На любых промышленных предприятиях существует вопрос охлаждения жидкостей, которые непосредственно используют в производстве или получают в результате работы других установок (конденсат). Для решения этой проблемы существуют специальные воздушные охладители – промышленные градирни закрытого типа. Что такое градирня и как она работает? На эти вопросы мы постараемся ответить в этой статье.
Содержание
Типы производственных градирен
Целью установки градирни на промышленных предприятиях является охлаждение больших объёмов воды при помощи воздушного потока. Отсутствие других охладителей, кроме воздуха, отличает градирню от других устройств этого типа.
По принципу действия производители различают следующие типы градирен:
- Испарительные водоохладители — открытая установка.
- Сухие градирни — закрытая конструкция.
Градирни открытого типа работают благодаря разбрызгиванию горячей воды и её смешиванию с охлаждённым наружным воздухом. При этом часть оборотной воды превращается в пар и уносится вместе с горячим воздухом за пределы градирни. Оставшаяся в резервуаре вода охлаждается.
Сухая градирня охлаждает воду путём прохождения жидкости внутри закрытого отсека, где она принудительно обдувается потоками наружного воздуха. Вода проходит внутри трубок радиатора с ребристой поверхностью, что исключает прямой контакт жидкости с воздухом. Такие водоохладители позволяют поддерживать чистоту обрабатываемого материала и не вызывают проблем при установке.
Виды и возможности открытых градирен
Испарительные водоохладители устанавливают на большинстве предприятий за счёт низкой стоимости этих конструкций. Однако их нельзя назвать универсальными, так как монтаж такой градирни требует большой открытой площади для размещения. Открытые градирни обладают и рядом других недостатков: загрязнение оборотной воды от наружного воздуха, невозможность установки вблизи зданий и вырабатывание больших масс пара.
Открытые охладительные установки обеспечивают снижение температуры воды путём её непосредственного контакта с воздухом. В зависимости от типа смешивания влаги с воздухом, производители выделяют несколько типов испарительных градирен:
- Насадочные (поперечноточные и противоточные) .
- Эжекционные.
Мокрые водоохладители первого типа (их также называют оросительными) создают контакт поступающего воздуха с водой на развитой поверхности оросительного слоя.
При этом, если вода и воздушные массы двигаются в противоположных направлениях, устройство относится к противоточному типу. Если воздух проходит сквозь воду перпендикулярно — это градирня поперечноточного вида.
Поперечноточная градирня
Как уже было сказано, конструкция поперечноточной градирни предполагает горизонтальное направление потоков воздуха и вертикальное стекание воды. Подача воздуха может происходить с одной или с двух сторон конструкции. Вода подаётся сверху из резервуара и стекает под собственным весом вниз по слою оросителя. За счёт большого количества поступающего воздуха, вода превращается в пар и охлаждается.
Противоточные градирни
Водоохладители, в которых жидкость и воздушный поток двигаются параллельно друг другу, но в противоположных направлениях, называют противоточными. Они делятся на два больших типа: башенные и вентиляторные градирни. Все модели противоточного типа имеют в конструкции трубопровод для подачи воды, ороситель для её разбрызгивания и резервуар для сбора охлаждённой жидкости. Воздух подаётся через естественные отверстия оросителя. Если подача идёт в режиме самотёка – это башенная конструкция, если нагнетается, то вентиляторная градирня.
- Конструкция вентиляторных градирен представляет собой внешний корпус с вентилятором в верхней части. Под ним расположен водоуловитель, система подачи воды с соплами, ороситель и резервуар. Внизу конструкции расположены отверстия для поступления воздуха. Отличие вентиляторных градирен по принципу работы состоит в том, что движение воздушного потока наверх обеспечивается за счёт тяги вентилятора. Чтобы большая часть влаги не испарялась, перед вентилятором устанавливают сетку-водоуловитель. Задерживаясь на ней, вода вновь стекает в резервуар.
- Башенный водоохладитель представляет собой большую железобетонную или металлическую трубу, выполненную в форме конуса. Внутри этой конструкции находится резервуар для воды, система подачи жидкости и воздуха и ороситель. Благодаря конусовидной конструкции, воздух, попадающий в отверстия внизу башни, двигается вверх и смешивается с водой под естественной тягой. Такой вид градирен достаточно экономичен, но масштабы охладительной установки создают проблемы для её установки на небольших предприятиях.
Эжекционная градирня
Эжекционные градирни отличаются от других подобных конструкций тем, что для подачи воды в зону охлаждения используются трубопроводы с высоким давлением и соплами (эжекторами). Жидкость разбрызгивается внутри градирни, проходя сквозь эжекторы под большим напором. Далее, в отсек под давлением поступает воздушный поток, где он смешивается с каплями воды.
Главным преимуществом установки с эжекторами является отсутствие ограничений в температуре нагрева воды перед её охлаждением. Сопла трубопровода более устойчивы к воздействию высоких температур в отличие от обычных оросителей, которые устанавливаются в других моделях водоохладителей. Однако у такой конструкции существует серьёзный недостаток – здесь необходимо постоянно поддерживать высокий уровень давления.
Принцип работы сухой градирни
Сухие градирни являются результатом научных разработок венгерских учёных. Изначально они были предназначены для охлаждения конденсаторов на электростанциях. В России существует свой аналог сухих градирен — аппараты воздушного охлаждения, которые снижают температуру используемых в производстве жидкостей.
Закрытая сухая градирня применяется для охлаждения воды и конденсата, путём прохождения жидкости через сеть оребренных трубок, обдуваемых потоками воздуха. Для регулировки температуры и тяги они могут быть оборудованы вентиляторами или вытяжными конструкциями. Сухие градирни могут применяться как для охлаждения конденсата на производстве, так и непосредственно при работе с жидкими материалами. Во втором случае, преимущество закрытого охладителя состоит в изоляции воды от внешних загрязнений.
Охлаждение в сухой градирне происходит без непосредственного контакта воды и воздушного потока. Воздух обдувает ребристую поверхность трубок радиатора, благодаря этому снижается температура жидкости, проходящей по трубкам. Для большей эффективности в некоторых моделях идёт дополнительное орошение трубок водой.
Радиаторы с ребристой поверхностью могут иметь различную конструкцию. Как правило, их изготавливают из стали или алюминия – тонких, но устойчивых к нагреву металлов. Наиболее качественными считаются радиаторы из медных трубок, однако градирни с такими деталями стоят довольно дорого.
Сухая градирня незаменима на тех предприятиях, где к охлаждаемой жидкости предъявляются высокие требования чистоты и качества. В испарительных установках вода загрязняется, вступая в непосредственный контакт с воздухом. Закрытый тип воздухоохладителя подойдёт и для тех производств, где необходимо охлаждать воду высоких температур (вплоть до кипящих жидкостей). Оросители открытых установок не способны справиться с такой нагрузкой.
В других случаях, более выгодным и эффективным будет использование вентиляторных градирен, так как расход воздуха в открытых установках будет меньше.
Условия для эксплуатации сухой градирни
При каких условиях на промышленном предприятии стоит установить сухую систему водоохладителей? Есть несколько рекомендаций к её эксплуатации:
- Требуется постоянное снижение температуры жидкости – воды, масла или др.
- Температура воды, до которой её необходимо снизить, приблизительно равна температуре воздуха окружающей среды (±3…5 °C) .
- На предприятии невозможно установить градирню открытого типа по следующим причинам: недостаточно места, близкое расположение других зданий, непрочный фундамент.
- Расположение не позволяет использовать оборудование испарительного типа.
- Система используется не в постоянном режиме, нет возможности организовать постоянный приток жидкости.
- Высокая жёсткость воды, которую нельзя использовать в открытом охладителе. Жидкость высокой плотности при испарении способна образовывать накипь и другие загрязнения, которые остаются на стенках прибора и в системах разбрызгивания.
- Нельзя организовать постоянное энергоснабжение открытого водоохлаждающего оборудования.
Комбинация сухой градирни с другими охладительными устройствами
Сухая градирня может использоваться в качестве самостоятельного охладителя воды, или совместно с другим прибором данного типа — чиллером. При этом устройства будут дополнять друг друга, работая с изменяющейся производительностью в соответствии с температурой среды и планируемым уровнем охлаждения жидкости. Принцип действия таких парных установок состоит из двух этапов:
- Вода поступает в сухую градирню, где её температура постепенно снижается.
- Жидкость следует в отсек чиллера, который отлаживает температурные показатели до установленной отметки.
Преимущество комбинированной эксплуатации градирни и чиллера состоит в экономии средств и электроэнергии. Чиллеры с предварительным охлаждением стоят дороже и имеют большую мощность, нежели те модели, которые получают уже холодную воду из градирни и доводят её до нужной температуры.
Преимущества установки сухой градирни
Экономный расход электроэнергии. Электричество необходимо только для работы вентиляторов, которые нагнетают воздух в отсеке водоохладителей. В холодное время года некоторые вентиляционные установки отключаются, поскольку среда за пределами градирни изначально имеет низкую температуру. Это также позволяет регулировать и снижать расходы на электричество.
- Сравнительно небольшие траты на покупку и установку оборудования. Сухие градирни стоят меньше, чем чиллеры той же производительности.
- Недорогое обслуживание системы. Поскольку конструкция сухой градирни упрощена по сравнению с «мокрыми» аналогами, помощь специалистов при её обслуживании обходится дешевле.
- Широкий спектр применения. Сухая градирня позволяет охлаждать самые различные жидкости: вода, раствор гликоля, масло и пр.
- Удобство расположения оборудования. Устройства закрытого типа занимают небольшую площадь, они не создают испарений и проблем с монтажом. Их можно устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Зачастую производится установка на стену или крышу, таким образом, расширяется показатель использования полезной площади на предприятии.
Расчёты для установки сухой градирни
Чтобы подобрать промышленную модель водоохладителя, необходимо осуществить расчёт его производительности. Для вычислений используется несколько физических параметров, которые невозможно свести в единую формулу. Поэтому перед выбором и покупкой градирни на предприятиях необходимо доверить проведение расчётов специалистам. Профессиональные инженеры быстро произведут требуемые вычисления с использованием компьютерных программ и учтут самые мелкие особенности внешней среды.
Стоит отметить, что подбор модели градирни в соответствии с целями и условиями её работы очень важен. В этом случае не стоит полагаться исключительно на цену и «технические характеристики», которые предлагают производители. При малейших отклонениях в расчётах, этот дорогостоящий прибор может оказаться совершенно не эффективным. Градирня должна быть подобрана с учётом климатических особенностей, энергозатрат и совместимости с другим оборудованием на производстве. Поэтому решение данного вопроса стоит доверить профессионалам.
Загрузка...
