ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЕ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ В МИНИ ГРАДИРНЯХ

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена система оборотого водоснабжения на промышленном предприятии. Данной  системой охлаждения  являются градирни. Рассмотрена и разработана мини градирня с регулярной массообменной (контактным устройством)  насадкой «Инжехим».

Ключевые слова: мини градирни, оборотная жидкость, насадка, противоток, эффективность, контактное устройство.

На многих промышленных предприятиях используются градирни в системах оборотного водоснабжения, где нужно глубокое стабильное  охлаждение жидкости при больших удельных гидравлических и тепловых нагрузках. Градирни бывают нескольких видов: открытые, башенные и вентиляторные. Поверхность жидкости, требуемая для ее остужения путем контакта с воздухом, создается в градирнях в результате распределения жидкости соплами или с помощью контактных (оросительных) устройств, которые могут быть капельными, пленочными, вихревыми  и комбинированными [1-3].

Выходящая с градирни жидкость применяется для остужения  технологических потоков на различных промышленных предприятиях. Включение больших количеств жидкости, используемой для остужения, в водооборотные циклы, что дает возможность значительно снизить потребности в свежей жидкости, которая в этом случае используется лишь для подпитки данного водооборотного цикла.

Применение градирен совместно с фильтрами дает возможность  применять жидкость в замкнутом технологическом цикле, что значительно повышает экологическую обстановку в районе, где находиться  промышленное предприятие.

На предприятиях нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, энергетической  и других отраслей промышленности от остуженной  воды зависят режимы технологических процессов, энергозатраты и качество выпускаемой продукции.

В промышленной теплоэнергетике в системе оборотной жидкости, горячий теплоноситель в конденсаторах турбин и в других промышленных аппаратах, используется заново после ее остужения в остужающих аппаратах. Остужение жидкости применяется в естественных или искусственных водоемах, в градирнях и брызгальных емкостях.

Самый важный узел градирни – это насадка. Тепло и массообменные свойства контактного устройства (насадки), наряду с аэродинамическими  свойствами определяют, в основном, эффективность градирни, т.е. влияют на выбор определенного размера новой градирни или оценку возможностей теплосъема данной градирни. Для оросителей применяют различные материалы: дерево, цемент, пластмасса, металл.  

В данное время все большее используются сетчатые и рельефные   контактные устройства, выполненные в виде дырчатых  (перфорированных) или рельефных полиэтиленовых труб, и укладываемых равно, либо в навал.

Попытки использовать большую производительность в малом объеме путем увеличения удельной поверхности до 500-700 м²/м³ привели к разработке ячеестых (<10 мм) или щелевых (2 - 4 мм) контактных устройств с не очень большими размерами ячеек для прохода жидкости и воздуха. Такие контактные устройства довольно быстро становиться не пригодны для дальнейшего использования, а при больших гидравлических нагрузках, и как правило  при не очень хорошей намокании пластических материалов большую часть поверхности такого блока контактного устройства  не орошается жидкостью, т.е. не применяются  по назначению [4].

Таким образом, остужающую способность блока контактного устройства  можно сделать более эффективной путем нанесением искусственной неровности на 10-20%, устройством разрывов по высоте на 25-30%, устройством волн в зависимости от их размеров, направления и формы в 1,5-2 раза, подбором определенного числа гофр более чем в два раза. Кроме того, нужное  распределение  ярусов в контактном устройстве по высоте с разрывами может уменьшить расход материала на 25-30% и уменьшить аэродинамическое сопротивление на 20-30% [4].

Мини градирни

В конце XX века за рубежом, а затем и  в РФ начали  активно создаваться  и внедряться мини градирни. Мини градирни обладают размерами   0.7-1.2 м до 5.0х7.0 м с расходами остуженной жидкостью  от 5,0 до 500 м³/час и тепловой нагрузкой от 40 до 4200кВт. Мини градирни хорошо использовать на предприятиях нефтехимии и топливно-энергетического комплекса (ТЭК) для остужения оборотной жидкости на очень близком расстоянии к теплотехнологическим установкам. В том случае есть необходимость в подачи жидкости в общий водооборотный цикл промышленного предприятия и в  таких градирнях легче управлять температурном режимом в зависимости от начальной температуры жидкости.

В РФ мини градирни создаются и производятся фирмами «Балтэнергомаш» (градирни Град или Ниагара), НПО  «Агростройсервис» (градирни «ВЕНТА-MINI»), ППФ «Техэкопром» (градирни «Россинка»), «Евромаш» и др. Блоки оросителей в мини градирнях  содержащую  удельную поверхность от 100 до 200м²/м³ с высотой от 1,0 до 1,5 метров. Гидравлическая нагрузка (плотность орошения)  находиться в пределах от 7 до 45 м³/м² час.

Конструкция мини градирни

Разработана конструкция мини градирни с комбинированными контактными устройствами (насадками).

Рисунок 1. Мини градирня с  контактными устройствами (насадками)

1 – хаотичные контактные устройства  (насадка) с высотой слоя Н₂ = 0,25 Н₁; 2 – регулярные контактные устройства  (насадка); 3 – вентилятор; 4 – сопла для подачи жидкости; 5 – емкость для сбора жидкости; 6 – сетчатый каплеуловитель; 7 – коллектор для подачи жидкости; 8 – коллектор для выхода холодной жидкости; 9 – поддерживающая решетка для контактного устройства; 10 – воздуходувные окна.

Мини градирня представляет собой цилиндрическое устройство, в котором находится хаотичные (1) и регулярные (2)  контактные устройства (насадками), при этом высота хаотичных контактных устройств  (насадки)  не большая  и составляет 25% от регулярных контактных устройств (насадки) [6]. В нижней части находиться емкость (5) для сбора жидкости, коллектор для выхода холодной жидкости (8) и воздуходувные окна (10). Регулярные контактные устройства (насадки) (2) находятся на поддерживающей  решетке (9), а хаотичные контактные устройства (насадки) (1) – на регулярных  контактных устройствах (насадках) (2). В верхней части мини-градирни находиться  вентилятор (3), коллектор (7) с соплами (4) для подачи жидкости и сетчатый каплеуловитель 6.

Устройство работает следующим образом. Сверху цилиндрического аппарата, проходя через коллектор (7) для подачи жидкости через распределительное устройство в виде сопла (4), поступает горячий теплоноситель, который необходимо охладить. Жидкость самотеком проходит последовательно через слой хаотичной (1) и регулярной (2) контактные устройства (насадки), таким образом, увеличивается поверхность контакта фаз «жидкость-газ». Сетчатый каплеуловитель (6) затрудняет потери жидкости с каплеуносом. Вентилятор (3) создает восходящий поток воздуха, нагнетаемого в аппарат через воздуходувные окна (10), взаимодействуя с горячим теплоносителем в противотоке, происходит процесс тепло - массообмена. Режим течения пленки жидкости волновой, а воздуха – турбулентный. Так как геометрические размеры элементов хаотичных контактных устройств (насадки) (1) больше размеров (геометрические параметры) каналов регулярных контактных устройств (насадки) (2), установка дополнительных поддерживающих решеток между слоями контактных устройств (насадок) не является обязательной. Под регулярным контактным устройством (насадкой) (2) находиться  поддерживающая решетка (9). Холодная  жидкость  поступает в емкость (5) для сбора жидкости, уже оттуда по коллектору для выхода холодной жидкости (8) направляется на нужды предприятия [6].

Рисунок 2. Вид регулярного контактного устройства (насадка)

Регулярная насадка (рис. 2) для тепло- массообменных аппаратов состоит из пакетов, набранных из гофрированных листов (1) и установленных один над другим слоями, отличающаяся тем, что центральный пакет выполнен в виде цилиндра (2), а остальные - размещены в виде долей коаксиальных цилиндров (3), при этом гофры листов расположены под углом к горизонту, а в смежных листах пакеты выполнены перекрестно [5].

Изобретение было создано для упрощения конструкции насадки, снижения трудозатрат на  изготовление, повышение эффективности массообмена и качества продукции.

Насадка (контактное устройство) «Инжехим» для промышленной колонны (рис. 3.).

Рисунок 3. Насадка «Инжехим» для промышленной колонны

В таблице 1 приведены основные характеристики  контактного устройства (насадки)  «Инжехим»

Таблица 1.

Основные характеристики  контактного устройства (насадки)  «Инжехим»

Список литературы:

1. Пушнов А.С., Компоновка оросителя градирни с учетом неравномерности поля скоростей воздушного потока // А.С. Пушнов, А.С. Рябушенко // Теплоэнергетика. 2016, №7. С. 74-79
2. Федяев В.Л. Эффективность оросительных градирен // В.Л. Федяев, Е.М. Власов, Р.Ф. Гайнуллин // Вестник Международной академии холода. 2012, №4. С. 35-39.
3. Пушнов А.С., Рябушенко А.С. Компоновка оросителя градирни с учетом неравномерности поля скоростей воздушного потока// Теплоэнергетика. №7. 2016. С. 74-79
4. Лаптев А.Г., Ведьгаева И.А. Устройство и расчет промышленных градирен: Монография. Казань: КГЭУ, 2004.  – 180 с.
5. Лаптев А. Г., Лаптева Е. А. Математические модели и расчет коэффициентов тепло- и массоотдачи в насадках вентиляторных градирен// Инж.- физ. жур.  2017. Т. 90, № 3 (май–июнь). С.678-685. 
6. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Математическая модель и расчет эффективности процесса охлаждения воды в пленочной градирне//  Теплоэнергетика. 2016. № 10. С. 48-53.