Материал: Показатели материального баланса потерь воды в градирне

Пленочные (сотовые или ячеистые) оросители из пластмассы, а точнее из бумаги, впервые начали применять в небольших серийных градирнях заводского изготовления 30 лет тому назад. Пытаясь реализовать большую производительность в малом объеме, изготавливали оросители с удельной площадью поверхности 500 м²/м³. Получили очень высокую производительность, но ороситель часто закупоривался. Исходя из указанных соображений, в Германии применяют пленочные оросители с расстояниями между листами 12; 15; 19 и 27 мм, с удельной площадью поверхности обмена соответственно 240; 180; 140 и 110 м²/м³.

Однако не только удельная площадь поверхности определяет охлаждающую способность оросителя. Большое значение имеют следующие условия: вода должна стекать по оросителю ровной пленкой, а не отдельными ручейками или струйками; соприкасающаяся с воздухом поверхность водяной пленки должна непрерывно обновляться путем турбулентного перемешивания.

Для изготовления пластмассовых оросителей используют поливинилхлорид, полиэтилен низкого давления, насыщенные полиэфирные смолы, ударопрочный полистирол, полимер стирола и акрилнитриала и др. Все эти исходные материалы - листы или пленки обычно имеют гладкую гидрофобную поверхность. Чтобы изготовить из них оросители, удовлетворяющие указанным выше условиям, необходимо видоизменить их поверхность и форму.

В НИИ ВОДГЕО проведено множество испытаний оросителей из полимерных материалов различной конфигурации, чтобы выявить и выделить по возможности в чистом виде конструктивные факторы, влияющие на эффективность оросителя.

Интенсификация охлаждающей способности пластмассовых оросителей может быть осуществлена путем использования таких приемов, как создание шероховатой, пористой или волнистой поверхности, подбор оптимального числа и формы волн, перфорирование листов или замена их сетками, а также устройство разрывов по ходу движения воды и воздуха, обеспечивающих чередование капельных и пленочных режимов движения воды и за счет этого перераспределение и дополнительную турбулизацию взаимодействующих потоков и повышение тепломассообмена. Наибольший эффект интенсификации охлаждения достигается за счет комбинирования указанных выше приемов.

Увеличение охлаждающей способности оросителей обычно сопровождается увеличением их аэродинамических сопротивлений, что, как правило, считается нежелательным. Однако этого не всегда следует опасаться, так как для обеспечения равномерного и полного растекания потока воздуха по сечению оросителя он должен обладать определенным сопротивлением. Поэтому для окончательной оценки эффективности и рациональности применения конкретного оросителя целесообразно проводить технико-экономические расчеты с учетом всех влияющих факторов. Основными из них являются охлаждающая способность и аэродинамическое сопротивление оросителя [9].

.1.4 Капельно-пленочные оросители

Выполненные из дерева оросители состоят из двух или более частей, располагаемых непосредственно друг над другом. По своей конструкции капельная и пленочная части такого оросителя не отличаются от обычных капельных и пленочных. Конструкции капельно-пленочных оросителей из полимерных материалов могут быть аналогичны деревянным. Однако более перспективными являются конструкции капельно-пленочных оросителей, выполненные из пластмассовых сеток, сформированных в виде призм, гофролистов и др. По возможности работать на загрязненной воде капельно-пленочные оросители, выполненные из сетчатых элементов, имея значительно уменьшенную высоту (~ 1 м), не уступают капельным деревянным высотой 2-3 м, а некоторые конструкции и превосходят их.

При реконструкции градирен с целью максимального использования сохранившихся элементов могут применяться и комбинированные капельно-пленочные оросители, например, из асбестоцементных листов в нижнем ярусе и полимерных сеток или листов различных видов в верхнем [9].

3.1.5 Капельные оросители

Эти оросители конструктивно представляют собой объемную решетку из планок или реек. Основным материалом для их изготовления служит древесина хвойных пород деревьев, пропитанная антисептиком, или мягколиственных пород деревьев, модифицированная. Планки имеют в сечении прямоугольную или треугольную форму. Появившаяся было тенденция к изготовлению капельных оросителей традиционной конструкции из синтетических материалов в нашей стране развития не получила. Они были быстро вытеснены сетчатыми капельно-пленочными оросителями, с успехом применяющимися на такой же загрязненной воде, как и капельные, но имеющими больший охлаждающий эффект и лучшую технологичность изготовления и монтажа.

Пособие по проектированию градирен ориентирует на удельные гидравлические нагрузки для градирен с капельным оросителем . В реальной практике проектирования капельные градирни в зависимости от условий охлаждения воды рассчитывают на , а иногда и более [9].

.1.6 Брызгальные оросители

Это оросительные устройства заполненные воздухонаправляющими щитами, предназначенными для улучшения распределения воздушного потока. Щиты выполняются в виде спаренных блоков из досок, волнистых асбестоцементных листов или листового стеклопластика. Расстояние между щитами принимается обычно 0,4-0,5 м. Поскольку щиты несколько увеличивают поверхность соприкосновения воды с воздухом, в отдельных случаях при необходимости увеличения эффективности охлаждения расстояния между ними уменьшают до 0,2 и даже до 0,1 м. Тогда этот брызгальный ороситель работает как разреженный пленочный. Охлаждающая способность брызгальных оросителей примерно на 20% ниже капельных при таком же расходе материала (дерева). Это обуславливает целесообразность применения градирен с такими оросителями только при невысоких требованиях к температуре охлажденной воды, содержащей большое количество механических загрязнений или вещества, способные образовать трудно удаляемые отложения на элементах капельного или пленочного оросителя. Поэтому брызгальные градирни находят применение, в основном, на металлургических предприятиях в системах оборотного водоснабжения доменных и конверторных газоочисток, прокатных цехов, газогенераторных производств, аглофабрик и т.п. Удаление из брызгальной градирни воздухонаправляющих щитов снижает охлаждающую способность в 2-2,5 раза. Близки к ним по этому показателю эжекционные градирни [9].

Выбор оросителя. При выборе оросителей следует учитывать их технологические особенности. Охлаждающая способность градирни при одинаковых параметрах воды и атмосферного воздуха тем выше, чем больше значение произведения  оросителя. При равенстве этого параметра в градирнях с малым относительным расходом воздуха (), что характерно для башенных градирен, предпочтительнее применять оросители и с меньшим значением показателя степени  при λ. Когда λ > 1 эффективнее по охлаждающей способности оказываются оросители с более высокими значениями . При λ = 1 параметр  не влияет на охлаждение воды.

Следует учитывать также, что по сравнению с трубчатыми и листовыми оросителями решетчатые конструкции требуют меньшего количества материала на изготовление. Они допускают и большую неравномерность распределения

воды по верху оросителя, которая, как правило, имеет место в практических условиях эксплуатации градирен, поскольку поток воды при движении сверху вниз в их объемной решетчатой структуре имеет возможность свободного перераспределения. При этом поверхность охлаждения, состоящая из пленок, стекающих по перемычкам решеток, и капель, срывающихся с них и падающих вниз при многократном дроблении, непрерывно обновляется и турбулизируется потоком воздуха, что интенсифицирует процесс испарения (охлаждения) воды. Трубчатые оросители, как и листовые, при высоте 0,7-1,5м требуют равномерного распределения воды в градирне, поскольку возможность ее перераспределения в объеме имеется только в пространстве между трубами и листами. В трубах, занимающих около 50% активного объема градирни, возможность такого перераспределения отсутствует. При расходе воды, например 10400 м³/ч, для градирни площадью 1520 м² при равномерном орошении на площадь, занимаемую каждой трубкой диаметром 44-63 мм, должно попасть 0,01-0,02 м³/ч воды. При несоблюдении этого условия некоторая часть активного объема трубчатого оросителя может вообще не участвовать в процессе охлаждения воды. Целесообразно блоки трубчатых оросителей изготавливать малой высоты (250-300 мм) и устанавливать в градирне с разрывами в вертикальной плоскости [9].

3.2     Водоуловители

Работающая градирня выбрасывает в атмосферу воздух, насыщенный водяными парами и содержащий капельки воды размером 100-500 мкм. Значение капельного уноса регламентируется СНиПом. Она определяется так же, как потеря воды вследствие уноса ветром (что для градирен неточно) в процентах от расхода охлаждаемой воды. Значение допускаемого СНиПом уноса зависит от вида охладителя и состава загрязнений оборотной воды. Фактическая эффективность водоуловителей согласно опубликованным отечественным и зарубежным данным колеблется в пределах 0,001-0,5%, по сообщениям из Японии это значение для поперечноточных градирен с водораспределением без разбрызгивания составляет 0,0001%. Такое разнообразие оценок значения уноса

может быть объяснено различием не только условий, в которых работают водоуловители (скорость воздуха, расход воды, конструкция и размеры водоуловителя и градирни), но и методов измерений капельного уноса.

При сопоставлении технологических характеристик различных водоуловителей следует обязательно обращать внимание на условия и методику испытаний сравниваемых конструкций. Эти требования объясняются многообразием существующих на сегодня методик и приборов для испытаний водоуловителей, а также большим влиянием на результаты таких факторов, как качество монтажа водоуловителей, скорость движения воздуха, конструкции водораспределителя и оросителя, размеры капель, плотность орошения.

Чтобы в натурных условиях получить такие же высокие показатели волоулавливания (0,007 и 0,001%), как и при лабораторных испытаниях, фирма считает необходимым соблюдение следующих основных требований:

тщательная расстановка блоков водоуловителя так, чтобы не было сквозных щелей между блоками и стенками градирни, а также самими блоками;

вертикальная составляющая скорости движения воздуха не должна превосходить максимально допустимое значение ни в одной точке водоуловителя по всему сечению градирни;

- все измерения характеристик водоуловителя должны производиться непосредственно над водоуловителем по методике фирмы или согласованной с ней;

- монтаж и сборка профильных (жалюзийных) водоуловителей должны осуществляться по инструкции.

Все известные конструкции водоуловителей работают по одному принципу - осаждение летящих вверх капелек воды на препятствии за счет инерции при отклонении воздушного потока для огибания этого препятствия. В качестве препятствия используются деревянные, асбестоцементные или пластмассовые дощечки, планки, лопатки, соты (каналы) различной конфигурации, располагаемые в 1-3 ряда, а также волокна сеток. Различные типы водоуловителей отличаются друг от друга не только материалом, но и формой указанных элементов (препятствий) и их расположением.

Долгое время основным типом водоуловителей, использовавшихся в отечественных градирнях, были деревянные жалюзийные. Однако они удовлетворяют предъявляемым требованиям только при качественном изготовлении и монтаже; нуждаются в специальной раскладке блоков и постоянном надзоре за состоянием конструкций в процессе эксплуатации, поскольку в условиях работы градирен быстро разрушаются и теряют оптическую плотность, что приводит к резкому увеличению уноса капель. Кроме того, дерево становится все более дефицитным и дорогостоящим материалом и требует специальной обработки против гниения. Поэтому все большее внимание уделяется разработке и освоению водоуловителей из полимерных материалов. Как конструкционный материал пластмассы позволяют значительно усовершенствовать конфигурацию водоуловителей и снизить их массу, но требуют при этом высокой технологичности изготовления. Несоблюдение этого требования не позволяет внедрить в промышленность даже самую эффективную конструкцию пластмассового водоуловителя.

В то же время в угоду технологичности нельзя поступаться требованиями, которым должен отвечать водоуловитель как элемент, соответствующий своему назначению в работе градирни. Конфигурация водоуловителя во многом определяет характер потока воздуха на входе в конфузор и подходе к вентилятору. Конструкция и расположение лопаток и решеток водоуловителя должны обеспечивать направление потока воздуха вертикально вверх к вентилятору, выполняя в этом случае функцию направляющего аппарата.

Водоулавливающая способность водоуловителей существенно зависит от скорости воздуха  перед ним и плотности орошения . Также преобладающее влияние на значение капельного уноса оказывает гранулометрический (дисперсный) состав капиль, находящийся в потоке воздуха.

При выборе водоуловителя в конкретном случае необходимо учитывать, что каждому из них присущи свои достоинства и недостатки. Они различаются материалом, схемой сборки блоков и механической прочностью, а также значением аэродинамического сопротивления проходу воздуха [9].

3.3     Водораспределительные устройства

Водораспределительное устройство является технологическим элементом градирни, во многом определяющим ее эффективную и надежную работу. Оно должно обеспечивать равномерное распределение воды по оросителю при небольших энергозатратах, не создавая ощутимых препятствий проходу и распределению потока воздуха. В брызгальных и эжекторных градирнях параметры водораспределительного устройства в значительной мере определяют степень охлаждения воды.

Диапазон размеров капель и пленок воды, создаваемых водораспределителем, должен, с одной стороны, способствовать уменьшению капельного уноса из градирни, а с другой - не допускать образования водяных струй в оросителе. С этих позиций опимальный размер капель составляет 2-3 мм в диаметре. В некоторых случаях (в основном в брызгальных градирнях) конструкция и материал водораспределителя должны быть рассчитаны на пропуск воды с большим содержанием взвешенных веществ. Исследованиями и разработкой водораспределительных устройств уже давно занимаются в нашей стране и за рубежом.

Водораспределительные устройства градирен можно разделить на три основные группы: разбрызгивающие, без разбрызгивания и подвижные. Разбрызгивающие водораспределительные устройства, в свою очередь, подразделяются на безнапорные, представляющие собой системы открытых желобов и лотков, и напорные, выполняемые из закрытых желобов или труб с соплами или разбрызгивателями, к которым вода подводится с большим или меньшим напором. В промышленных вентиляторных противоточных градирнях в нашей стране в последнее время применяются, как правило, разбрызгивающие напорные водораспределительные устройства, представляющие собой систему стальных трубопроводов, оборудованных пластмассовыми соплами различных видов и конструкций.