприкосновения с воздухом.

Пленочный ороситель  состоит из щитов, устанавливаемых вертикально или под небольшим углом к вертикали. По поверхности щитов стекает вода, образуя пленку толщиной 0,3—0,5 мм. Щиты выполняют из отдельных досок, располагаемых горизонтально на некотором расстоянии друг от друга. Применяют и сплошные щиты из хорошо смачивающихся материалов, например асбестоцементные прессованные листы толщиной 6—8 мм. Для создания сплошной пленки на нижней кромке щита делают треугольные вырезы (фестоны), сосредоточивающие стекающую воду в отдельные струйки, которые как бы растягивают пленку по поверхности щита. При стекании пленки со щитов отдельными струйками уменьшается сопротивление проходу воздуха под оросителем.

Применяют также  оросители комбинированные капельно-пленочные.

При конструировании  оросителя следует стремиться к уменьшению сопротивления движению воздуха, так как это дает возможность увеличить расход воздуха через градирню и, следовательно, интенсифицировать охлаждение в ней воды. В этом смысле пленочный ороситель предпочтительнее капельного, так как он оказывает меньшее сопротивление движению воздуха, однако для его изготовления требуется больший расход материалов.

Постоянный  контакт с текущей теплой водой  и влажным воздухом приводит к быстрому износу деревянных конструкций оросителей, поэтому срок их службы невелик и требуются частые ремонты.

В настоящее  время широкое распространение  получили оросители градирен, выполняемые из плоских или волнистых асбестоцементных листов с несущим каркасом из сборных железобетонных конструкций.

 При эксплуатации  градирен в зимнее время возникают трудности в связи с обледенением участков оросителей, расположенных вблизи воздуховходных окон градирен. Обледенение может привести к обрушению оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося льда. Во избежание обледенения уменьшают поступление воздуха в градирню в зимнее время, для чего перед воздуховходными окнами устанавливают навесные или поворотные щиты. Применяют также обливание расположенных вблизи воздуховходных окон участков оросителя теплой водой, которая подводится по специальному трубопроводу, оборудованному разбрызгивающими соплами.

2.5.1.1. Открытые градирни

Открытые  градирни бывают двух типов: брызгальные  и капельные Их применяют в  системах водоснабжения с расходом оборотной воды от 15 до 500 м³/ч, допускающих временное нарушение технологического процесса отдельных установок.

Первые представляют собой небольшой брызгальный  бассейн, огражденный со всех сторон жалюзийными решетками, препятствующими  большому выносу брызг воды за пределы  градирни; решетки выполняют из досок под углом 45-60⁰ к горизонту.  Плотность орошения для таких градирен принимают от 1,5 до 3 м³/ч на 1 м².

В капельной  градирне в отличие от брызгальной  имеется ороситель из деревянных реек.

Область применения открытых градирен определяется следующими оптимальными условиями: плотность орошения 0,8-1,4 кг/(м² с); перепад температур горячей и охлажденной воды 5-10 ⁰С.

2.5.1.2. Башенные градирни

 Вытяжные  башни градирен служат для  создания естественной тяги за счет разности удельных весов наружного воздуха, поступающего в градирню, и нагретого и увлажненного воздуха, выходящего из градирни.

Наиболее  сложным элементом башенной градирни является вытяжная башня, которая работает в очень тяжелых условиях, поэтому к материалом для ее изготовления  предъявляются особенные требования.

Башни крупных  градирен выполняются, как правило, в виде оболочек гиперболической формы (рис. 2), которая наиболее рациональна по условиям устойчивости и внутренней аэродинамики.

Допуская большую плотность  орошения, они могут быть компактно размещены на площадке промышленного предприятия. Наличие высоких башен позволяет размещать их на небольших расстояниях от производственных зданий и сооружений.

Область применения башенных градирен характеризуется следующими параметрами: перепад температур горячей  и охлажденной воды 5-15 ⁰С; разность температуры охлажденной воды и температуры атмосферного воздуха по смоченному термометру 6-8 ⁰С,т.е. меньше, чем у открытых градирен. Таким образом, охлаждение воды на этих градирнях происходит до более низких температур.

2.5.1.3.Вентиляторные градирни

Имеются два  основных типа вентиляторных градирен: башенные, оборудованные вентиляторами большой производительности с использованием естественной тяги воздуха и секционные, состоящие из ряда стандартных секций, каждая из которых обслуживается отдельным вентилятором.

В горловине  башен одновентиляторных градирен (рис. 3) над оросителем устанавливают большие вентиляторы с диаметром лопастей от 10 до 18 м. Секционные вентиляторные градирни (рис. 4) состоят из нескольких прямоугольных стандартных секций, в которые воздух входит с одной стороны или с двух сторон. Каждая секция оборудуется отсасывающим или нагнетательным вентилятором с лопастями диаметром до 10 м и электроприводом. Вентиляторы отсасывающего типа, которые устанавливаются над оросителем, обеспечивают более равномерное распределение воздуха в оросителе и, находясь в зоне теплого воздуха, не обмерзают в зимнее время. Нагнетательные вентиляторы устанавливаются на входном отверстии градирни у  основания.

Вентиляторные градирни применяют в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого  и глубокого охлаждения воды, при  необходимости маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматизации для поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта, а также при необходимости сокращения объемов строительных работ.

 

Рисунок 2 – Башенная противоточная градирня

1 - вытяжная башня; 2 - водоуловитель; 3 - водораспределительная система; 4 - оросительное устройство; 5 - воздухорегулирующее устройство; 6 - водосборный бассейн.

Сооружения  вентиляторных градирен дешевле  башенных на 50-80 %. в сравнении с  башенными градирнями они работают при более низких напорах воды, однако для привода вентиляторов необходим значительный расход электроэнергии, а сами вентиляторы и их приводы нуждаются в постоянном уходе и ремонте.

Область применения вентиляторных  градирен определяется следующими параметрами: перепад температуры воды до 25 ⁰С и выше; разность температур охлажденной воды и температуры атмосферного воздуха по смоченному термометру 4-5 ⁰С.

Приведенные данные указывают на то, вентиляторные градирни могут охлаждать воду до более низких температур, чем башенные, и для достижения одинакового эффекта охлаждения они требуют меньшей площади застройки по сравнению с другими охладителями воды.

Рисунок 3 – Одновентиляторная градирня

1 – водоподводящая труба; 2 – водораспределительное устройство; 3 – капель-но–пленочный ороситель; 4 – водосборный бассейн; 5 – электродвигатель вен-тилятора; 6 – гидромуфта; 7– редуктор; 8 – вертикальный вал вентилятора; 9 –лопасти вентилятора; 10 – вытяжная башня

 

 

 

 

Рисунок 4 – Вентиляторная шестисекционная градирня

1 – водоподводящая  труба; 2 – водораспределительное устройство; 3 – капель-ный ороситель; 4 – водосборный резервуар; 5 – вентилятор; 6 – электродвига-тель вентилятора; 7 – воздухонаправляющие козырьки; 8 –водоулавливающие жалюзи; 9 – направление потока воздуха; 10 – вытяжной диффузор.

2.5.1.4. Сухие градирни

Сухие градирни представляют собой теплообменные сооружения, в которых теплопередающей поверхностью служат радиаторы из оребренных трубок. Для создания тяги такие градирни могут быть оборудованы вентиляторами или вытяжной башней (рис. 5).

Передача  тепла от нагретой среды, протекающей внутри трубок радиатора, атмосферному воздуху осуществляется без непосредственного контакта через сильно развитую поверхность ребер, имеющихся на трубках, за счет теплопроводности и конвекции. Для интенсификации процессов теплопередачи ребристые трубы могут орошаться снаружи водой.