Как работает промышленная градирня: теплопередача, типы и руководство по выбору

Чиллер мощностью 2 МВт в коммерческом здании отводит около 700 кВт тепла через водяной контур конденсатора. Это тепло должно куда-то деваться. Во многих средних и крупных установках ответом является градирня.

A градирня представляет собой испарительный теплообменник, который отводит отработанное тепло из потока воды и выбрасывает его в атмосферу. Горячая вода распыляется на наполнитель, пока через него проходит воздух; небольшая часть воды испаряется, поглощая скрытое тепло и оставляя оставшуюся воду более прохладной. Эта охлажденная вода затем возвращается обратно в охладитель, конденсатор или в производственный процесс.

Понимание того, как работает градирня, — это не просто инженерное занятие. Это поможет вам выбрать правильное оборудование, избежать занижения размеров, спланировать очистку воды и снизить эксплуатационные расходы. В этом руководстве рассказывается о принципе работы, основных компонентах, различиях между распространенными типами башен и факторах выбора, которые имеют большое значение на практике.

Какова цель градирни?

Задача градирни — поддерживать температуру воды в диапазоне, который может выдерживать технологическое оборудование или охладители. Например, в системе охлажденной воды вода в конденсаторе поглощает тепло хладагента и должна куда-то отдать это тепло. Градирня обеспечивает самый холодный доступный поглотитель — окружающий воздух — и использует испарение, чтобы снизить температуру воды ниже температуры воздуха по сухому термометру. Без башни вода будет продолжать нагреваться, и система в конечном итоге выйдет из строя.

Такие отрасли, как производство электроэнергии, нефтехимия, металлургия, химическая обработка, ОВКВ и возобновляемые источники энергии, полагаются на градирни для непрерывной работы. Башня часто является наиболее заметной частью контура отвода тепла, но от того, насколько хорошо она работает, зависит эффективность всей установки.

Как работает градирня? Шаги

Хотя конструкции различаются, каждая мокрая (испарительная) градирня следует одной и той же основной последовательности:

1. Горячая вода поступает в башню из технологического процесса или конденсатора, обычно при температуре 32–45 °C, в зависимости от нагрузки.
2. Система распределения равномерно распределяет воду по наполнителю, который представляет собой среду с большой площадью поверхности из ПВХ, полипропилена или металла.
3. Воздух проходит через наполнитель — либо вверх (противоток), либо горизонтально (перекрестный поток) — с приводом от вентиляторов или естественной тягой.
4. Когда вода контактирует с воздухом, ее часть испаряется. Скрытая теплота испарения (около 2260 кДж/кг) извлекается из оставшейся воды, понижая ее температуру.
5. Остывшая вода собирается в бассейне. или отстойник и перекачивается обратно в охладитель или в технологический процесс.
6. Уловители сноса улавливают капли воды, попадающие в отработанный воздух, уменьшая потери воды и сохраняя окружающую среду сухой.

Количество испарения обычно составляет около 1% от расхода циркулирующей воды на каждые 6 °C диапазона охлаждения. Подпиточная вода добавляется для компенсации испарения, сноса и продувки.

Ключевые компоненты градирни

Каждый компонент градирни влияет на тепловые характеристики, техническое обслуживание и срок службы. В таблице ниже приведены основные части и их роли.

Выбор материала имеет такое же значение, как и геометрия. FRP (пластик, армированный стекловолокном) широко используется для изготовления корпусов и бассейнов с холодной водой, поскольку он устойчив к коррозии и разрушению под воздействием ультрафиолета. Стальные башни предпочтительнее использовать в тех случаях, когда пролеты конструкции большие или на объекте предъявляются особые требования к несущей способности.

Перекрестный поток против противотока: направление воздуха и воды

Градирни классифицируются по направлению воздушного потока относительно падающей воды. В противоточная башня , воздух движется вверх, а вода падает вниз. Такая конфигурация обеспечивает лучшую эффективность теплопередачи, поскольку воздух выходит в самой горячей и влажной точке, а самая холодная вода встречается с самым сухим воздухом. Противоточные градирни, как правило, более компактны для тех же задач, но требуют вентилятора более высокого давления и более чувствительны к распределению воды.

В поперечноточная башня , воздух входит горизонтально и движется перпендикулярно падающей воде. Распределение воды осуществляется гравитационным способом, что упрощает осмотр и очистку. Башни с перекрестным потоком хорошо справляются с высокими расходами воды и часто встречаются в крупных системах отопления, вентиляции и кондиционирования или промышленных установках, где важен доступ для технического обслуживания.

Оба типа достигают одного и того же основного результата, но выбор влияет на высоту башни, занимаемую площадь, мощность вентилятора, а также на то, как башня ведет себя при различных нагрузках и погодных условиях.

Естественная тяга против механической тяги

Естественная тяга башни полагаются на разницу плотностей теплого влажного воздуха внутри башни и более прохладного наружного воздуха. Обычно это очень большие гиперболоидные конструкции, подобные тем, что можно увидеть на электростанциях, и у них нет вентиляторов. Их преимуществом являются низкие эксплуатационные расходы и высокая надежность; Их недостатком является огромная занимаемая площадь и эффективность охлаждения, которая напрямую зависит от температуры и влажности окружающего воздуха.

Механическая тяга башни используют вентиляторы для перемещения воздуха. Вызванная тяга башни имеют вентилятор наверху, протягивающий воздух через наполнитель. Принудительная тяга башни имеют вентилятор внизу, нагнетающий воздух внутрь. Градирни с принудительной тягой более распространены, поскольку они обеспечивают равномерный воздушный поток и уменьшают рециркуляцию влажного вытяжного воздуха. Для многих промышленных и коммерческих применений механические тяговые башни предлагают компактные размеры, точное управление подачей воздуха и предсказуемую производительность в широком диапазоне климатических условий.

Типы и применение промышленных градирен

Производители классифицируют башни не только по потоку воздуха/воды, но также по конструкции и по тому, находится ли технологическая жидкость непосредственно под воздействием воздуха. Правильный выбор зависит от применения, качества охлаждающей воды и доступного пространства. Для получения полного обзора конфигураций вы можете просмотреть ассортимент продукции.

Градирни открытого или мокрого типа являются широко используемым типом. Они просты, эффективны и экономичны для отвода большого количества тепла. Они широко используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и технологическом охлаждении, где качество воды приемлемо.

Градирни закрытого типа Храните технологическую жидкость внутри змеевика или пучка труб, которые опрыскиваются водой и подвергаются воздействию воздуха. Технологическая жидкость никогда не контактирует с атмосферой, что имеет решающее значение для контуров очистки воды, пищевой промышленности, фармацевтических препаратов или систем, в которых используется этиленгликоль или другие чувствительные жидкости. Башни замкнутого цикла изначально стоят дороже, но уменьшают загрязнение и часто снижают общий расход воды, поскольку змеевик можно очищать, а рециркуляционную оросительную воду можно разделить.

Противоточная градирня закрытого типа серии DBN Эта противоточная колонна закрытого типа удерживает технологическую жидкость в герметичном змеевике, предотвращая загрязнение таких чувствительных применений, как пищевая промышленность или гликолевые системы. Его компактная вертикальная компоновка подходит для ограниченного пространства. Посмотреть продукт →

В категории разомкнутой цепи вы можете выбирать между круглые противоточные башни и прямоугольные поперечноточные башни . Круглые противоточные градирни, часто с корпусом из стеклопластика, являются распространенным выбором для промышленных нагрузок малой и средней мощности, поскольку они просты в установке и устойчивы к агрессивной воде. Их круглая оболочка уменьшает пространство для стояния, сохраняя при этом равномерный поток воздуха по периметру.

Промышленная циркулярная противоточная градирня серии BLS(II)J Круглая противоточная башня из стеклопластика, подходящая для малых и средних промышленных нагрузок. Он имеет корпус из устойчивого к коррозии стекловолокна, фитинги из нержавеющей стали и автоматическую вращающуюся систему распределения воды. Посмотреть продукт →

Для более крупных и требовательных проектов градирни стальной конструкции обеспечивают высокую структурную прочность и долговечность. Они часто монтируются на месте и могут быть сконфигурированы как противоточные или перекрестные. Стальные башни типичны для электростанций, нефтехимических заводов и крупных систем централизованного холодоснабжения.

Градирня из стальной конструкции с противотоком серии DF Противоточная башня из стальной конструкции, возводимая на месте эксплуатации и предназначенная для крупных требовательных проектов, таких как электростанции и нефтехимические предприятия. Он обеспечивает высокую прочность, защиту от коррозии и эффективные тепловые характеристики. Посмотреть продукт →

В вашем собственном проекте также могут быть рассмотрены композитные башни из стеклопластика, крупногабаритные башни гражданского назначения или установки с гибридным потоком в зависимости от требуемой мощности и условий установки.

Критерии выбора: что проверить перед покупкой

Выбор градирни зависит не только от скорости потока. Несколько термодинамических и практических параметров определяют, будет ли башня соответствовать технологическим ожиданиям в течение своего срока службы.

• Температура по влажному термометру: Теоретическая температура холодной воды приближается к температуре по влажному термометру. Так называемый «подход» (температура холодной воды минус температура по влажному термометру) обычно составляет 3–6 °C. Меньший подход требует большей башни и большей мощности вентилятора.
• Диапазон: Разница между температурой обратной горячей воды и температурой подачи холодной воды. Более высокий диапазон означает больший отвод тепла и большее испарение.
• Тепловая нагрузка: Выражается в кВт или холодильных тоннах (RT). Он определяет размер башни и необходимый воздушный поток.
• Требования к гидравлике и давлению: Напор насоса зависит от высоты башни, системы распределения и прокладки труб.
• Качество воды: Высокое содержание растворенных твердых веществ или коррозионно-активных веществ влияет на срок службы наполнения, теплопередачу и частоту продувки.
• Ограничения по шуму и окружающей среде: Шум вентилятора, видимость шлейфа и сбросы при очистке воды могут регулироваться.
• Доступ для обслуживания: Помните о необходимости проверки форсунок, очистки резервуара и замены каплеуловителей или каплеуловителей.

Если вы сравниваете конструкции, обратите внимание на то, как производитель измеряет тепловые характеристики и какой допуск при испытаниях он указывает. Надежный поставщик должен быть в состоянии предоставить программное обеспечение для выбора, кривые производительности и справочные материалы. Для более подробного ознакомления с ключевыми техническими показателями закупок прочитайте нашу статью о технических показателях градирен.

Водные процедуры также следует планировать с первого дня. Без надлежащей химической обработки испарение концентрирует минералы, что может привести к образованию накипи в наполнителе и увеличению потребления энергии. Биоциды необходимы для борьбы с легионеллой и другими видами биологического роста. В градирнях продуманная программа технического обслуживания начинается с плана управления водными ресурсами, а не с второстепенной мысли.

Итог

Градирни — это элегантно простые устройства, которые используют скрытую теплоту испарения для отвода огромного количества тепла из небольшого объема циркулирующей воды. Принцип работы — испарение горячей воды с воздуха — прост, но различия между перекрестным и противотоком, открытым и закрытым контуром, а также естественной и механической тягой могут существенно повлиять на тепловые характеристики, эксплуатационные расходы и надежность.

При выборе башни начните с температуры по влажному термометру, дальности и приближения, а также требуемой тепловой нагрузки. Затем решите, какой тип конструкции подходит вашему участку и качеству воды. Правильная градирня будет эффективно работать десятилетиями; неправильный вариант может привести к отключению чиллера, образованию накипи, коррозии и дорогостоящему простою. Если вы планируете новую установку или замену устаревшей башни, прежде чем принимать решение, уделите время изучению данных о производительности и возможностях поставщика.