Материал: Показатели материального баланса потерь воды в градирне

Показатели материального баланса потерь воды в градирне

АННОТАЦИЯ

градирня экономический тепловой

В данном проекте рассмотрен вопрос реконструкции и модернизации градирен водооборотного цикла 1-ой очереди Турбинного цеха ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго» Волжской ТЭЦ. В теоретической части проекта дана классификация и область применения градирен, рассмотрены принципы охлаждения градирен и их технологические элементы. В проекте произведен тепловой и аэродинамический расчеты существующей градирни. А также тепловой и аэродинамический расчет градирни при ее реконструкции. Подсчитаны потери воды при ее работе. Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и техники безопасности при эксплуатации градирни. Произведена оценка экономической эффективности реконструкции градирни.

Проект состоит из листов, содержит таблиц, листов графической работы формата А1.

ВВЕДЕНИЕ

Среди наиболее водоемких отраслей теплоэнергетическая промышленность занимает первое место. Основным направлением рационального использования водных ресурсов и защиты водоемов от загрязнений является сокращение объема потребления свежей воды из источников, широкое внедрение оборотного водоснабжения, создание замкнутых бессточных систем с полным извлечением и утилизацией продуктов, улавливаемых в процессе очистки воды.

Потребление свежей воды в промышленности в значительной мере может быть уменьшено за счет перехода производств на безотходные, безводные или маловодные технологии. Однако многие производственные процессы не всегда в полной мере позволяют использовать такие технологии. Тогда на первый план в реализации задачи экономии воды в промышленности вступают охлаждающие системы оборотного водоснабжения с градирнями различных типов и конструкций.

Аппараты для охлаждения воды при ее непосредственном контакте с воздухом (градирни), в настоящее время широко используются во всех отраслях промышленности, где есть потребность в охлаждении оборотной воды. Масштабы использования градирен колоссальны.

При применении в производстве оборотного водоснабжения качество выпускаемой продукции зависит от качества и температуры оборотной воды. В практике производственного водоснабжения подготовка оборотных вод осуществляется на отдельных сооружениях водоподготовки.

Настоящий проект проводился с целью реконструкции и модернизации градирен водооборотного цикла 1-ой очереди Турбинного цеха ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго» Волжской ТЭЦ и достижения требуемого качества и температуры охлажденной воды.

При разработке дипломного проекта предусматривается решение задачи повышение эффективности работы башенных брызгальных градирен путем их реконструкции с применением более совершенного оборудования.

1.      
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГРАДИРЕН

При охлаждении воды в градирнях, чем больше поверхность контакта воды с воздухом, тем более благоприятны условия теплопередачи. Контакт воды с воздухом и увеличение поверхности этого контакта достигаются различными способами.

Градирни можно классифицировать в основном по способу подвода воздуха к воде и по типу оросительного устройства. По способу подвода воздуха градирни разделяются на три следующие основные группы:

первая - вентиляторные градирни, через которые воздух прокачивается нагнетательными или отсасывающими вентиляторами;

вторая - башенные градирни, в которых создается тяга воздуха высокой вытяжной башней.

третья - открытые или атмосферные градирни, в которых для протока воздуха через них используются сила ветра и отчасти естественная конвекция.

В зависимости от конструкции оросительного устройства и способа, которым достигается увеличение поверхности соприкосновения воды с воздухом, градирни подразделяются на пленочные, капельные и брызгальные.

Каждый из указанных типов градирен может иметь весьма разнообразные виды и конструкции отдельных элементов оросителей, отличаться размерами их и расстояниями между ними и быть выполнен из различных материалов.

Вентиляторные градирни выполняются секционными или отдельно стоящими - одновентиляторными, в плане имеют форму прямоугольника, квадрата, многоугольника или круга. Вентиляторные градирни допускают более высокие тепловые нагрузки и обеспечивают более глубокое охлаждение воды за счет повышенного относительного (к расходу воды) расхода воздуха, проходящего через градирню.

На вентиляторные градирни допускается удельная тепловая нагрузка 90-120 тыс. Вт/м² [80-100 тыс. ккал/(чм²)] и выше, в то время как, например, башенные градирни при прочих равных условиях эти нагрузки не превышают 90

тыс. Вт/м² [80 тыс. ккал/(чм²)]. Для атмосферных градирен максимальная тепловая нагрузка составляет 35-60 тыс. Вт/м² [3050 тыс. ккал/(чм²)]. Зависимость охладительного эффекта атмосферных градирен от силы и направления ветра ограничивает область их применения.

С помощью вентиляторных градирен температуру охлажденной воды получают на 4-6⁰ (в отдельных случаях на 2-3⁰) выше температуры воздуха по смоченному термометру, с помощью башенных градирен - на 8-10⁰. С помощью «сухих» (радиаторных) градирен температуру охлажденной воды можно получить только выше температуры воздуха по сухому термометру.

Замена водяного охлаждения воздушным экономичнее лишь в случае охлаждения продукта с высокой начальной температуры до температуры, примерно на 20° превышающей температуру по сухому термометру. Величина перепада температур воды на градирнях назначается в зависимости от температуры поступающей на градирни воды, которая, в свою очередь, определяется технологическим оборудованием, использующим воду как хладагент. На вентиляторных градирнях возможно достижение перепада температур воды до 25°С и более (в зависимости от начальной температуры воды). В практике использования башенных градирен (например, на тепловых электростанциях) максимальный перепад температур воды составляет 8-10°.

Вентиляторные градирни обеспечивают более устойчивое заданное охлаждение воды и более маневренное, чем башенные, регулирование ее температуры. Работа вентиляторных градирен более легко поддается автоматизации для поддержания температуры охлажденной воды на заданном уровне. Вентиляторные градирни требуют меньшей площади застройки в сравнении с другими охладителями воды при достижении одинакового эффекта охлаждения. В сравнении с башенными градирнями они работают при более низких напорах воды.

Сооружение вентиляторных градирен дешевле на 50-80%, чем башенных, и на 30-50%, чем брызгальных бассейнов. Экономия древесины, при строительстве деревянных вентиляторных градирен вместо башенных

достигает 60-70%. Однако для привода вентиляторов требуется значительный расход электроэнергии, а сами вентиляторы и их приводы нуждаются в постоянном уходе и ремонте и, следовательно, вентиляторные градирни требуют дополнительных эксплуатационных расходов по сравнению с башенными. Кроме того, в отдельных случаях вентиляторные градирни, особенно с нагнетательными вентиляторами, вызывают рециркуляцию теплого влажного воздуха. Во всех случаях необходимо производить выбор того или иного типа градирни на основе технико-экономического анализа с учетом расчетных расходов и температур воды, метеорологичеких параметров атмосферного воздуха, условий размещения градирен на площадке предприятия, инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки и др.

Секционные градирни проектируются с площадью оросителя одной секции от 2 до 400 м² и отдельно стоящие одновентиляторные от 400 до 1200 мм². При выборе типа и числа градирен исходят обычно из следующих условий: оптимальное число секций или градирен, в одном оборотном цикле, как правило, принимается от 4 до 8, максимальное- 12; наименьшее число секций 2. Опыт эксплуатации показал, что соблюдение этих условий обеспечивает экономичную эксплуатацию градирен, требуемую степень резервирования и регулирования температуры охлаждаемой воды за счет отключения отдельных вентиляторов при одновременной экономии площади, занятой градирнями.

Оросительное устройство является одним из основных элементов градирни. Оно предназначено для увеличения площади поверхности соприкосновения между водой и воздухом и, следовательно, для ускорения процесса охлаждения.

Удельная гидравлическая нагрузка для вентиляторных градирен ориентировочно может быть принята: при пленочном оросителе 2,23,4 кг/(м²с) [812 м³/(м²ч)], капельном оросителе 1,72,2 кг/(м²с) [68 м³/(м²ч)] и брызгальном 1,41,7 кг/(м²с) [56 м³/(м²ч)]. Скорость воздуха в оросителе вентиляторных градирен принимается, как правило, не выше 45 м/с.

При выборе типа оросительного устройства в каждом конкретном случае производится сопоставление охлаждающей способности и стоимости градирни.

Величина потерь напора при движении воздуха в оросителе также является неотъемлемым показателем его работы, так как она определяет величину эксплуатационных затрат на градирню: чем меньше сопротивление потоку воздуха, тем меньше требуемая мощность вентилятора и ниже расход электроэнергии (или высота башни в башенных градирнях). Следовательно, при выборе типов оросителей следует отдавать предпочтение таким, какие будут обеспечивать более высокую охлаждающую способность и низкие потери напора. При выборе и оценке оросительных устройств необходимо учитывать и ряд других показателей, таких, как долговечность, изнашиваемость материала оросителя, прочность и масса оросителя, легкость установки, доступность ремонтов и осмотров. Важным фактором является также наличие в охлаждаемой воде взвешенных веществ и агрессивных примесей. При наличии в охлаждающей воде примесей, агрессивных по отношению к материалам конструкций градирен, в отдельных случаях может оказаться экономически целесообразным предусматривать обработку воды с целью исключения или уменьшения степени агрессивности.

Оросительные устройства вентиляторных градирен по своей функции могут быть аналогичными оросителям башенных градирен.

В оросителе каждого из указанных типов градирен вода движется вертикально сверху вниз под действием силы тяжести. Воздух же, нагнетаемый или отсасываемый из оросителя вентиляторами или в результате башенного эффекта, может двигаться либо снизу вверх навстречу воде, либо в поперечном направлении по отношению к движению воды. В первом случае градирни называются противоточными, во втором случае - поперечноточными.

Противоточная схема движения воды и воздуха более эффективна, чем поперечноточная. Это объясняется тем, что значение средней разности теплосодержаний, являющейся «движущей силой» процесса тепло-массообмена, при противотоке больше, чем при поперечном токе. За счет этого размеры градирен, а следовательно, и их стоимость при прочих одинаковых условиях при противотоке получаются меньшими, чем при поперечном токе. Существует еще и комбинированное направление движения воздуха по отношению к воде - поперечно-противоточное. По числу потоков воздуха в градирне они могут быть двухпоточные и однопоточные.

Поперечноточные градирни в плане, как правило, имеют прямоугольную или квадратную форму и выполняются в виде секционных. Противоточные градирни могут иметь в плане любую из указанных форм, а в том случае, когда они прямоугольные или квадратные, выполняются преимущественно секционными.

Вход воздуха в секционные градирни со всасывающими вентиляторами осуществляется только с двух противоположных сторон, в отдельно стоящие - с четырех (по всему периметру в плане). Это выгодно отличает отдельно стоящие градирни от секционных, так как обеспечивает более равномерное распределение воздуха по оросителю и меньшие потери давления воздуха при входе в градирню. Поэтому отдельно стоящие градирни в сравнении с секционными при прочих равных условиях, обладают более высокой охлаждающей способностью и лучшими экономическими показателями.

На возведение секционных градирен затрачивается меньше строительных материалов, так как каждые две соседние секции имеют одну общую стенку, и площадь застройки для секционных градирен меньше, чем для отдельно стоящих. Благодаря прямоугольной форме секционных градирен строительств их в отличие от многоугольных отдельно стоящих проще и может быть осуществлено при меньшем числе типоразмеров элементов [5].

.        
ПРИНЦИПЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ В ГРАДИРНЯХ

При охлаждении воды в градирнях часть тепла передается атмосферному воздуху за счет поверхностного испарения воды (превращение части воды в пар

с переносом его посредством диффузии и конвекции в воздух), другая часть - за счет разницы в температурах между водой и воздухом, т. е. теплоотдачей соприкосновением (теплопроводность и конвекция). Кроме того, некоторое количество тепла отводится от воды за счет излучения. Однако тепло, передаваемое излучением, настолько мало в сравнении с другими видами отдачи тепла, что им можно пренебречь при составлении теплового баланса градирни.

Согласно кинетической теории газов, механизм процесса испарения воды с поверхности соприкосновения ее с воздухом может быть представлен следующим образом. Молекулы воды находятся в беспорядочном тепловом движении, при этом скорости их колеблются в широких пределах. Те молекулы, которые обладают наибольшей скоростью (точнее, наибольшей кинетической энергией), вырываются в пространство, расположенное над поверхностью воды (испарение). При этом могут оторваться от воды только молекулы, расположенные вблизи ее поверхности, у которых составляющая скорости, нормальная к этой поверхности, достаточно велика и способна преодолеть силы молекулярного сцепления. Молекулы воды, оторвавшиеся от поверхности, при столкновениях с молекулами воздуха изменяют величину и направление своего движения. Некоторая часть вырвавшихся из воды молекул, сталкиваясь с молекулами воздуха, может быть отброшена обратно к поверхности воды и затем вновь от нее отразиться или поглотиться водой (конденсация). Часть же оторвавшихся от поверхности воды молекул проникает в воздух в результате диффузии и конвекции и уже безвозвратно теряется водой, образуя пары воды в воздухе. Эта потеря части молекул воды и составляет сущность процесса испарения, сопровождающегося переносом вещества (массы), или так называемым массообменом. Существует понятие скорости испарения, которую определяют как убыль количества воды в единицу времени. При равном парциальном давлении воды и пара скорость испарения считается равной нулю, хотя процесс перехода молекул из жидкой фазы воды в паровую не прекращается, но лишь полностью компенсируется обратным процессом конденсации, т. е. процессом перехода молекул пара в жидкую фазу. Таким образом, говоря о количестве испарившихся молекул, следует иметь в виду разность между количеством молекул, оторвавшихся от поверхности воды, и количеством молекул пара, сконденсировавшихся на этой поверхности в единицу времени. В разреженном пространстве, когда вероятность столкновения «испарившихся» молекул с молекулами воздуха меньше и, соответственно, меньшее количество испарившихся молекул попадает обратно в воду, скорость будет большей, чем при атмосферном давлении.