-->

Градирня

1. Градирни в системах промышленного водоснабжения

Таблица 1.1. Сравнительные показатели прямоточной и оборотной систем водоснабжения
Показатель Система водоснабжения
прямоточная оборотная
Тепловая нагрузка, ГДж/ч 2000 2000
Расход охлаждающей воды, м3/ч 50000 50000
Подача воды на промышленную площадку из водоисточника, м3/ч 50000 1500
Сброс воды в водоисточник, м3/ч 49500 620
Среднегодовая температура охлаждающей воды, °С 8-14 20-25
Среднегодовая температура нагретой воды, °С 18-24

 

30-35
Безвозвратные потери воды, м3/ч - 1500
В том числе:  
на испарение на градирнях - 855
капельный унос - 25
Сброс тепла, ГДж/ч Около 2000 Около 2000

 

В том числе:  
в водоисточник Около 2000 25
в атмосферу - 1975
на почву - 0,1
Относительные капиталовложения, % 100 140-175

Относительные эксплуатационные затраты, %

100

 

200-280

Градирня представляет собой сооружение для охлаждения воды в оборотных системах водоснабжения.

2. Классификация градирен

По способу передачи тепла атмосферному воздуху можно классифицировать градирни на: Теоретическим пределом охлаждения воды в испарительных градирнях является температура атмосферного воздуха по смоченному термометру, которая может быть ниже температуры по сухому термометру на несколько градусов. Теоретическим пределом охлаждения воды в радиаторных градирнях является температура атмосферного воздуха по сухому термометру.

В комбинированных радиаторно-испарительных градирнях, так же как и в сухих, охлаждение воды происходит через стенки радиаторов, орошаемые снаружи водой. Отдача тепла водой, протекающей через радиаторы к воздуху, осуществляется за счет теплопроводности через стенки и испарения орошающей воды. Указанные градирни получили меньшее распространение, чем испарительные и радиаторные из-за неудобств при эксплуатации.

По способу создания тяги воздуха градирни разделяются на:

Каждый из указанных видов градирен может иметь разнообразные конструкции отдельных элементов оросительного устройства, отличаться их размерами, расстояниями между ними и может быть выполнен из различных материалов.

Выбор типа градирен следует производить по технологическим расчетам с учетом заданных в проекте расходов воды и количества тепла, отнимаемого от продуктов, аппаратов и охлаждаемого оборудования, температур охлаждаемой воды и требований к устойчивости охладительного эффекта, метеорологических параметров, инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства градирни, условий размещения охладителя на площадке предприятия, характера застройки окружающей территории и транспортных путей, химического состава добавочной и оборотной воды и санитарно-гигиенических требований к нему, технико-экономических показателей процесса строительства этих сооружений.

3. Основные типы градирен

Тип и размеры охладителя должны приниматься с учетом:
3.1 Вентиляторные градирни

Вентиляторные градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках, при необходимости сокращения объема строительных работ, маневренного регулирования температуры охлажденной воды средствами автоматизации.

Технологическая схема вентиляторной градирни включает в себя следующие основные элементы: оболочку (корпус), состоящую из каркаса, обшитого листовым материалом, водораспределительное устройство, ороситель, водоуловитель, водосборный бассейн и вентиляторную установку.

Черт. 1. Схема вентиляторной противоточной градирни

1 - диффузор; 
2 - вентилятор; 
3 - водоуловитель;
4 - водораспределительная система;
5 - оросительное устройство;
6 - воздухонаправляющий козырек; 
7 - воздуховходные окна;
8 - воздухораспределительное пространство; 
9 - переливной водовод;
10 - грязевой водовод; 
11 - водосборный бассейн; 
12 - ветровая перегородка;
13 - отводящий водовод;
14 - подводящий водовод

 

3.2 Башенные градирни

Башенные градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках.

Башенные градирни могут быть испарительными, радиаторными, или сухими и смешанными - испарительно-сухими. К испарительно-сухим относятся сухие градирни, в которых для увеличения глубины охлаждения осуществляется набрызг воды (как правило, обессоленной) на радиаторы.

Башенные градирни разрабатываются, как правило, испарительные и с противоточной схемой движения воды и воздуха.

Основные технологические элементы - водораспределительное устройство, ороситель, водосборный бассейн, водоуловитель и воздухорегулирующее устройство - в башенных градирнях выполняют те же функции, что и в вентиляторных, и часто могут быть сходными по конструктивному оформлению.

 

Черт. 2. Башенная противоточная градирня

1 - вытяжная башня; 
2 - водоуловитель;;
- водораспределительная система; 
4 - оросительное устройство;
5 - воздухорегулирующее устройство;
6 - водосборный бассейн

3.3 Открытые градирни

Открытые градирни - капельные и брызгальные - предназначаются преимущественно для систем с расходом оборотной воды от 10 до 500 м3/ч, обслуживающих водопотребителей II и III категорий согласно СНиП 2.04.02-84. На черт. 3 приведена схема открытой капельной градирни площадью в плане 2´ 4 м.

Градирни характеризуются высоким охладительным эффектом без затраты электроэнергии на подачу воздуха, простотой строительных конструкций, условий эксплуатации и ремонта. Однако применение их ограничивается возможностью размещения на незастроенной площадке, сильно продуваемой ветром, а также допустимостью кратковременного повышения температуры охлаждаемой воды в период штиля.

 

Схема открытой капельной градирни

1 - водораспределительная система;
2 - оросительное устройство;
3 - воздухонаправляющие жалюзи; 
4 - переливной водовод; 
5 - грязевой водовод; 
6 - отводящий водовод

3.4 Радиаторные градирни

Радиаторные градирни или аппараты воздушного охлаждения воды (АВО), иногда называемые сухими градирнями, состоят из элементов: радиаторов из оребренных медных, алюминиевых, углеродистых, нержавеющих или латунных труб, по которым протекает охлаждаемая вода; осевых вентиляторов, прокачивающих атмосферный воздух через радиаторы; воздухоподводящих патрубков, обеспечивающих плавный подвод воздуха к вентилятору, и опорных конструкций.

Радиаторные градирни следует применять:

Черт. 4. Схема радиаторной градирни

1 - секции оребренных труб; 2 - вентилятор 2ВГ 70

 

Для предупреждения замерзания воды в трубках радиаторов и их повреждения требуется устройство емкостей для спуска воды из системы при аварийных ситуациях в зимнее время или заполнение системы низкозамерзающими жидкостями (антифризами).

В циркуляционных системах с радиаторными градирнями практически отсутствуют безвозвратные потери на испарение и вынос.

 

4. Обслуживание и эксплуатация градирен

Размещение охладителей на площадках предприятий необходимо предусматривать из условий обеспечения свободного доступа к ним воздуха, а также наименьшей протяженности трубопроводов и каналов. При этом надлежит учитывать направления зимних ветров для исключения обмерзания зданий и сооружений (для градирен и брызгальных бассейнов).

При расположении градирен на площадке предприятия следует обеспечивать беспрепятственный доступ атмосферного воздуха к ним и благоприятные условия для отвода увлажненного воздуха, выбрасываемого из градирен. По этим соображениям не рекомендуется группу градирен располагать в окружении высоких зданий или на близком расстоянии от них. Расстояние должно быть свыше полуторной высоты зданий. При этом необходимо учитывать розу ветров и направление зимних ветров для предупреждения увлажнения и обмерзания зданий и сооружений возле градирен.

Для предотвращения обледенения градирен в зимнее время необходимо предусматривать возможность повышения тепловой и гидравлической нагрузок за счет отключения части секций или градирен, уменьшения подачи холодного воздуха в ороситель.

По условиям предотвращения разрушения конструкционных материалов (бетона и древесины) температура воды, поступающей на градирни, не должна, как правило, превышать 60 °С. При температуре поступающей воды выше 60 °С следует применять защитные покрытия конструкций или термоустойчивые материалы.

По условиям надежности, удобства и экономичности эксплуатации рекомендуется от 2 до 12 секций или градирен в одном оборотном цикле водоснабжения. Если по технологическим расчетам число секций или градирен составляет более 12 или менее 2, следует выбрать другой типоразмер градирен.

Для качественной работы градирни необходимо проводить ряд мероприятий, связанных с подготовкой воды. В частности, оборотная вода не должна вызывать коррозии труб, оборудования и теплообменных аппаратов, биологических обрастаний, выпадения взвесей и солевых отложений на поверхностях теплообмена.

Для обеспечения указанных требований надлежит предусматривать соответствующую очистку и обработку добавочной и оборотной воды.

4.1 Потери воды

Для систем оборотного водоснабжения должен составляться баланс воды, учитывающий потери, необходимые сбросы и добавления воды в систему для компенсации убыли из нее.

Таблица 4.1.1
Охладитель Потери воды вследствие уноса ветром, % расхода охлаждаемой воды
Вентиляторные градирни с водоуловительными устройствами:

при отсутствии в оборотной воде токсичных веществ

0,1-0,2

при наличии токсичных веществ

0,05

Башенные градирни без водоуловительных устройств и оросительные теплообменные аппараты

0,5-1

Башенные градирни с водоуловительными устройствами

0,01-0,05

Открытые и брызгальные градирни

1-1,5

4.2 Предотвращение механических отложений

Возможность и интенсивность образования механических отложений в резервуарах градирен и в теплообменных аппаратах надлежит определять на основе опыта эксплуатации систем оборотного водоснабжения, расположенных в данном районе, работающих на воде данного источника, или исходя из данных о концентрации, гранулометрическом составе (гидравлической крупности) механических загрязнений воды и воздуха.

Для предотвращения и удаления механических отложений в теплообменных аппаратах следует предусматривать периодическую гидроимпульсную или гидропневматическую очистку их в процессе работы, а также частичное осветление оборотной воды.

Вода поверхностных источников, используемая в качестве добавочной в системе оборотного водоснабжения, должна подвергаться осветлению.

4.3 Борьба с цветением воды и биологическим обрастанием.

Для предупреждения развития бактериальных биологических обрастаний в теплообменных аппаратах и трубопроводах надлежит применять хлорирование оборотной воды. Дозу хлора следует определять по опыту эксплуатации систем водоснабжения на воде данного источника или исходя из хлоропоглощаемости добавочной воды.

При высокой хлоропоглощаемости воды и большой протяженности трубопроводов системы оборотного водоснабжения допускается рассредоточенный ввод хлорной воды в нескольких точках системы.

В целях предупреждения обрастания водорослями градирен, брызгальных бассейнов и оросительных теплообменных аппаратов должна применяться периодическая обработка охлаждающей воды раствором медного купороса. Концентрацию раствора медного купороса в растворном баке надлежит принимать 2—4 %. Дополнительную обработку воды хлором надлежит производить одновременно или после обработки ее раствором медного купороса.

Баки, лотки, трубопроводы, оборудование и запорная арматура, соприкасающиеся с раствором медного купороса, должны приниматься из коррозионно-стойких материалов.

4.4 Предотвращение карбонатных отложений

Обработку воды для предотвращения карбонатных отложений следует предусматривать при условии Щдоб·Ку≥3, Щдоб - щелочность добавочной воды, мг-экв/л, Ку — коэффициент концентрирования (упаривания) солей, не выпадающих в осадок. При этом надлежит принимать следующие методы обработки воды: подкисление, рекарбонизацию, фосфатирование полифосфатами и комбинированную фосфатно-кислотную обработку. Допускается применение фосфорорганических соединений.

Методы обработки воды для предотвращения карбонатных отложений надлежит принимать:

- подкисление — при любых величинах щелочности и общей жесткости природных вод и коэффициентах упаривания воды в системах;

- фосфатирование — при щелочности добавочной воды Щдоб до 5,5 мг-экв/л;

- комбинированную фосфатно-кислотную обработку воды — в случаях, когда фосфатирование не предотвращает карбонатных отложений или величина продувки экономически нецелесообразна;

- рекарбонизацию дымовыми газами или газообразной углекислотой — при щелочности добавочной воды до 3,5 мг-экв/л и коэффициентах упаривания, не превышающих 1,5.

4.5 Предотвращение сульфатных отложений

Для предотвращения отложений сульфата кальция произведение активных концентраций ионов  в оборотной воде не должно превышать произведения растворимости сульфата кальция.

Для поддержания величин произведения активных концентраций ионов в указанных пределах следует принимать соответствующий коэффициент упаривания оборотной воды путем изменения величины продувки системы или частичного снижения концентраций ионов  в добавочной воде.

Для борьбы с сульфатными отложениями в системах оборотного водоснабжения надлежит принимать обработку воды триполифосфатом натрия дозой 10 мг/л по  или карбоксиметилцеллюлозой дозой 5 мг/л.

4.6 Предотвращение коррозии

При наличии в оборотной воде примесей, агрессивных по отношению к материалам конструкций градирен и брызгальных бассейнов, должны предусматриваться обработка воды или защитные покрытия конструкций.

Для предотвращения коррозии трубопроводов и теплообменных аппаратов следует применять обработку воды ингибиторами, защитные покрытия и электрохимическую защиту.

При применении ингибиторов и защитных покрытий в системах оборотного водоснабжения следует предусматривать тщательную очистку теплообменных аппаратов и трубопроводов от отложений и обрастаний. В качестве ингибиторов следует применять триполифосфат натрия, гексаметафосфат натрия, трехкомпонентную композицию (гексаметафосфат или триполифосфат натрия, сульфат цинка и бихромат калия), силикат натрия и др. Наиболее эффективный вид ингибитора коррозии должен определяться в каждом конкретном случае опытным путем.

5. Основные недостатки градирен, охрана окружающей среды

Система охлаждения, построенная на основе испарительной градирни обладает рядом недостатков:

1. Низкое качество воды, её загрязненность, вследствие контакта с пылью окружающего градирню воздуха;

2. Загрязнение системы солями, которые постоянно накапливаются из-за непрерывного испарения воды. От каждого кубического метра водопроводной испарившейся воды в системе происходит накопление как минимум 100 гр. солевых отложений. Это приводит к резкому уменьшению коэффициента теплопередачи на теплообменных поверхностях и следовательно эффективности теплообмена;

3. Развитие в системе водорослей и микроорганизмов, включая опасных бактерии за счет активной аэрации;

4. Непрерывное окисление и коррозия металла;

5. Обледенение градирен в зимний сезон;

6. Отсутствие гибкости и точности регулировки температуры;

7. Постоянные затраты на воду и химические реагенты для чистки;

8. Большие потери давления в системе.

 

Касательно охраны окружающей среды, основными вредными факторами, производимыми градирнями являются шум и воздействие аэрозолей, выбрасываемых из градирен в окружающую среду

Вредное воздействие происходит в результате выброса капель оборотной воды в атмосферу, осаждения капель на почву и на поверхность окружающих объектов.

В каплях могут содержаться ингибиторы коррозии, накипеобразования и химические реагенты для предотвращения биологических обрастаний, добавляемые в оборотную воду.

Кроме этого, в каплях могут быть патогенные микроорганизмы, бактерии, вирусы, грибы. Некоторые микроорганизмы в градирнях при благоприятных условиях для их жизнедеятельности могут размножаться.

Капли воды распространяются в атмосфере в районе градирен и увлажняют поверхность земли и близ расположенные сооружения, а в зимний период вызывают их обледенение, поэтому в СНиП II-89-80 приведены допустимые минимальные расстояния от градирен до ближайших сооружений.

Зона выпадения капельной влаги на поверхности земли имеет форму эллипса с большой осью, проходящей через центр градирни в направлении ветра. Наибольшая интенсивность выпадения капель на поверхность земли в этой зоне находится на большой оси эллипса на расстоянии примерно двух высот градирни. Размер зоны зависит от высоты градирни, скорости ветра, степени турбулентности воздуха в приземном слое, концентрации и крупности капель, а также от температуры и влажности атмосферного воздуха.

При наличии в атмосферном воздухе газообразных примесей, выходящая из градирен влага может с ними взаимодействовать и образовывать вредные для окружающей среды соединения. Например, при взаимодействии влаги с окислами серы происходит окисление сернистого ангидрида в более вредные для человека сульфаты.

6. Список литературы:

1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/ Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985.

2. Пособие по проектированию градирен (к СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения)/ ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.

3. Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие/ Под. общ. ред. В.С. Пономаренко. - М.:Энергоатомиздат: 1998. – 376 с.: ил.