Виды охлаждающих устройств

Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения

Основная масса воды (70%), потребляемая металлургическими заводами, расходуется на охлаждение. Охлаждение водой производится с целью поддержания необходимого для нормальных условий технологического процесса температуры (коксохимическое производство), снижения температуры продукции от требуемых пределов (непрерывная разливка стали, охлаждение отходящих газов, агломерата и т.п.), а также предохранение от прогара и перегрева, при котором возможна потеря прочности элементов конструкций и деталей оборудования металлургических агрегатов (печи, шибера горячего дутья и т.п.).

Для охлаждения отработавшей воды применяют различные типы водоохладительных сооружений (охладителей), которые по способу охлаждения воды в них разделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные).

1. Испарительные водоохладители:

Охлаждение воды происходит за счет ее частичного испарения и передачи тепла атмосферному воздуху при непосредственном контакте поверхности воды с охладителем.

К ним относятся открытые водоемы (пруды – охладители, водохранилища, реки, озера), брызгальные бассейны и градирни (открытые башенные и вентиляторные).

Охладители на открытых водоемах.

В охладителях этого типа охлаждение воды происходит главным образом за счет поверхностного охлаждения, поэтому эффективность охлаждения определяется площадью поверхности зеркала воды. В результате неравномерного движения потока воды в водоеме в охлаждении воды участвует не вся поверхность зеркала водоема, а лишь часть ее, так называемая ˝активная зона˝. Отношение активной площади водоема к действительной называется коэффициентом использования площади водоема. Он зависит от формы водоема, расположения водосброса, водозабора и др. и значение его может быть в пределах от 0,4 до 0,9.

Таблица 11.1 - Характеристика испарительных охладителей

Вид охладителя	Максимальная удельная тепловая нагрузка,	Рекомендуемый перепад температур воды, °С	Минимальная разность температур воды и воздуха по смоченному термометру, °С
Пруды- охладители	0,863-1,67	5-10	10-12
Брызгальные бассейны	29,26-62,7	5-10	10-12
Башенные градирни	250,8-334,4	5-12	8-10
Вентиляторные градирни	334,4-418	3-20	4-5

Рассмотрим каждый вид охладителя, данной группы, подробно:

1) Пруды – охладители и водохранилища обладают рядом несомненных достоинств. Они обеспечивают более низкие температуры охлаждения воды в течение года; являются регуляторами поверхностного стока; просты в эксплуатации и могут обеспечить водой оборотное водоснабжение любого крупного завода. Однако создание водохранилищ – охладителей сопряжено со значительными капитальными затратами как на основное сооружение, так и на строительство очистных сооружений.

2) Брызгальные бассейны (рис. 11.4)представляют собой открытый резервуар из бетона или камня, состоящий из одной или нескольких секций, оборудованных водораспределительными трубками и соплами (насадками), при помощи которых охлаждаемая вода разбрызгивается над этим резервуаром. Нагретая отработавшая вода подается под напором (5-10 м вод. ст.) к брызгалам. Охлаждение воды происходит при ее разбрызгивании за счет испарения и соприкосновения капель воды с воздухом.

Рисунок 11.4 – Брызгальные бассейны

В качестве брызгал применяют преимущественно эвольвентные и тангенциальные сопла, в редких случаях – винтовые сопла МОТЭП.

Устанавливают их на высоте 1,2 – 2,5 м от уровня воды в бассейне на расстоянии 4 – 6 м друг от друга.

Они обладают плохой охлаждающей способностью и допускают большие потери воды.

3) Градирни.

По способу подвода воздуха к градирням они разделяются на открытые, башенные и вентиляторные, а в зависимости от типа оросительного устройства – на брызгальные, капельные, пленочные и комбинированные (рис. 11.5).

Рисунок 11.5 - Градирни: а — вентиляторная; б — башенная; в — атмосферная; 1 — ороситель; 2 — водораспределитель; 3 — вентилятор; 4 — водоуловитель; 5 — резервуар; 6 — подвод воды; 7 — отвод воды; 8 — вход воздуха.

В градирнях с брызгальным оросительным устройством вода, подаваемая на охлаждение, распределяется на оросителе по системе лотков, на дне которых предусмотрены отверстия, через которые вода тонкими струйками падает на разбрызгивающие тарелочки. Образующиеся при этом капли воды падают на оросительное устройство. При прохождении через оросительное устройство вода соприкасается с воздухом, продуваемым через градирню и охлаждается, и затем стекает в резервуар.

Ороситель капельного типа состоит из расположенных друг над другом горизонтальными рядами деревянных реек. Вода, стекая с верхнего яруса реек на нижний, разбивается на капли, в результате чего создается большая площадь соприкосновения с воздухом.

В градирнях с оросителем пленочного типа, состоящим из большого числа параллельных друг другу щитов, расположенных вертикально или под малым углом к вертикали, вода, стекая по этим щитам, образует пленку толщиной 0,3 – 0,5 мм. Воздух соприкасается с поверхностью пленки воды и охлаждаете.

Также применяются капельно-пленочные оросители (комбинированные).

Теперь рассмотрим градирни по способу подвода воздуха.

Открытые градирни (брызгальные и капельные) применяют при небольших расходах воды (). Средняя плотность орошения для брызгальных и капельных градирен принимается на 1м³, для пленочных на 1м³ и для комбинированных на 1м³.

Башенные градирни применяют в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого охлаждения воды, где расход воды до . Устойчивое охлаждение воды возможно благодаря организованному движению воздуха. Данные градирни могут быть выполнены с пленочными или капельными оросителями.

Башенная градирня капельного типа состоит из оросителя 2, вытяжной башни 1 и сборного резервуара для сбора охлажденной воды 3. В градирнях этого типа вода дробиться по капли и движется сверху вниз навстречу поднимающемуся по вытяжной башне воздуху. Движение воздуха в градирнях происходит за счет естественной тяги.

В пленочных градирнях внутри башни помещается ороситель, выполненный из вертикальных деревянных щитов, расположенных на расстоянии 30 – 80 мм. Охлаждаемая вода стекает по поверхности щитов в виде тонкой пленки, что обеспечивает большую площадь контакта воды с охлаждающим воздухом.

Форма градирен в плане в зависимости от размеров может быть квадратной, в виде равностороннего многоугольника и круглой. Башни градирен могут быть железобетонными или металлическими.

Их недостаток заключается в том, что требуются высокие капитальные затраты.

Вентиляторные градирни применяют при необходимости устойчивого и глубокого охлаждения воды. Они, как и башенные градирни, могут быть выполнены пленочными или капельными. Конструкции оросительных устройств в вентиляторных градирнях сохраняются такими же, как в башенных. В зависимости от расположения вентилятора различают нагнетательные и отсасывающие градирни.

Однако большой расход электроэнергии и возможность образования туманов, обледенения существенно влияют на выбор варианта водоснабжения с вентиляторными градирнями. Их применение оказывается экономически обоснованным, когда требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды (холодильные и компрессорные станции, производственные технологии в районах с жарким климатом).

Отличаются вентиляторные градирни от башенных отсутствием вытяжных башен, так как в них движение воздуха обеспечивается вытяжными или нагнетательными вентиляторами. Так же затраты на строительство вентиляторных градирен оказываются меньше, чем у башенных.

Охлаждаемая вода не соприкасается с воздухом, а передача тепла от воды к воздуху происходит через стенки радиаторов, внутри которых протекает вода.

К ним относятся радиаторные (сухие) градирни.

Применение радиаторных охладителей позволяет сократить до минимума потери воды в системе оборотного водоснабжения. Вода в ˝сухих˝ градирнях не засоряется пылью окружающего воздуха и солями (минерализация воды), как это имеет место в градирнях ˝мокрого˝ типа. ˝Сухие˝ градирни имеют большой объем по сравнению с ˝мокрыми˝, так как интенсивность теплообмена в них ниже. Их применение может быть оправдано невозможностью восполнения потерь воды в системах охлаждения.

Рассмотрев два типа охлаждающихся устройств, мы можем сделать вывод. Их объединяет то, что работа любого охладителя характеризуется удельной гидравлической, тепловой нагрузкой, шириной и высотой зоны охлаждения.

Удельная гидравлическая нагрузка выражается отношением расхода воды к единице активной площади охладителя. Тепловая нагрузка – количество тепла, отдаваемое водой воздуху на единицу площади охладителя.

Ширина зоны охлаждения или перепад температуры называется разность между температурой воды, поступающей на охладитель и температурой охлажденной воды.

Высота зоны охлаждения называется разность между температурой охлажденной воды и температурой по влажному термометру, являющейся теоретическим пределом охлаждения.