Как охладить воду градирни

Принцип работы градирен

В основе принципа работы градирни лежит эффект испарительного охлаждения. Охлаждение за счет испарения является естественным явлением. Самый распространенный пример, который может почувствовать на себе человек, — это потоотделение или испарина. Когда выделяемый организмом пот испаряется, он поглощает избыточную теплоту организма, и тем самым охлаждает тело человека или животного.

Принцип, лежащий в основе испарительного охлаждения, заключается в том, что вода должна подвергаться воздействию внешней теплоты, чтобы перейти из жидкого состояние в пар. Когда происходит испарение, необходимая теплота забирается из воды, которая оставаясь в жидком состоянии, в результате снижает свою энтальпию, и получается более холодная жидкость.

Чтобы обеспечить отведение избыточной теплоты от технологического оборудования или из помещений внутри зданий, системы испарительного охлаждения используют тот же принцип, что и процесс потоотделения. Термин «градирня» используется для описания оборудования, предназначенного для отвода в окружающий воздух теплоты от охлаждающей воды, находящейся как в открытом, так и в закрытом контуре охлаждения.

Когда вода меняет свое агрегатное состояние, переходя из жидкой фазы в паровую, частично, или полностью, то для этого должен иметь место подвод тепловой энергии, которая называется скрытой теплотой испарения. Эта энергия должна либо поступать из котла, который использует теплоту сжигания топлива, либо извлекаться из окружающей среды. В градирнях используется этот фазовый переход, поскольку в них созданы условия, при которых горячая вода испаряется во встречном потоке воздуха, поскольку при этом, тепловая энергия воды передается воздуху. Этот процесс называется испарительным охлаждением. Принцип действия всех градирен основан на этом простом процессе, который описать с точки зрения тепломассопередачи довольно сложно.

Первые примитивные градирни состояли из деревянной конструкции в виде башни, в которой горячая вода подавалась в виде брызг в верхней части, смешивалась с охлаждающим воздухом, поступающим из нижней части конструкции. Таким образом, вода охлаждалась и отводилась из отстойника внизу для возврата обратно в машину или в технологический процесс. Основными критериями, на которых основывается проектирование и изготовление градирен, являются:

• Обеспечение в градирне максимального контакта между воздухом и водой с помощью оптимальной конструкции механической структуры и системы распределения воды.

• Организация постоянного потока воздуха с помощью вентиляторов.

• Минимизация потерь, вызванных уносом части разбрызгиваемой воды вместе с выбрасываемым воздухом.

• Оптимизация конструкции градирни в зависимости от объемного расхода охлаждаемой воды и трех критических значений температур: температуры окружающего воздуха по влажному термометру, температуры подаваемой теплой воды и температуры выходящей охлажденной воды.

• Понимание и решение проблем, связанных с качеством воды, влияющих на такие процессы, как коррозия, загрязнение внутренних полостей устройства механическими отложениями, а также развитие бактерий и появление биологических загрязнений.

• Необходимо также принимать во внимание ограниченность пространства в месте расположения градирни и вероятность того, что шум от функционирующего оборудования может стать источником дискомфорта для тех, кто живет или работает поблизости.

Передача теплоты в градирнях

Существует три механизма передачи теплоты: проводимость, конвекция и излучение. Проводимость является единственным способом передачи теплоты через твердые тела. Этот механизм играет строго ограниченную роль в теплопередаче через жидкости и совершенно не применим к газам.

Конвекция происходит вследствие того, что жидкость или газ с более высокой температурой и, следовательно, с меньшей плотностью, поднимается за счет гравитационных сил вверх, и устанавливает циркуляцию. Этот механизм является основным для процессов теплопередачи в жидкостях и газах.

На теплообмен излучением критически влияет разность температур между излучающей поверхностью или источником излучения и телом, принимающим тепловые лучи. Энергия, передаваемая излучением, передается от источника к приемнику напрямую, без влияния на среду, находящуюся между ними, в частности воздух.

Механизм конвективной передачи теплоты от твердых тел или жидкостей к воздуху или к другим газам критически зависит от поведения практически неподвижного слоя воздуха или газа на поверхности твердого тела или жидкости. Этот слой называется пограничным слоем или пленкой, и наибольшая сложность в описании теории теплопередачи возникает из определения коэффициента теплопередачи этого пограничного слоя или пленки.

Факторы, которые могут влиять на конвективный теплообмен:

• свойства жидкости: скорость потока, кинематическая вязкость, динамическая вязкость, теплопроводность, плотность, тепловое расширение, удельная теплоемкость и т.п.

Рисунок выше наглядно иллюстрирует то, что происходит с одной каплей воды внутри градирни. Капля окружена тонкой пленкой насыщенного воздуха, которая практически не нарушается проходящим потоком воздуха. Именно через эту статическую пленку насыщенного воздуха и происходит передача теплоты в поток воздуха тремя способами:

• излучением с поверхности капли. Это очень небольшая доля от общего количества теплового потока, и обычно им пренебрегают;

• путем теплопроводности и конвекции между водой и воздухом. Количество передаваемой теплоты будет зависеть от температур воздуха и воды, и может составлять от одной четверти до одной трети всего теплового потока;

• испарением. Это наибольшая часть теплоты, передаваемой от жидкости потоку воздуха, и является причиной, почему весь процесс называется «испарительным охлаждением».

Как работает градирня?

Градирня охлаждает воду за счет сочетания тепловых и массообменных процессов. Охлаждаемая вода распределяется в градирне с помощью распылительных форсунок, разбрызгивателей или наполнителей пленочного типа, которые еще называются «оросителями», назначение которых обеспечить максимальный контакт подаваемой в градирню воды с атмосферным воздухом. В свою очередь движение атмосферного воздуха внутри градирни может осуществляться:

(б) конвективными токами;

(в) естественными потоками ветра;

(д) эффектом индукции от движения водяных брызг.

Часть воды поглощает теплоту, превращаясь из жидкости в пар при постоянном давлении. Эта теплота испарения при атмосферном давлении переносится в воздушный поток из воды, остающейся в жидком состоянии.

На рисунке выше показано соотношение температуры между водой и воздухом, когда они проходят через противоточную градирню. Кривые показывают снижение температуры воды (от точки А до точки В), и повышение температуры воздуха по влажному термометру (от точки С до точки D) в результате их прохождения через градирню. Разница температур между водой, входящей и выходящей из градирни (A минус B), называется диапазоном охлаждения (Range).

Разность температур охлажденной воды на выходе из градирни и температуры по влажному термометру входящего в градирню воздуха (B минус C) называется «предельная разность температур» (Approach), которая зависит от технических характеристик градирни, и в первую очередь от ее теплопроизводительности. Большая градирня обеспечивает более холодную воду на выходе для заданных значений тепловой нагрузки, расхода воды и параметров входящего воздуха. Следовательно, количество теплоты, передаваемого градирней в атмосферу, всегда равно тепловой нагрузке, подводимой к градирне, тогда как уровень температуры, при котором передается эта теплота, определяется теплопроизводительностью градирни и температурой по влажному термометру поступающего в нее воздуха.

Тепловые характеристики градирни зависят главным образом от температуры по влажному термометру воздуха, входящего из окружающей атмосферы. Другие параметры входящего воздуха, такие как температура по сухому термометру и относительная влажность, оказывают незначительное влияние на тепловые характеристики градирен с механической тягой, однако они также определяют интенсивность процесса испарения воды в градирне.

Процесс испарения

Процесс испарения является ключевым процессом, определяющим эффективность работы градирен. Испарение, которое происходит, когда потоки воздуха и воды находятся в контакте, вызвано разницей давлений водяного пара на поверхности капель воды и в окружающем воздухе. Эти давления пара являются функциями температуры воды и степени насыщения воздуха, соответственно.

В вентиляторных градирнях потоки воды и воздуха обычно идут либо навстречу друг другу, либо пересекаются под углом в 90°, так что охлажденная вода, выходящая из нижней части оросителя, вступает в контакт с входящим холодным воздухом. Точно так же горячая вода, поступающая в верхнюю часть оросителя, вступает в контакт с теплым воздухом, выходящим из оросителя.

Процесс испарения происходит во всем объеме оросителя. Следует отметить, что в верхней части оросителя воздух практически находится в состоянии насыщения, однако при этом, это состояние компенсируется высокой температурой входящей воды и, следовательно, высоким давлением паров. Количество испарившейся воды, которое имеет место, зависит от ряда факторов. Одним из них является общая площадь поверхности контакта между водой и воздухом. Именно поэтому очень важно при проектировании градирни уделять особое внимание конструктивным параметрам оросителя. Другим важным фактором является количество протекающего воздуха. Чем больше поток воздуха, тем больше теплоты переходит из жидкости в атмосферу, и тем ниже температура жидкости на выходе из градирни. Это связано с тем, что по мере увеличения расхода воздуха влияние воды на его температуру и влажность будет уменьшаться, а разность парциальных давлений пара во всем объеме оросителя будет увеличиваться.

Температура входящего в градирню воздуха Т_вт оказывает очень важное влияние на ее работу. Чем ниже температура атмосферного воздуха по влажному термометру, тем ниже будет температура воды на выходе из градирни.

1. Диапазон охлаждения (Range);

2. Разность температур между воздухом на входе и воды на выходе (Approach);

3. Температура окружающего воздуха по влажному термометру — Т_вт;

4. Расход охлаждаемой воды — л/с;

5. Скорость потока воздуха, проходящего над водой, м/с;

6. Уровень температуры;

7. Коэффициенты эффективности оросителя, который предполагается использовать;

8. Объем оросителя (то есть высота секции оросителя, умноженная на площадь поперечного сечения).

Пункт 6 важен, поскольку при более высоких температурах возможно отвести гораздо большее количество теплоты, поскольку экспериментально подтверждено, что суммарное количество теплоты или энтальпия насыщенного воздуха экспоненциально возрастает с ростом температуры.

Пункт 7 зависит от того, насколько эффективно спроектирован ороситель, и из этого следует, что объем оросителя (пункт 8) напрямую влияет на производительность градирни.

Расчет градирни

Теплопроизводительность любой градирни может быть определена, если известны следующие параметры:

— Температура воды на входе и выходе (Range);

— Температура воздуха на входе по влажному термометру, Т_вт (Approach);

Иногда для расчетов градирни принимают температуру входящего воздуха по сухому термометру, Т_ст, которая влияет на количество воды, которая испаряется в любой градирне испарительного типа. Значение этой температуры также непосредственно определяет теплопроизводительность градирни с косвенным контактом, работающей в сухом режиме.

Например, номинальная теплопроизводительность градирни, используемой для систем кондиционирования воздуха, может быть приблизительно определена из расчета необходимого количества теплоты для снижения температуры воды с расходом 54 мл/с с 35°C до 29,4°C при температуре входящего в градирню воздуха Т_вт, равной 25,6°C. При этих условиях градирня выбрасывает в окружающую среду количество теплоты примерно 1,25 кВт на 1 кВт холодопроизводительности испарителя холодильной машины. Такой вывод основан на предположении, что в типичных условиях функционирования системы кондиционирования воздуха на каждый киловатт теплоты, поступающего в испаритель, градирня должна рассеивать дополнительно 0,25 кВт энергии, потребляемой компрессором холодильной машины. Современные высокоэффективные компрессорные системы значительно сократили количество энергии, потребляемой и выделяемой компрессором. Для расчетов конкретных систем кондиционирования и холодоснабжения номинальные значения теплопроизводительности градирен не используются, а обычно рассчитываются на основании задаваемых параметров расхода воды при определенных значениях температуры воды на входе и на выходе (Range), а также при температуре наружного воздуха Т_вт (Approach).

Мы рады, если данная статья оказалась для Вас полезной. Обратившись в компанию NIBA RUS, Вы сможете получить консультацию по вопросам подбора, поставки и обслуживания градирен открытого и закрытого типов. Вы также сможете получить цену на градирни от производителя и купить вентиляторную градирню на максимально выгодных для Вас условиях.

Хотите получить предложение с выгодной ценой сегодня?

Тогда просто выберите удобный для Вас способ связи!

Источник

Что такое градирня и где она используется: принцип работы

В сфере промышленности многие устройства нуждаются в постоянном охлаждении. Справиться с такой задачей может только специализированное оборудование под названием «градирня». О том, что она собой представляет, каков механизм ее действия и каких видов градирни бывают, мы сегодня и поговорим.

Градирня для охлаждения воды — что это такое?

Градирня – это сложная инженерная конструкция, предназначенная для охлаждения большого количества жидкости с помощью направленных воздушных потоков. Применяются градирни в системах оборотного водоснабжения и способствуют эффективному снижению температуры воды на 10-15 градусов.

Где используются: область применения?

Область применения градирен крайне широка. Такие сооружения необходимы везде, где в большом количестве используется техническая вода, в том числе для обеспечения нужного микроклимата и реализации технологических процессов. При этом у каждого типа градирен своя специфика.

Башенные градирни отличаются дороговизной, поэтому позволить их себе чаще всего могут только ТЭЦ, ТЭС и АЭС. Для размещения башенных конструкций требуется большая площадь, но и возводить их можно в непосредственной близости от объекта.

Открытые конструкции выгодны для производств, использующих крупное холодильное оборудование и большие объемы холодной воды, а также для трансформаторных и компрессорных станций.

В то же время эжекционные установки чаще всего применяются на объектах с переменными климатическими условиями, гидравлическими и тепловыми нагрузками.

Принцип работы

Принцип работы градирни довольно прост. Процесс охлаждения в устройстве осуществляется за счет частичного испарения жидкости и осуществления теплообмена с воздухом. При этом вода в градирне стекает по оросителю в виде капель или тонкой пленки. В это же время вдоль оросителя проходят воздушные потоки.

Важно: при испарении одного процента воды температура оставшейся жидкости снижается на 6 градусов. Потеря воды при этом восполняется за счет внешних источников.

Охлаждение горячей воды, поступающей в градирню, может осуществляться:

• обратным потоком (вентиляторные конструкции);
• посредством распыления горячей воды форсунками на наполнитель с развитой площадью, по которому жидкость растекается тонкой пленкой и за счет медленного течения охлаждается (атмосферные, башенные конструкции);
• посредством распыления жидкости в специальных каналах и естественном захвате атмосферных воздушных потоков (эжекционные конструкции).

Правила размещения и условия работы

При размещении градирен на площадке необходимо руководствоваться рекомендациями СНиП 2.04.02-84 и II-89-80, учитывая при этом:

• характер застройки территории;
• направление господствующих ветров;
• туманообразование;
• вынос капель за пределы градирни, вызывающих обмерзание расположенных в непосредственной близости сооружений.

Основной задачей является достижение минимальной протяженности циркуляционных трубопроводов, соединяющих градирни с потребителями охлажденной воды.

В целях уменьшения протяженности и диаметров труб водопроводных сетей применяется децентрализация систем оборотного водоснабжения с максимально возможным приближением конструкций к цехам, потребляющим воду.

Устройство

Основными элементами конструкции градирни являются:

• Ороситель (блоки оросителя) – главный элемент градирни, определяющий ее охлаждающую способность. Основной задачей является обеспечение максимально возможной площади охлаждения воды во время ее контакта с потоком встречного воздуха.
• Водоуловитель – элемент волнообразной формы, максимально снижающий капельный унос при минимальном аэродинамическом сопротивлении. Служит для конденсации и осаждения летящих вверх капель воды в воздушном потоке, а также для равномерного распределения воздушных потоков на выходе из градирни.
• Водораспределительная система – устройство, предназначенное для равномерного распределения охлаждаемой влаги по поверхности оросителя. Выполняется в виде системы трубопроводов с подсоединенными к ним водоразбрызгивающими соплами.
• Вентиляторные установки – конструкция, предназначенная для создания достаточного воздушного потока. Выполняется в виде диффузора, электропривода и рабочего колеса.

Виды градирен

Градирня для охлаждения воды

Как уже было сказано, градирни служат для охлаждения оборотной жидкости, используемой для снижения температуры промышленных агрегатов.

С учетом специфики технологических процессов различных предприятий и производств были разработаны два основных вида конструкций – так называемые сухие и мокрые (испарительные) градирни.

Основным отличием первого типа градирен от второго является закрытый контур, по которому движется охлаждающая жидкость, в качестве которой может использоваться не только вода.

В основе работы мокрых градирен лежит передача тепла от жидкости окружающему воздуху во время поверхностного испарения и непосредственного контакта сред.

Основных видов испарительных градирен четыре:

• отдельно стоящие вентиляторные;
• башенные;
• секционные вентиляторные;
• малогабаритные.

В то же время сухие градирни представляют собой теплообменные конструкции, в которых в качестве теплопередающей поверхности выступают радиаторы. Для отвода нагретых воздушных масс радиаторы оборудуются вентиляторами.

Вентиляторная

В вентиляторных градирнях нагнетание воздушных масс осуществляется с помощью вентиляторов. Такие конструкции позволяют регулировать режим их работу за счет добавления или отключения вентиляторов.

В отличие от других типов сооружений вентиляторные градирни требуют серьезных энергозатрат, однако и характеризуются более высокой производительностью. Температурный порог вентиляторных конструкций несколько ниже остальных типов, что позволяет максимально быстро и эффективно охлаждать нужную жидкость.

Закрытого типа

Градирни закрытого типа сохраняют рабочую воду чистой и без посторонних примесей, так как она циркулирует исключительно в закрытом контуре, что создает два замкнутых цикла жидкости:

• внешний цикл – циркуляция разбрызгиваемой на теплообменник воды и встреча с воздухом снаружи;
• внутренний цикл – циркуляция охлаждаемой рабочей воды внутри теплообменника и отсутствие контакта с воздухом.

Применяются закрытые градирни как в небольших системах кондиционирования и вентиляции (например, жилых и административных зданий), так и на крупных промышленных предприятиях.

Эжекционная

Эжекционные градирни используются для нагнетания необходимого объема воздуха и разбрызгивания воды под напором, в результате чего происходит естественный захват воздушных масс, используемых для охлаждения. Отличительными особенностями эжекционной градирни являются:

• высокая эффективность;
• низкий уровень шума работы;
• низкий уровень вибрации;
• высокие энергозатраты.

Металлические и бетонные

Так называемые отдельно стоящие градирни представляют собой металлический или железобетонный каркас цилиндрической формы высотой около 10 метров и диаметром основания в 24-36 метров.

В верхней части таких сооружений размещается мощный вентилятор, расположенный в специальном корпусе-диффузоре. Именно такая вентиляторная установка и создает необходимую тягу внутри конструкции. Остальные технологические элементы повторяют конструкцию башенной градирни.

Широкое распространение отдельно стоящие градирни получили в СССР на химических и нефтехимических предприятиях. Особенностями таких конструкций являются, прежде всего, высокая производительность, возможность регулирования тяги и устойчивость к обмерзанию. Однако высокая стоимость вентиляторной группы и значительное энергопотребление относятся к слабым сторонам таких конструкций.

Башенная градирня

В башенных градирнях подача воздуха осуществляется за счет естественной тяги, генерируемой башней специальной конструкцией. Несмотря на то, что такие градирни требуют больших площадей, затраты на содержание такого сооружения гораздо ниже по сравнению с прочими типами. Охлаждение в башенных конструкциях производится довольно медленно, но стабильно.

Мини-градирни

По своей конструкции и принципу работы малогабаритные градирни схожи с секционными вентиляторными сооружениями, однако могут отличаться типом вентилятора, который выполняется нагнетателем и устанавливается в нижней части конструкции.

Используются мини-градирни на предприятиях с малым оборотным циклом.

Основной проблемой малогабаритных градирен является обмерзание в зимнее время года, появляющееся вследствие нижнего расположения вентиляторной установки и попадания на нее водяных капель.

Производители градирен в России

«Росинка»

Малогабаритные градирни «Росинка» являются продуктом научно-производственной фирмы «Техэкопром», официальный сайт которой располагается по адресу http://www.tecopro.ru.

Особенностями градирен данной марки являются:

• компактные размеры (удобство транспортировки, монтажа и обслуживания);
• расположение оросителя над водораспределителем (повышение охлаждающей способности);
• изготовление оросителя и водоуловителя из решетчатых и полиэтиленовых призм ПР-50 (повышение охлаждающей способности, снижение капельного уноса);
• размещение вентилятора в рабочем пространстве градирни (повышение охлаждающей способности, исключение обледенения вентилятора).

«Каскад»

Еще одним производителем градирен является отечественная компания «Каскад». Найти ее официальный сайт можно по ссылке http://kaskad-stroy.com/.

Создает предприятие как башенные, так и вентиляторные сооружения. При необходимости «Каскад» проектирует, выпускает и поставляет дополнительное оборудование, необходимое для функционирования основной системы. Кроме того, организация оказывает услуги по демонтажу, а также профилактическим и ремонтным работам сооружений.

«Балтимор»

Градирни «Балтимор» выпускаются одноименной компанией «Baltimore Aircoil Company», официальный сайт которой располагается по адресу http://www.baltimoreaircoil.eu.

Производит «Балтимор» градирни как открытого, так и закрытого типа.

Кроме того, у производителя есть дочерняя сервисная компания под названием «Balticare», которая предлагает широкий ассортимент продуктов и услуг для максимальной эффективности и безопасного использования градирен.

«Град Балтэнергомаш»

Градирни серии «Град» выпускаются предприятием «Балтэнергомаш». Занимается предприятие проектированием, производством и реконструкцией градирен.

Отличительной особенностью выпускаемой линейки является вентиляторный тип и малые габариты устройств.

Найти официальный сайт компании можно по адресу https://bemspb.all.biz/.

Где купить промышленные градирни в России?

В Москве

В Москве приобрести промышленные градирни можно как напрямую у производителей, так и у их представителей. Наиболее известными компаниями являются:

• ООО «ТМИМ»:
  • сайт: http://gradirni.tmim.ru/;
  • адрес: город Москва, Рублевское шоссе, дом 111;
  • телефон: +7 (495) 988-96-65.
• ГК «Ирвик»:
  • сайт: http://www.irvik.ru;
  • адрес: город Москва, Зеленый проспект, дом 20;
  • телефон: +7 (495) 721-85-48.
• ООО «Водэх»:
  • сайт: http://www.vodex.ru;
  • адрес: город Москва, Мясницкая улица, дом 15;
  • телефон: +7 (495) 544-43-96.

В Санкт-Петербурге

В Санкт-Петербурге промышленные градирни можно купить в следующих организациях:

• ГК «Эко-Строй Проект»:
  • сайт: http://www.eko-sp.com;
  • адрес: город Санкт-Петербург, улица Рижская, дом 5;
  • телефон: +7 (812) 949-74-34.

• ООО «Экотэп»:
  • сайт: http://gradirniprof.ru;
  • адрес: город Санкт-Петербург, улица Гжатская, дом 21;
  • телефон: +7 (812) 535-10-10.
• АО «НПО Тепломаш»:
  • сайт: http://www.teplomash.ru;
  • адрес: город Санкт-Петербург, шоссе Революции, дом 90;
  • телефон: 8 (800) 555-61-10.

Таким образом, градирня — это технически сложная конструкция, область применения которой распространяется на все промышленные и производственные предприятия, нуждающиеся в большом количестве охлаждающей жидкости. Необходимо отметить, что градирни не делают техническую воду ледяной, а лишь снижают ее температуру на 10-15 градусов.

Источник