КАК ПОЖИВАЕТ ВАША ГРАДИРНЯ?⁠⁠

Градирня предназначена для отвода в окружающую среду теплоты от различных производственных процессов, за счет испарения части, проходящей через неё воды. Доля испаренной воды, обычно, не превышает 1% от общего объема циркулирующей.

Большинство используемых на сегодняшний день градирен, применяемых в системах оборотного водоснабжения старше 30, а то и 50 лет. Практически все эти установки морально и физически устарели. Необходимо отметить, что во многих старых проектах градирен, часто жертвовали эффективностью охлаждения в угоду низким капитальным затратам на саму установку. Широко распространено мнение, что градирня в системе охлаждения является наименее важной частью, но это далеко не так.

Результатом плохой работы градирни или её неправильным подбором может стать рост температуры конденсации и, следовательно, увеличение энерго- и материальных затрат более чем в 2 раза. В технологических циклах, где охлажденная вода используется для получения конечного продукта, например, процессы дистилляции спирта, неправильно подобранная или спроектированная градирня может снизить выход конечного продукта в 1,5 – 2 раза, не говоря о снижении качества. Особенно это заметно в летние месяцы, т.к. чем ниже температура охлажденной воды, тем больше выход и выше качество получаемого продукта.

Необходимо твердо усвоить, что маловероятно, что «какая попало» градирня окажется оптимальной или хотя бы обеспечивающей потребности конкретного производственного процесса. При проектировании и строительстве системы охлаждения не надо поддаваться искушению: сделать её «дешево и сердито». Следует четко понимать, что эксплуатационные расходы за время существования работоспособной системы (это, обычно 15-25 лет) во много раз превысят капитальные затраты на её создание. Обычно высокая температура охлаждающей воды связана либо с неправильным выбором градирни, либо с её плохим техническим состоянием.

Вопрос энергосбережения в системах оборотного водоснабжения можно рассматривать в рамках следующих разделов:

1. Рациональный выбор типа градирни;

2. Соответствие градирни охлаждаемому объекту;

3. Техническое обслуживание градирни;

4. Реконструкция градирни.

Приведем три основных элемента, которые определяют эффективное охлаждение воды в градирне:

1.1. Равномерное распределение воды по поверхности оросителя градирни

1.2. Равномерный и достаточный по количеству поток воздуха

1.3. Высокоэффективный ороситель и каплеотделитель

Важно помнить, что выбор сопла-форсунки в системе водораспределения имеет очень важное значение для обеспечения надежного и максимально возможного охлаждения воды в градирне, т.к. от этих устройств непосредственно зависит равномерность создаваемой на поверхности оросителя пленки воды и возможный капельный унос. Большинство используемых на сегодняшний день сопел-форсунок (тангенциальные, ударные и т.п.) обеспечивают достаточно хорошее распределение воды, но в большинстве случаев создают из летящих капель конус с углом при вершине 90-120, не заполненный в средней своей части. Такое положение приводит к необходимости устанавливать сопла-форсунки через меньшие промежутки, чтобы обеспечить равномерность попадания капель воды на поверхность оросителя. В тоже время сопла-форсунки не должны создавать капли с малым диаметром и весом, хотя такие мелкие капли и улучшают равномерность водораспределения, но они же значительно увеличивают капельный унос. В этой связи необходимо заметить, что для решения выше указанных задач более всего подходят, так называемые цельно-факельные сопла-форсунки, создающие при распылении воды полностью заполненный каплями факел, что позволяет уменьшить количество сопел-форсунок на градирне и упростить систему трубопроводов в раздающей сети.

Для вентиляторных градирен очень важно, как правильно подобрать количественно поток воздуха, так и равномерно распределить этот поток воздуха внутри оросителя. Большое количество воздуха, подаваемого в градирню, позволит надежно охлаждать воду, но неминуемо приведет к увеличению затрат энергии на привод вентилятора и росту капельного уноса, за счет возрастания скорости воздуха на выходе из градирни. При малом количестве воздуха, серьезной проблемой станет обеспечение равномерного распределения воздуха по всем ячейкам оросителя и, как следствие, возможность обеспечить требуемую степень охлаждения воды. Основным способом решения этих проблем является тщательная аэродинамическая проработка деталей корпуса градирни с целью снижения сопротивления и уменьшения вихреобразования. При этом необходимо помнить, что количество воздуха, необходимое для охлаждения воды, в большой степени зависит от параметров окружающей среды и, следовательно, от времени года. Так летом эта величина приблизительно в 3 раза больше, чем зимой.

Ороситель – основной элемент современной градирни, обеспечивающий охлаждение оборотной воды, должен отвечать следующим требованиям:

а) Равномерное и регулярное заполнение внутреннего объема градирни

б) Надежность и долговечность, высокая химическая стойкость

в) Пожаробезопасность (материал оросителя не должен поддерживать горения)

г) Хорошая смачиваемость

Каплеотделитель – представляет собой второй по значимости элемент градирни, т.к. унос капель воды при его отсутствии может доходить до 5% от объема поступающей в градирню воды. Каплеотделитель должен отвечать следующим требованиям:

а) Незначительное аэродинамическое сопротивление

б) Надежное отделение капельной влаги из потока воздуха при скоростях до 5 м/сек

в) Долговечность и химическую стойкость

г) Пожаробезопасность

Поэтому любое нарушение целостности оросителя и каплеотделителя неминуемо приводит к серьезным нарушениям в работе градирни. При разрушении оросителя часть воздуха, минуя оставшиеся ячейки, не охлаждая воду, выносится из градирни, как следствие уменьшается степень охлаждения воды. При разрушении каплеотделителя увеличиваются потери за счет уноса капель, т.к. в месте разрушения каплеотделителя уменьшается аэродинамическое сопротивление и воздух с большой скоростью выходит из градирни вместе с капельной влагой.

Соответствие градирни охлаждаемому объекту.

Для примера рассмотрим вопрос экономии энергии при использовании градирни в системе охлаждения воды предназначенной для отвода теплоты конденсации в холодильной машине. В этом случае наиболее важно оценить не только правильность подбора градирни к объекту охлаждения, но и правильность выбора оборудования входящего в холодильную машину.

а) Если холодильная машина оборудована кожухотрубными конденсаторами, то целесообразно заменить их современными пластинчатыми теплообменниками, позволяющими уменьшить разность температур между охлаждающей водой и конденсируемым хладагентом, снизить расход энергии на приводах насосов, т.к. скорости подачи воды в пластинчатых аппаратах в меньшей степени влияет на коэффициент теплоотдачи, чем для кожухотрубных конденсаторов.

б) Где возможно, необходимо использовать для конденсации хладагента не градирни, а испарительные конденсаторы – некий гибрид градирни и трубчатого конденсатора. Использование аппарата такого типа позволит еще больше понизить температуру конденсации и, следовательно, увеличить эффективность работы холодильной станции в целом.

в) Не следует осуществлять подбор градирни для охлаждения конденсатора холодильной машины на тепловой поток меньше, чем номинальный, мотивируя это тем, что большую часть рабочего времени холодильная машина используется не на полную мощность. В таком случае при работе с номинальной холодопроизводительностью рост температуры конденсации приведет к резкому возрастанию мощности, потребляемой компрессором, а штрафы за превышения потребления им энергии перекроют экономию на мощности насосов и вентиляторов, да и быстро сведут к нулю экономию от покупки градирни малой производительности.

Таким образом, градирня, выбираемая для охлаждения воды любого промышленного объекта, должна обеспечивать охлаждение воды при номинальной или даже максимальной тепловой нагрузке в самых неблагоприятных условиях окружающей среды, определяемых по климатическим данным данного региона. Здесь необходимо указать, что тепловой поток, который требуется отводить в окружающую среду желательно делить между 2-3 однотипными градирнями, что обеспечит возможности регулирования.

Техническое обслуживание градирни.

Технического обслуживания градирен обычно включает в себя ряд мероприятий, основными среди которых, являются работы по удалению загрязнений с основных элементов градирни. Загрязнение поверхности оросителя, засорение разбрызгивающих устройств (сопел-форсунок) и водораспределяющих трубопроводов приводит к значительному снижению эффективности процессов охлаждения воды в градирне.

Очистка может производится как механическими средствами, так и химической обработкой. Сроки технического обслуживания обычно подбираются в зависимости от степени загрязнения градирни, но не реже одного раза в год. При таких работах следует обратить внимание на следующее:

а) Очистка внутренних поверхностей градирни и оросителя минимизирует потери давления при движении воды и воздуха

б) Очистка трубопроводов системы водораспределения и сопел-форсунок от попавшей ржавчины, органических отложений и т.п., обеспечит снижение гидравлического сопротивления

в) Обеспечение надежной фильтрации воды, поступающей в градирню и своевременная чистка фильтров, что способствует снижению гидравлического сопротивления

Одним из перспективных, но сложных в использовании средств борьбы с загрязнением теплопередающих поверхностей, трубопроводов и сопел-форсунок является химическая обработка воды, используемой в оборотном цикле. При этом обеспечивается длительная эксплуатация, т.к. обрастание и загрязнение градирни уменьшаются в разы. Однако при использовании химических реагентов, препятствующих образованию органических и минеральных отложений в градирне необходимо помнить, что вода в градирне постоянно омывается воздухом, удаляемым в окружающую среду и соответственно вещества, содержащиеся в воде неизбежно будут попадать в воздух. Поэтому при химической обработке воды следует предусмотреть и обеспечить проведение мониторинга выходящего из градирни воздуха, с целью обеспечения требований безопасности.

Для уже работающих долгое время градирен имеет смысл при техническом обслуживании провести следующие работы:

а) Обеспечить не возможность или снизить вероятность попадания теплого влажного воздуха выходящего из градирни на её всасывающую сторону, путем установки перегородок, экранов или более высоких камер выброса воздуха

б) Проверить правильность и равномерность распределения вода соплами-форсунками по поверхности оросителя, при неравномерной раздаче изменить расположение сопел-форсунок или заменить их более эффективными

в) При необходимости, восстановить целостность оросителя и каплеотделителя, причем применение разного типа оросителя и каплеотделителя в одном слое не рекомендуется

г) Восстановить наружную обшивку градирни, что бы исключить потери воды и обеспечить прохождение воздуха только через ороситель

д) Максимально герметизировать трубопроводы для снижения потерь воды из водооборотного цикла

е) Проверить правильность работы вентилятора (отсутствие вибраций, правильность направления вращения и т.п. согласно паспорту на вентилятор)

Проведение вышеперечисленных работ позволит обеспечить существенную экономию энергетических и материальных ресурсов на эксплуатирующихся градирнях.

Реконструкция градирни.

Проведение работ по реконструкции градирни целесообразно и возможно, если несущая конструкция градирни способна просуществовать 10-15 лет, в противном случае более правильно произвести замену на новое устройство. При проведении реконструкции необходимо точно установить, что восстановленная градирня будет соответствовать тому оборудованию, которое нуждается в охлаждении, а не будет избыточной или недостаточной.

Полная реконструкция градирни должна включать в себя следующие работы:

а) Ремонт несущих конструкций градирни

- Несущие конструкции выполненные, обычно, из стандартного металлического профиля или железобетона, сохраняются даже при длительной эксплуатации, но требуют очистки, восстановления поверхности и сварных швов и обязательной покраски.

б) Восстановление деталей обшивки

- Детали наружной обшивки градирен, выполнялись обычно из древесины или асбоцементных листов, в большей степени подвержены разрушению, особенно в зимний период, когда из-за не плотностей происходит намерзание льда и последующее разрушение обшивки. Для замены сегодня предлагаются пластмассовые элементы обшивки легко стыкуемые и обеспечивающие надежную герметичность.

в) Замена оросителя - Серьезный прогресс в области охлаждения воды в градирнях произошел в последние 30 лет и выразился в предложении широкой гаммы высокоэффективных оросителей из пластических масс, долговечных, негорючих, обеспечивающих высокую степень охлаждения воды. Варьирование типом оросителя или его высотой позволяет добиться эффективного охлаждения воды в реконструируемых градирнях.

г) Замена каплеотделителя

- При выборе каплеотделителя для замены необходимо обратить внимание на такие параметры, как-то аэродинамическое сопротивление, которое должно быть по возможности небольшим и возможность максимально отделять капельную влагу при заданных скоростях воздуха.

д) Восстановление системы подачи воды в градирню и разбрызгивающих устройств

- Система трубопроводов наиболее сильно разрушается от времени и поэтому, как правило, требует полной замены. В современных условиях наиболее перспективным является замена металлических труб на пластиковые. Сопла-форсунки следует выбирать исходя из следующих соображений – устройства должны иметь малое сопротивление, хорошо разбрызгивать воду и иметь достаточно высокий расход, что бы количество сопел-форсунок не было чрезмерным.

е) Восстановление вентиляторов - Обычно эти работы включают в себя ремонт электродвигателей, ревизию вентилятора или замену на новый.

Вентилятор одна из важных частей градирни, т.к. от количества подаваемого в градирню воздуха зависит степень охлаждения воды. Обычно, количество воздуха и количество охлаждаемой воды соотносится 0,5 кг/1,0 кг. Однако такое соотношение справедливо только при определенных условиях – расчетный режим работы градирни в летнее время, когда охлаждающая способность окружающего воздуха минимальна. Таким образом становится понятно, что вентилятор градирни большую часть времени в году работает с производительностью большей, чем необходимая. Это вынужденная мера. Сегодня существует ряд способов, которые могут обеспечить экономию электроэнергии на привод вентилятора.

- Доукомплектовать привод вентилятора градирни регулятором частоты вращения, позволяющим не только менять обороты рабочего колеса вентилятора, но и потребляемую мощность.

- Установить рабочее колесо вентилятора с изменяемым в процессе работы шагом (углом атаки), что также позволит сократить потребляемую мощность.

- Установить вентиляторы с много скоростными электродвигателями, которые обеспечат ступенчатое (2-3 ступени) регулирование производительности и соответственно ступенчатое изменение потребляемой мощности.

Здесь необходимо отметить, что в зимний период в градирню необходимо подавать 30-40% того количества воздуха, которое необходимо подавать летом для получения того же охлаждающего эффекта. Таким образом, используя выше перечисленные рекомендации можно сократить потребление электроэнергии на привод вентилятора на 60%.

Заключение.

Экономия энергоресурсов возможна только в системе градирня–охлаждаемый объект, поэтому правильность подбора оборудования и согласованная их работа является залогом снижения эксплуатационных расходов. В тоже время только правильный выбор типа градирни, оросителя и вентилятора позволит получить работоспособную систему, которая будет гибко реагировать на изменения, как внешних условий, так и тепловой нагрузки производственного процесса.