ГлавнаяСтатьи → Новые конструктивные решения комбинированных градирен

Новые конструктивные решения комбинированных градирен

С.Б. ПОХОДЯЕВ, канд. техн. наук, Ю.И. АНОШКИН, канд. техн. наук, И.Г. ПИМЕННОВА, Ю.С. ПОХОДЯЕВА (ООО «Анод-Теплообменный центр», г. Нижний Новгород)

Необходимость в создании оборудования, способного оптимально решить проблему водоохлаждения промышленных и энергетических установок, удовлетворив при этом заказчика по всему комплексу запрашиваемых характеристик, первыми прочувствовали страны с минимальными запасами воды. Именно там, и странах Западной Европы и Ближнего Востока, начали замену системы прямого охлаждения энергоблоков из открытых водоемов так называемыми градирнями сухого типа - установками, выполняющими охлаждение необходимой в технологическом процессе воды в замкнутом цикле, без использования открытых водоемов или с использованием их частично при пиковых нагрузках. В настоящее время в разных странах мира внедрены в производство градирни сухого типа фирм «ЭГИ» (Германия), АО «Энергетика» и других.

Градирня мокрого типа

В стремлении иметь охладительные устройства, занимающие мало места, изначально были созданы градирни испарительного типа как конденсаторы смешения. Их преимущество в том, что при одинаковой тепловой нагрузке расход воды требуется примерно в пять раз меньше по сравнению с прямым забором из водоемов.

Вода, циркулируя в градирне (рис. 1)по замкнутому контуру, распыляется при помощи разбрызгивающих устройств по всей площади и охлаждается атмосферным воздухом.

Этот тип градирен настолько широко распространен, что нет необходимости останавливаться на недостатках и преимуществах данной системы водоохлаждения. Однако следует отметить, что она наиболее эффективна при высоких температурах атмосферного воздуха.

Рис. 1. Градирня мокрого типа

Градирня сухого типа

Альтернативой классической градирни мокрого типа может служить градирня сухого типа, с возможностью полного отказа от потерь воды (рис. 2). Для этого используется теплообменник поверхностного типа, где охлаждающей средой выступает атмосферный воздух.

Рис. 2. Градирня сухого типа

Охлаждение воды происходит через теплообменную поверхность, в качестве которой используется как пластинчатая, так и трубная система. Эффективность данного типа градирни тем выше, чем ниже температура окружающего воздуха. В жаркое время года такая схема не всегда может справиться с охлаждением из-за небольшого градиента температур между средами.

Соединяя положительные свойства каждого типа градирни в одном корпусе, мы получаем аппарат смешанного вида, так называемую комбинированную градирню, где в холодное время года процесс снятия тепла аналогичен процессу, происходящему в градирне сухого типа. Однако в летнее время, когда окружающий воздух не может охладить воду до нужных параметров, подключается дополнительная ветка, и часть воды разбрызгивается в атмосферный воздух внутри градирни, тем самым понижая его температуру.

Таким образом вода охлаждается до нужной температуры.

Градирня комбинированного типа

Разработанная в ООО «Анод-ТЦ» градирня комбинированного типа (рис. 3) с теплообменной поверхностью из змеевиков имеет ряд преимуществ, в сравнении с градирнями, используемыми в настоящее время.

Рис. 3. Градирня комбинированного типа

Конструктивно градирня состоит из теплообменных секций (рис. 4), на которые устанавливаются осевые вентиляторы, и из опоры, которая обеспечивает подвод и увлажнение охлаждающего воздуха. Под теплообменными секциями имеется свободный объем для распыления жидкости и сбора ее в нижней части поддона. Подробно преимущества применения в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) змеевиковой поверхности были описаны в журнале «Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний» № 2 за 2007 г. Хотя применение АВО в предыдущей статье рассматривалось для тяжелых сред нефтехимии, при использовании данного аппарата в составе градирен комбинированного типа не только сохраняется весь ранее перечисленный спектр положительных решений, но и отмечаются новые достоинства.

Рис. 4. Теплообменная секция

Вертикальное расположение змеевиков и высокая турбулизация воздуха позволяют получить уровень естественной циркуляции (ЕЦ), при которой, по расчетам и данным эксперимента, в 3÷5 раз превышается теплоотдача в АВО с теплообменной поверхностью с оребренными трубами.

Следует отметить, что охлаждающий воздух поднимается снизу вверх, двигаясь в межтрубном пространстве противотоком к охлаждаемой среде, что обеспечивает его максимальную температуру на выходе из теплообменных секций. Это позволяет организовать эффективную тягу в вытяжной шахте, которая достаточно компактно располагается над градирней сухого типа.

В нижней части градирни между поддоном (сборным бассейном) и теплообменной системой расположена зона для распыления воды и увлажнения воздуха, влажность которого в летнее время повышается с 50-60 до 100%. Это позволяет снизить его температуру на 7÷10°С. Влажный воздух эффективнее обеспечивает теплосъем. Теплообменная система препятствует уносу капель воды в атмосферу.

При анализе работы теплообменной системы из оребренных труб, используемой в современных АВО, следует отметить, что капли воды, уносимые потоком воздуха вверх, заливают первые ряды этих труб. Попадая на них, вода при достаточно высоком поверхностном натяжении, заполняет зазор между пластинами и ухудшает теплоотдачу между средами.

Одно из преимуществ градирен сухого и комбинированного типов в отличие от градирни мокрого типа это наличие замкнутого контура охлаждаемой жидкости, что позволяет использовать жидкости с более низкой температурой замерзания (тосол, раствор аммиака и т.п.), повышая за счет этого КПД энергетических установок.

Вертикальное расположение змеевиков и эффективный слив-удаление конденсата, а также достаточно большое проходное сечение труб позволяют использовать градирни сухого и комбинированного типа в качестве конденсатора паровой турбины энергетической установки.

Рис. 5. Режим работы градирни комбинированного типа

Режим работы градирни комбинированного типа (рис. 5):

При температуре воздуха минус 10÷40°С пуск производится посекционно. С увеличением мощности увеличиваем площадь теплообменной поверхности. При пуске - электродвигатели отключены и жалюзи, расположенные в нижней части градирни, - закрыты.

Вертикальное расположение змеевиков позволяет быстро удалить воздух при пуске и слив воды при остановке.

При температуре наружного воздуха, не обеспечивающей охлаждение естественной циркуляцией, открываются жалюзи, что увеличивает уровень ЕЦ. Затем подключают вентиляторы, электродвигатели которых оснащены частотным регулированием. Частота вращения и мощность охлаждения контролируется и регулируется датчиками температуры воды на выходе из аппарата воздушного охлаждения.

При температуре наружного воздуха более 10°С и высоких тепловых нагрузках на градирню начинается распыление воды в поток воздуха на входе в трубную систему.

Часть воды испаряется и понижает температуру воздуха, часть скапливается в поддоне, расположенном под трубной системой, откуда вода насосом подается опять на устройство для распыления воды. При испарении незначительная часть воды уносится с воздухом. Баланс воды пополняется из внешнего источника.

Выводы:

Высокий уровень естественной циркуляции, присущий данному виду теплообменников, в сочетании с системой частотного регулирования электропривода и распылительной системы, делает применение градирен комбинированного типа не только экологически целесообразным, но и экономически обоснованным.

Теплообменная поверхность, выполненная из отдельных секций, позволяет создать размерный по мощности ряд комбинированных градирен, набираемых из унифицированных модулей с минимально занимаемой площадью. Особенно существенно это преимущество при реконструкции предприятий, когда становится нецелесообразным восстановление или строительство новых централизованных градирен. Малая площадь размещения позволяет устанавливать данные аппараты максимально приближенными к необходимому участку технологического цикла.

Комплексные решения компоновки паровой турбины градирни комбинированного типа, котлов-утилизаторов паровой турбины и конденсатора позволяет создать компактную, высоконадежную и экономичную, соответствующую современным экологическим требованиям энергетическую установку.

Мир нефтепродуктов, 7#2007