Классификация градирен

По способу подвода воздуха в ороситель градирни делятся на три основных типа:

1. Открытые градирни( воздух поступает за счет продувки ветром и естественной циркуляции);

2. Башенные градирни (воздух подводится за счет тяги, создаваемой башней). Естественная тяга воздуха возникает из-за разности весов наружного более холодного воздуха и нагретого влажного воздуха внутри градирни;

3. Вентиляционныеградирни (искусственная тяга воздуха создается вентилятором, устанавливаемым на входе или выходе из градирни).

По направлению движения воздуха и воды в оросителе различают градирни:

1. противоточные;

2. поперечноточные;

3. поперечнопротивоточные.

Рис. 4.10. Классификация градирен по направлению движения воздуха и воды в оросителе:

а) – противоточные, б) – поперечноточные, в) – поперечнопротивоточные;

1 – башня; 2 – распределитель воды; 3 – ороситель; 4 – резервуар для сбора охлажденной воды; 5 – воздухозаборные окна

В противоточных градирнях воздух в оросителе движется навстречу воде (рис.4.10 а).

В поперечноточных градирнях воздух и вода движутся в оросителе взаимно перпендикулярно (рис. 4.10 б).

В поперечнопротивоточных градирнях в центральной части оросителя движение воздуха и воды противоточное, а в периферийной его части движение воздуха и воды поперечноточное (рис. 4.10 в).

По конструкции системы распределения воды по поверхности оросителя градирни бывают:

1. с трубчатыми (напорными) распределителями.

2. с лотковыми (безнапорными) распределителями.

По типу оросителя, предназначенного для увеличения поверхности соприкосновения воздуха и воды градирни делятся на:

1. капельные градирни, в которых теплоотдача в основном происходит с поверхности капель;

2. пленочные градирни, в которых теплоотдача происходит с поверхности тонкой водяной пленки, образующейся на щитах оросителя.

3. капельно-пленочные градирни смешанного типа, в которых теплоотдача происходит как с поверхности водяных капель, так и с поверхности водяной пленки.

Особым видом градирен являются:

1. брызгальные градирни – в которых создание поверхности охлаждения (не имеющих оросителя) осуществляется за счет разбрызгивания воды соплами.

2. радиаторные градирни, в которых вода отдает свое тепло проходящему через охладитель воздуху путем теплопередачи через стенку радиатора.

4.4.2. Распределители, оросители и водоуловители градирен

Несмотря на разнообразие конструкций градирни имеют ряд общих элементов: водораспределители, оросительные устройства, водоуловители, а также водосборные резервуары.

Распределители градирен. Распределители в градирнях предназначены для равномерного распределения охлаждаемой воды по поверхности оросителя, что определяет охлаждающую способность градирни. Распределители градирен бывают:

1. Трубчатые распределители - представляют собой систему трубопроводов из металлических или асбестоцементных труб, оборудованных разбрызгивающими соплами (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Схема напорного трубчатого водораспределителя:

1 – подводящий стояк; 2 – коллектор, подводящий воду к периферийной зоне орошения; 3 – то же, к центральной зоне; 4 – разбрызгивающие сопла; 5 – распределительные трубопроводы; 6 – подводящий водовод

Сопла, применяемые в трубчатых водораспределителях, могут быть: эвольвентные, бутылочные и тупые, тех же конструкций, что и для брызгальных бассейнов, а также струйно-винтовые и ударного действия.

Современные требования к разбрызгивающим соплам градирен следующие: они должны обеспечивать развитый факел разбрызгивания воды с радиусом 1,5 – 2 м при напоре 0,5 – 3 м и не подвергаться засорению при концентрации взвешенных веществ в оборотной воде около 100 – 150 мг/л.

В последнее время наибольшее распространение получили сопла, изготавливаемые из пластмассы (рис. 4.12). Они не подвержены коррозии, проще и дешевле в изготовлении и имеют меньшую шероховатость внутренней поверхности, что увеличивает их пропускную способность.

Рис. 4.12. Водоразбрызгивающие пластмассовые сопла:

а) – центробежные сопла; б) – струйно-винтовые сопла; в) – ударные сопла;

1 – тангенциальное; 2, 3 – эвольвентное; 4 – раструбное НИИ ВОДГЕО; 5 – сопло ККТ (Германия); 6, 7 – цельнофакельное; 8 – с зубчатым отражателем; 9 – с коническим

отражателем; 10 – Брикс-24; 11 – с чашечным отражателем; 12 – Фирмы «Амон» (Фоанция); 13 – Фирмы «Бальке-Дюрр» (Германия); 14 – сферозубчатое сопло

2. Лотковые распределители - представляют собой систему железобетонных лотков, расположенных над оросителем, в дне которых имеются отверстия со вставленными в них фарфоровыми или пластмассовыми патрубками – насадками (рис. 4.13). Вода, вытекающая из насадок в виде струй, падает на разбрызгивающие тарелки, также изготавливаемые из фарфора или пластмассы, дробится, образуя фонтаны брызг, которые достигают поверхность оросителя. Расположение насадок должно обеспечивать равномерное распределение воды по площади оросителя. Лотки оборудуются шиберами (заслонками), позволяющими регулировать подачу воды в периферийную и центральную зоны градирни. Диаметры насадок находятся в пределах d = 18 - 35 мм и имеют производительность от 0,3 до 4 л/с в зависимости от диаметра при изменении напора над выходным сечением насадки Н = 0,1 - 1 м. Обычно насадки располагают в плане с учетом перекрытия факела брызг соседних тарелок равномерно на одинаковом расстоянии друг от друга 1 - 1,25 м. Отражательные тарелки размещают на расстоянии 0,7 – 0,8 м от дна распределительных лотков и 0,3 – 0.5 м от поверхности оросителя.

Рис. 4.13. Схема лоткового брызгального водораспределителя:

1 – распределительный лоток; 2 – насадка; 3 – отражательная тарелка

Лотковые распределители получили наибольшое распространение, поскольку требуют меньшего напора по сравнению с трубчатыми.

Гидравлический расчет водораспределителей заключается в определении требуемого напора, диаметров труб и размеров лотков. Расчету предшествует разработка схемы расположения труб и лотков, определение числа, типа и размера сопел, подбор насадок и их размещение.

Скорость движения воды в магистральных и распределительных лотках принимают соответственно 0,8 и 0,4 м/с, расход воды определяется по производительности насадок.

Скорость воды в трубчатых распределителях принимается 2 – 2,5 м/c.

В настоящее время гидравлический расчет трубчатых и лотковых распределителей производится на ЭВМ с использованием специальных программ.

Оросители градирен. Оросители градирен предназначены для создания мелких и одинаковых по размеру капель или тонкой пленки с целью увеличения поверхности соприкосновения воды и воздуха, а , следовательно, интенсификации процесса охлаждения.

Основным типом оросителей, обеспечивающих наиболее высокий эффект охлаждения, является пленочный, однако он чувствителен к наличию в воде нефтепродуктов, взвешенных веществ и других примесей, вызывающих засорение зазоров между элементами. Пленочные оросители применяются при концентрации нефтепродуктов < 25 мг/л и взвешенных веществ < 50 мг/л.

При общей концентрации в оборотной воде жиров, смол и нефтепродуктов 25 – 125 мг/л применяют капельные или капельно-пленочные оросители, а при концентрации указанных веществ > 120 мг/л – брызгальные оросители.

1. Капельные оросители выполняются из деревянных брусков прямоугольного или треугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами. Расположение реек в ярусах может быть различным (рис. 4.14) и должно обеспечивать наилучшие условия для дробления капель в капельных оросителях при стекании их с одного яруса на другой.

Рис. 4.14. Конструкции капельных оросителей из прямоугольных а) – е)

и треугольных ж) - з) деревянных брусков

Расстояние между ярусами принимается от 100 до 350 мм, ширина брусков 40 – 50 мм, толщина 10 – 20 мм. В ярусах бруски устанавливают с прозорами от 50 до 150 мм.

При гидравлической нагрузке до 5 м³/м²∙ч стекание воды с одного бруска на другой носит капельный характер. Диаметр первичных капель около 5 – 6 мм. Вторичные капли, образующиеся при падении с верхних брусков на нижние, имеют диаметр 0,5 – 0,8 мм.

Современные конструкции капельных оросителей выполняют из полимерных плоских решеток или штампованных сетчатых (перфорированных) элементов из полиэтилена (рис. 4.15). Срок службы оросителей градирен из полимерных материалов составляет около 20 – 25 лет, в то время, как деревянные конструкции выходят из строя за 10 – 15 лет. Пластмассовые оросители компактны, просты в монтаже и легче деревянных оросителей.

Рис. 4.15. Капельные оросители из полимерных материалов:

1 – блок оросителя; 2 – схема расположения элементов в блоке (параллельная волна);

3 – то же (перекрестная волна); 4 – то же (наклонные трубы); 5 – то же (перекрестная волна с проставками между листами шириной 10 мм); 6 – схема решетки и схема сборки в блок решеток по высоте

2. Пленочные оросители имеют меньшее, чем капельные, аэродинамическое сопротивление, но требуют больших затрат материала на их изготовление. Они выполняются из деревянных и асбестоцементных щитов или конструкций из пластмасс (рис. 4.16).

Наиболее распространенными являются оросители, выполненные из пластмасс, которые являются более устойчивыми к воздействию теплой воды и влажного воздуха и проще в изготовлении.

Рис. 4.16. Пленочные оросители из дерева и пластмасс:

1 – щит пленочного оросителя; 2 – ороситель из досок, поставленных на ребро; 3 – ороситель из гофрированных листов (ПВХ); 4, – комбинированный ороситель (ПВХ + ПНД); 5 – комбинированный ороситель (асбестоцемент + ПВХ); 6,7 – комбинированный ороситель (асбестоцемент + ПНД); 8 – ячеистый ороситель (ПВХ) (общий вид листа и расположение листов в блоке)

При изготовлении щитов из дерева используются доски толщиной 10 – 15 мм, шириной 100 мм, которые размещаются на расстоянии 40 мм друг от друга. Щиты устанавливаются вертикально или под углом 85^о в несколько ярусов, обеспечивая создание пленки толщиной 0,3 – 0,5 мм. Также устраиваются оросители из досок, поставленных на ребро.

Оросители выполняются из плоских или волнистых асбестоцементных листов с расстоянием между ними 15 – 45 мм, толщиной 6 – 8 мм.

При изготовлении оросителей из пластмасс применяют поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПНД), винипласт и другие виды пластмасс. Расстояние между листами принимают от 12 до 30 мм.

3. Капельно-пленочные оросители. При выполнении оросителей из дерева применяется комбинация из блока капельного типа и щитов пленочного типа. При изготовлении оросителей из полимерных материалов используются гофрированные полиэтиленовые трубы, сетчатые трубы и листы, сетчатые призмы, сетчатые рулоны (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Капельно-пленочные оросители из дерева и полимерных материалов:

1 – из деревянных брусков и досок; 2 – трубчатый из гофрированных полиэтиленовых труб d = 44 мм; 3 – трубчатый из дренажных труб d = 63 мм; 4 – трубчатый из сетчатых труб d = 60 мм; 5 – ороситель из сетчатых листов; 6 – ороситель из сетчатых призм; 7 – двухпоточный ярусный ороситель; 8 – ороситель из сетчатых рулонов

Капельно-пленочные оросители обладают лучшим эффектом охлаждения, чем капельные. Применяя капельно-пленочные оросители в совокупности с противоточным движением воздуха, можно увеличить гидравлическую нагрузку в 1,5 – 2 раза по сравнению с капельными оросителями

При выборе типа оросителя градирни необходимо учитывать качество охлаждающей воды. Пленочные оросители обычно применяют для получения устойчивого и глубокого охлаждения в условиях жаркого климата. Капельно-пленочные оросители применяют в более благоприятных климатических условиях, когда технологические требования к охлажденной воде ниже.

Водоуловители градирен. Водоуловителями оборудуются башенные и вентиляторные градирни, имеющие повышенную тягу воздуха. Водоуловители предназначены для снижения выноса с охлаждающим воздухом капель влаги из градирен. Работающая градирня выбрасывает в атмосферу воздух, насыщенный водяными парами. При значительных расходах охлаждаемой оборотной воды в системах производственного водоснабжения эти потери воды составляют значительную долю водного баланса предприятия. Установка водоуловителей над водораспределителями градирен значительно уменьшает вынос воды до 0,1 % от общего расхода оборотной воды.

Все известные конструкции водоуловителей работают по одному принципу – осаждения летящих вверх капель воды на препятствие (элемент) за счет действующих гравитационных и инерционных сил, возникающих при отклонении воздушного потока для огибания этого препятствия (элемента). В качестве препятствия (элемента) используются деревянные, асбестоцементные или пластмассовые пластины, листы, соты различной конфигурации, располагаемые в 1 – 3 ряда, а также волокна сеток. Различные типы водоуловителей отличаются друг от друга не только материалом, но также формой указанных элементов (препятствий) и их расположением.

Наибольшее распространение в России и за рубежом получили водоуловители, выполненные из одного или двух рядов наклонных деревянных или плоских полимерных пластин или волокнистых листов из асбестоцемента или полимерных материалов (рис. 4.18). В настоящее время разрабатываются и осваиваются водоуловители из пластмассы, что позволяет усовершенствовать их конфигурацию и снизить массу. Сборка пластин в блоки водоуловителя обычно производится на месте монтажа градирни.

При выборе водоуловителя в каждом конкретном случае необходимо принимать во внимание, что каждому из них присущи свои достоинства и недостатки. Они различаются материалом, схемой сборки блоков, механической прочностью, значением аэродинамического сопротивления проходу воздуха, эффективностью водоулавливания.

Рис. 4.18. Схемы водоуловителей градирен:

а) – водоуловитель жалюзийный из дерева или плоских полимерных пластин; б) – то же из волокнистых асбестоцементных или полимерных листов; в) – водоуловитель профильный; г) – водоуловитель сотовый

4.4.3. Конструкция градирен

Открытые градирни. Открытые градирни по сравнению с другими типами градирен наиболее просты в устройстве и близки к брызгальным бассейнам по своим качественным и количественным характеристикам. Они бывают брызгальными и капельными.

Открытые брызгальные градирни (рис. 4.19) представляют собой небольшой вытянутый в плане резервуар (напоминающий брызгальный бассейн), огражденный со всех сторон жалюзийными решетками, выполняющими роль водоуловителей, которые препятствуют выносу брызг за пределы градирни. Разбрызгивающие сопла направлены вниз и располагаются на высоте 4 – 5 м над уровнем воды в резервуаре. Резервуар оборудуется переливной и грязевой трубами. Градирни имеют ширину до 4 м и длину до 20 – 30 м. Их располагают длинной стороной к направлению преобладающих ветров. Гидравлическая нагрузка для таких градирен обычно принимается от 1,5 до 3 м³/м²∙ч.

Открытые капельные градирни оборудуются распределителями в виде лотков с гидравлическими насадками и отражательными тарелками или сопел и оросителями капельного типа из деревянных брусков, что обеспечивает лучшие условия для охлаждения воды. Поэтому гидравлическая нагрузка для таких градирен принимается больше от 2 до 4 м³/м²∙ч.

Рис. 4.19. Схема открытой брызгальной градирни:

1 – подводящий трубопровод нагретой воды; 2 – разбрызгивающие сопла; 3 – жалюзи; 4 – резервуар градирни

Башенные градирни. Башенные градирни (рис. 4.20) имеют вытяжную башню для создания естественной тяги воздуха и могут быть прямоугольными, круглыми или многоугольными в плане. В противоточных градирнях (воздух и вода в оросителе движутся навстречу друг другу) башня сооружается непосредственно над оросителем. В поперечноточных градирнях (воздух и вода в оросителе движутся взаимно перпендикулярно) оросители занимают кольцевую зону вокруг башни. Площадь сечения башни должна составлять не менее 30 – 40% площади оросителя. Она выполняется в виде монолитной железобетонной или каркасно-обшивной конструкции. К конструкции башни предъявляются повышенные требования по условиям устойчивости, внутренней аэродинамики, применяемым материалам, которые с внутренней стороны находятся под воздействием влажного теплого воздуха, а с наружной стороны – морозного воздуха.

Поэтому бетон, применяемый для сооружения башни, должен быть морозостойким, а внутренняя поверхность железобетонной башни покрыта гидроизоляцией.

Каркас обшивных градирен обычно выполняется из стальных элементов на сварке. Обшивка каркаса выполняется из деревянных щитов, асбестоцементных, полимерных или алюминиевых листов.

Рис. 4.20. Схема башенной градирни: 1 – каркас градирни (металлический, железо-бетонный, деревянный); 2 – обшивка (деревянные, щиты, железобетон, метал-лические, асбестоцементные или пластмассовые листы); 3 – воздухозаборные окна; 4 – водораспределитель; 5 – ороситель; 6 – центральный стояк; 7 – резервуар охлажденной воды; 8 – переливная и грязевая труба

Деревянные конструкции пропитываются антисептиком, а асбестоцементные листы парафино-стеариновыми эмульсиями. Каркас защищают от коррозии покраской или нанесением специальных эмалевых защитных покрытий. Обшивка градирен должна быть плотной, исключающей подсос воздуха.

Воздухозаборные окна градирни располагаются между опорами башни по всему ее параметру.

Водосборный резервуар градирни обычно выполняется из железобетона с соответствующей гидроизоляцией и оборудуется переливной и грязевой трубами.

Вода на охлаждение к водораспределителю подается по стоякам центральным или боковым. Оросители устанавливаются на деревянный или железобетонный каркас и могут быть брызгальные, капельные, пленочные, капельно-пленочные.

Вентиляторные градирни. По конструкции вентиляторные градирни бывают односекционными и многосекционными. Многосекционные градирни состоят из 2 – 6 стандартных прямоугольных или квадратных в плане секций площадью до 200 м² каждая. Односекционные (одновентиляторные) градирни имеют площадь оросителя более 400 м², применяются при больших расходах воды (более 10 000 м³/ч) и устраиваются круглыми, квадратными или многоугольными в плане.

По способу подачи воздуха вентиляторные градирни бывают нагнетательными и отсасывающими.

В нагнетательных градирнях вентилятор располагается до оросителя, а в отсасывающих градирнях – после оросителя на выходе воздуха из градирни.

В последнем случае лопасти отсасывающего вентилятора, расположенные в потоке теплого воздуха и не обмерзают в зимний период. Отсасывающие градирни получили наиболее широкое применение.

Схема поперечноточной градирни показана на рис. 4.21. Градирня имеет стальной или железобетонный каркас . В верхней части корпуса градирни расположена небольшая вытяжная башня - диффузор в виде конически расширяющегося патрубка. Вентиляторные градирни обязательно оборудуются водоуловителями различного типа для уменьшения выноса капельной влаги. Вода к водораспределителю (трубчатого или лоткового типа) подводится боковым или центральным стояками. В градирнях применяют брызгальные, капельные, пленочные и капельно-пленочные оросители. Воздух в градирню подается через жалюзи и движется поперечноточно (перпендикалярно) движению охлаждаемой воды.

Рис. 4.21. Схема вентиляторной поперечноточной градирни:

1 – диффузор; 2 – вентилятор; 3 – подводящий трубопровод; 4 – водораспределитель;

5 – водоуловитель; 6 – ороситель (пленочный); 7 – жалюзи для пропуска воздуха; 8 – водосборный резервуар; 9 – трубопровод, отводящий охлажденную воду; 10 – переливной трубопровод

В настоящее время в России и в странах СНГ налажено производство малогабаритных вентиляторных градирен, поставляемых на предприятия в готовом виде. Конструкции их чрезвычайно разнообразны и отличаются по типу и материалу водораспределителей, оросителей и водоуловителей, а также системами подачи воздуха, по виду и расположению вентиляторов. (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Вентиляторные малогабаритные градирни заводского изготовления:

а) – Росинка; б) – ГМВ; в) – ГПВ; г) – ГРД; д) – ПАЮС-ВОДГЕО; е) – Одесса; 1 – вентилятор осевой; 2 – вентилятор центробежный; 3 – ороситель; 4 – подвижный ороситель (шары); 5 – водораспределитель (трубчатый или лотковый); 6 – водоуловитель; 7 – жалюзийная решетка; 8 – сборный лоток

Радиаторные градирни. Радиаторные градирни (рис. 4.23) могут быть башенными и вентиляторными. Поскольку охлаждаемая в них вода не имеет непосредственного контакта с воздухом, водоуловитель в них не устраивается, а потери на испарение и унос отсутствуют. Основным элементом такой градирни является, размещаемая в нижней ее части, система радиаторов.

Наиболее часто используются трубчатые или пластинчатые радиаторы (рис.4.24), которые изготовливаются из стали, алюминия или медноалюминиевых сплавов, скомпанованных в несколько секций, через которые проходит охлаждающий воздух.

Трубчатый радиатор представляет собой трубки с насаженными на них штампованными ребрами для создания лучшей поверхности охлаждения. Трубчатая конструкция представлена в виде охлаждающих колонн, имеющих высоту около 5 м и размер ребер в плане 0,15 х 2,5 м и устанавливается в 2 или 3 яруса попарно под углом 60^о друг к другу. Диаметр трубок 15 – 20 мм, проходя по этим трубкам, вода охлаждается.

Низкая теплоемкость воздуха и низкие коэффициенты теплоотдачи от воды к воздуху через стенку радиатора, требуют значительного количества воздуха для качественного охлаждения воды. Широкого применения радиаторные градирни не получили.

Рис. 4.23. Схема радиаторной градирни:

1 – радиаторы; 2 – вентилятор; 3 – диффузор

Рис. 4.24. Радиаторы радиаторных градирен:

а – радиатор трубчатый с ребрами; б – радиатор пластинчатый

Размещение градирен на площадке. При размещении градирен на площадке промышленного предприятия необходимо обеспечивать:

● беспрепятственное поступление и отвод воздуха;

● учет направления господствующих ветров в летний и зимний

периоды;

● минимальное влияние на другие объекты (вынос капель и

туманообразование, обмерзание вблизи расположенных зданий,

ухудшение экологической обстановки).

Правильное размещение градирен и выбор необходимого расстояния между ними исключает попадание нагретого воздуха во входные окна соседних градирен, изменение микроклимата под влиянием теплоты и влаги, обеспечивает оптимальные расчетные параметры работы охладителей.

Число градирен в оборотном цикле водоснабжения промышленных предприятий желательно принимать минимальным. Обычно в одном узле размещают от 2 до 12 градирен. Минимальное расстояние от открытых градирен до других охладителей принимается 30 м; от башенных и вентиляторных градирен до других охладителей 20 – 40 м; до забора, ограждающего площадку размещения градирен 10 – 20 м; до внутризаводских дорог 15 – 20 м; до дорог общего пользования 20 – 60 м.

Минимальные расстояния между градирнями в одном ряду для открытых – 3 м, башенных – половина диаметра башни, вентиляторных – две высоты входных окон.

4.4.4. Расчет градирен

Наиболее часто выполняются три вида расчетов градирни: определение температуры охлажденной воды t₂, гидравлической нагрузки q_f и площади оросителя градирни F_ор.

Эти расчеты достаточно трудоемки и осуществляются по графикам и номограммам или по специально составленным программам на ЭВМ.

Широко применяются программы для расчета башенных вентиляторных градирен, составленные НИИ ВОДГЕО. Данные вводятся в виде исходной информации, на основании которой производится аэродинамический расчет, а затем тепловой расчет градирни.

Тепловой расчет по графикам и номограммам может производиться только для тех типов и конструкций вентиляторных градирен, для которых эти графики составлены (по данным натурных исследований). При использовании графиков необходимо учитывать, что скорости движения воздуха в оросителе, высота оросителя, тип и размеры его элементов должны также соответствовать параметрам градирен, для которых они составлены. Такой способ расчета не пригоден для новых конструкций и может использоваться лишь для привязки существующих градирен к местным условиям. Охладители рассчитываются обычно на неблагоприятные для работы атмосферные условия в летние месяцы года. Эти данные можно найти, используя СНиП по климатологии.

На рис. 4.25. представлена номограмма для расчета открытых капельных градирен. Пунктирными линиями показан ход определения температуры охлажденной воды t₂ в открытой капельной градирне при количестве полок n = 12, высоте Н = 11 м, гидравлической нагрузке q = 0,8 л/(м²∙с), ширине охлаждения Δt = 14^оС, скорости ветра w = 1,3 м/с.

Рис. 4.25. Номограмма для расчета открытых капельных градирен

4.4.5. Потери воды в охладителях

Для систем оборотного водоснабжения должен составляться баланс воды, учитывающий потери воды на промышленном предприятии и подпитки системы для компенсации этих потерь.

В охладителях потери воды бывают:

● на фильтрацию;

● на испарение;

● на унос воды ветром.

Потери воды на фильтрацию. Эти потери учитываются только в прудах-охладителях Расчет производится по данным гидрологических изысканий. Потери воды на фильтрацию в брызгальных бассейнах и градирен в расчетах не учитываются.

Потери воды на испарение. Эти потери учитываются в испарительных охладителях: брызгальных бассейнах, открытых градирнях прудах-охладителях. В радиаторных градирнях эти потери отсутствуют.

Потери воды на испарение определяются по формуле, м³/ч:

Q_исп = К∙Δt∙Q, ( 29 )

где К – коэффициент, учитывающий долю испарительного охлаждения в

общей теплоотдаче;

Q – расход охлаждаемой оборотной воды, м³/ч;

Δt = t₁ – t₂ – перепад температуры воды (ширина зоны охлаждения) в ^оС, определяемый как разность температур нагретой воды поступающей в охладитель t₁ и охлажденной воды, выходящей из него t₂.

Для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха по сухому термометру Т значения коэффициента К составляют:

Для прудов-охладителей значения коэффициента К принимаются в зависимости от температуры воды водоема T_в, впадающего в пруд-охладитель:

Потери воды на унос ветром. Эти потери учитываются в испарительных охладителях, брызгальных бассейнах, открытых градирнях и оросительных теплообменных аппаратах. В радиаторных градирнях они отсутствуют.

Потери воды на унос ветром определяются по формуле, м³/ч:

Q_ун = ( 30 )

где Р₂ – потери воды на унос ветром от расхода оборотной воды, %.

Q – расход охлаждаемой оборотной воды, м³/ч.

Потери воды, вследствие уноса ветром, зависят от типа охладителя, производительности и наличия специальных водоуловителей для снижения выноса капельной влаги.

В брызгальных бассейнах Р₂ = 2 – 3 % при производительности Q ≤ 500 м³/ч, при Q более 500 м³/ч, но менее 5000 м³/ч – Р₂ = 1,5 – 2%, при Q > 5000 м³/ч - Р₂ = 0,75 – 1%, как видно, чем больше производительность охладителя, тем меньше значения потерь воды на унос ветром.

Для открытых и брызгальных градирен Р₂ = 1 – 1,5%.

Для башенных градирен без водоуловителей Р₂ = 0,5 – 1%, с водоуловителями - Р₂ = 0,01 – 0,05%.

Для вентиляторных градирен, оборудованных водоуловителями, при отсутствии в оборотной воде токсичных веществ Р₂ = 0,1 – 0,2%, при их наличии - Р₂ = 0,05%.

В оросительных теплообменных аппаратах Р₂ = 0,5 – 1%.

Потери воды на продувку систем оборотного водоснабжения непосредственно не относятся к потерям воды в охладителях и связаны с необходимостью сброса части отработанной воды и замены ее свежей водой для поддержания требуемого качества воды в оборотном цикле. Чаще всего это связано с необходимостью поддержания требуемой карбонатной жесткости воды для предотвращения образования отложений накипи или других показателей качества оборотной воды.

Расход воды на продувку системы Q_сбр с целью поддержания необходимой концентрации солей жесткости в оборотной воде, м³/ч:

Q_сбр = , ( 31 )

где Ж_к.д – карбонатная жесткость добавочной (свежей) воды, г∙экв/м³;

Ж_к.об - карбонатная жесткость оборотной воды, г∙экв/м³;

Q_исп – расход воды на испарение, м³/ч;

Q_ун - расход воды на унос воды ветром, м³/ч;

Q_пр – расход воды на технологические нужды промышленного предприятия, м³/ч.

Потери воды на технологические нужды (унос воды с продуктами и отходами) также являются безвозвратными. К безвозвратным потерям также относятся расходы воды на мойку полов, проездов и поливку зеленых насаждений.

4.5. Выбор типа охладителя

Выбор типа охладителя осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов. Тип охладителя принимают с учетом расчетного расхода воды, режима работы охладителя, условий его размещения на промышленной площадке, расчетной температуры охлажденной воды t₂, перепада температур воды в системе ∆t, глубины охлаждения , технологических требований к стабильности и эффективности охлаждения, особенностей эксплуатации, химического состава воды и ее потерь на испарение и унос. При выборе охладителей кроме того, надлежит учитывать требования природоохранных органов к работе охладителей, как возможных источников негативного воздействия на состояние окружающей среды (унос капельной влаги, выброс вредных веществ, паровой факел и шум).

Рекомендуемая область применения различных типов охладителей воды приведена в табл. 4.2. и определяется их качественными и количественными характеристиками, а именно: гидравлической нагрузкой q_f , тепловой нагрузкой А_f , шириной охлаждения ∆t (перепадом температур) и глубиной охлаждения (разностью температуры охлажденной воды t₂ и температуры воздуха по смоченному термометру τ).

Таблица 4.2

Область применения охладителей

Тип охладителя	Гидравлическая нагрузка qf , м3/м2∙ч	Тепловая нагрузка Аj , ккал/м2∙ч	Ширина охлаждения ∆t=t1–t2 , oC	Глубина охлаждения =t2-τ, oC
Пруды-охладители	0,02-0,04	0,2-0,4	5-10	6-8
Брызгальныебассейны	0,8-1,3	5-20	5-10	10-12
Открытые и брызгаль-ные градирни	1,5-3	7-15	5-10	10-12
Открытые градирни с капельными оросителями	2-4	15-50	5-10	10-12
Башенные градирни	3-6	60-100	5-15	8-10
Вентиляторные градирни	6-8	80-100 и более	3-20	4-5
Радиаторные градирни	-	-	5-10	20-35

Пруды-охладители в течение большей части года обеспечивают минимальную температуру воды, но требуют больших площадей для их размещения, поэтому применение прудов обосновано при наличии свободных малоценных земель, естественных водоемов или искусственных водохранилищ, при невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, а также в тех случаях, когда требуется обеспечить минимальную среднегодовую температуру охлаждаемой воды.

Брызгальные бассейны из-за сравнительно низкой стоимости и простоты в эксплуатации широко применяются для охлаждения воды при невысоких требованиях к эффекту охлаждения, когда не нужна низкая и постоянная температура охлажденной воды, а также при наличии подходящих площадок для их размещения с открытым доступом воздуха. Брызгальные бассейны обладают весьма низкой охлаждающей способностью, особенно в районах со слабым ветром и продолжительным штилем в летнее время. Потери воды в брызгальных бассейнах больше, чем в градирнях. Их располагают длинной стороной перпендикулярно направлению господствующих ветров для избежания образования тумана и обледенения соседних сооружений и дорог.

Открытые градирни применяются при расходах до 300 м³/ч, по параметрам близки к брызгальным бассейнам и могут размещаться на крышах зданий. Их недостаток – низкий охладительный эффект и его зависимость от атмосферных факторов. Открытые капельные градирни обладают более высоким охладительным эффектом и применяются для расходов до 1000 м³/ч.

Башенные градирни. Они применяются при любых расходах. Имеют небольшой унос воды ветром. Благодаря тяги воздуха, создаваемой башней, обеспечивают более высокий и устойчивый эффект охладения, чем брызгальные бассейны и открытые градирни. Башенные градирни могут быть компактно размещены на площадке предприятия на небольших расстояниях от производственных зданий и сооружений. Недостатками башенных градирен является сложность строительства и высокая строительная стоимость.

Вентиляторные градирни обеспечивают самый высокий и устойчивый эффект охлаждения воды. В летнее время они могут давать температуру охлаждаемой воды ниже, чем в прудах-охладителях. Температуру охлаждаемой воды можно регулировать путем изменения частоты оборотов вентиляторов или отключением отдельных вентиляторов. Строительная стоимость их значительно ниже, а строительство проще, чем башенных градирен, но работа вентиляторов требует большого расхода электрической энергии и более сложной их эксплуатации. Вентиляторные градирни применяются при любых расходах воды на предприятиях, где требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды, а также в районах с жарким и влажным климатом.

Радиаторные градирни - это высокоэффективные с точки зрения экономии водных ресурсов сооружения, обеспечивающие возможность максимального сокращения потерь воды на промышле