ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРАДИРНИ - Студенческий научный форум

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРАДИРНИ

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение Актуальность

Решение вопросов энерго- ресурсосбережения на предприятиях, использующих оборотные системы технического водоснабжения, во многом зависит от эффективности работы градирен.

Различают испарительные, сухие и сочетание их - гибридные градирни. В испарительных градирнях охлаждение оборотной воды происходит при непосредственном контакте её с атмосферным воздухом, в основном, за счет испарения части воды. В теплое время года за счет испарения передается более 90% тепла. В сухих градирнях теплосъем осуществляется теплопроводностью через поверхность радиаторов в результате конвективного теплообмена.

В нашей стране наиболее распространены испарительные градирни. Большая часть этих градирен построена по проектам 60+70-х годов прошлого века, многие из них находятся в неудовлетворительном, зачастую, плачевном состоянии; технические решения, заложенные в проектах этих градирен, устарели. В результате оборотная вода недоохлаждается, особенно в теплый период года, что ведет к уменьшению объемов, ухудшению качества выпускаемой продукции, перерасходу сырья, энергоресурсов и другим негативным последствиям.

В свете вышеизложенного повышение эффективности действующих градирен, а также разработка новых современных градирен, которые были бы, с одной стороны, надежными и удобными в эксплуатации, максимально удовлетворяли производственным требованиям независимо от погодных условий, других факторов; с другой стороны, просты в изготовлении, малозатратны, экологически безопасны является актуальной задачей.

Цель работы

Совершенствование методик расчета охлаждения воды в испарительных градирнях, выработка рекомендаций и технических предложений по повышению эффективности их работы.

Методы исследования

Исследование выполнено с помощью теоретических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе использования опыта, теории и накопленного экспериментального материала. Выводы сформулированы по результатам анализа литературы, патентного поиска и интернет источников.

Задачи исследования

- Усовершенствование математических моделей гидроаэродинамических и тепломассообменных процессов, протекающих при испарительном охлаждении стекающих по вертикальным пластинам оросителя градирни пленок воды, падающих между ними капель, обдуваемых восходящим парогазокапельным потоком; получение аналитических зависимостей для определения теплогидроаэро-динамических характеристик теплоносителей;

-Усовершенствование имеющихся методик теплотехнических расчетов оросительных градирен, их апробация;

- Отыскание соотношений для оценки температурного перепада охлаждаемой воды и теплового к.п.д., позволяющих с достаточной полнотой и точностью учитывать влияние основных факторов на эффективность работы оросительных градирен; сопоставление полученных расчетных данных с результатами, найденными с использованием традиционных методов, при проведении натурных испытаний градирен;

  1. Литературный обзор
1.1 Обзор по технической литературе

В учебном пособии «Проектирование градирни», автором которого являетсяВ. А. Гладков,говорится о способе, который позволят повысить эффективность охлаждения систем включающих в себя градирню, что в свою очередь приведет к экономии эксплуатационных расходов и следовательно сроков окупаемости.

Важно помнить, что выбор сопла-форсунки в системе водораспределения имеет очень важное значение, для обеспечения надежного и максимально возможного охлаждения воды в градирне, т.к. от этих устройств непосредственно зависит равномерность создаваемой на поверхности оросителя пленки воды и возможный капельный унос. Большинство используемых на сегодняшний день сопел-форсунок (тангенциальные, ударные и т.п.) обеспечивают достаточно хорошее распределение воды, но в большинстве случаев создают из летящих капель конус с углом при вершине 90-120, не заполненный в средней своей части. Такое положение приводит к необходимости устанавливать сопла-форсунки через меньшие промежутки, что бы обеспечить равномерность попадания капель воды на поверхность оросителя. В тоже время сопла-форсунки не должны создавать капли с малым диаметром и весом, хотя такие мелкие капли и улучшают равномерность водораспределения, но они же значительно увеличивают капельный унос. В этой связи необходимо заметить, что для решения выше указанных задач более всего подходят, так называемые цельно-факельные сопла-форсунки, создающие при распылении воды полностью заполненный каплями факел, что позволяет уменьшить количество сопел-форсунок на градирне и упростить систему трубопроводов в раздающей сети.

В другом учебнике под названием «Реконструкция градирни», авторами которых являются Солодов А.П. и Берман Л.Д. рассматриваются правильное техническое обслуживание градирни.

Техническое обслуживание градирен обычно включает в себя ряд мероприятий, основными среди которых, являются работы по удалению загрязнений с основных элементов градирни. Загрязнение поверхности оросителя, засорение разбрызгивающих устройств (сопел-форсунок) и водораспределяющих трубопроводов приводит к значительному снижению эффективности процессов охлаждения воды в градирне.

Очистка может производится, как механическими средствами, так и химической обработкой. Сроки технического обслуживания обычно подбираются в зависимости от степени загрязнения градирни, но не реже одного раза в год. При таких работах следует обратить внимание на следующее:

а) Очистка внутренних поверхностей градирни и оросителя минимизирует потери давления при движении воды и воздуха;

б) Очистка трубопроводов системы водораспределения и сопел-форсунок от попавшей ржавчины, органических отложений и т.п., обеспечит снижение гидравлического сопротивления;

в) Обеспечение надежной фильтрации воды, поступающей в градирню и своевременная чистка фильтров, что способствует снижению гидравлического сопротивления.

Одним из перспективных, но сложных в использовании средств борьбы с загрязнением теплопередающих поверхностей, трубопроводов и сопел-форсунок является химическая обработка воды, используемой в оборотном цикле. При этом обеспечивается длительная эксплуатация, т.к. обрастание и загрязнение градирни уменьшаются в разы. Однако при использовании химических реагентов препятствующих образованию органических и минеральных отложений в градирне необходимо помнить, что вода в градирне постоянно омывается воздухом удаляемым в окружающую среду и соответственно вещества содержащиеся в воде неизбежно будут попадать в воздух. Поэтому при химической обработке воды следует предусмотреть и обеспечить проведение мониторинга выходящего из градирни воздуха, с целью обеспечения требований безопасности.

Для уже работающих долгое время градирен имеет смысл при техническом обслуживании провести следующие работы:

а) Обеспечить не возможность или снизить вероятность попадания теплого влажного воздуха выходящего из градирни на её всасывающую сторону, путем установки перегородок, экранов или более высоких камер выброса воздуха;

б) Проверить правильность и равномерность распределения вода соплами-форсунками по поверхности оросителя, при неравномерной раздаче изменить расположение сопел-форсунок или заменить их более эффективными;

в) При необходимости, восстановить целостность оросителя и каплеотделителя, причем применение разного типа оросителя и каплеотделителя в одном слое не рекомендуется;

г) Восстановить наружную обшивку градирни, что бы исключить потери воды и обеспечить прохождение воздуха только через ороситель;

д) Максимально герметизировать трубопроводы для снижения потерь воды из водооборотного цикла;

е) Проверить правильность работы вентилятора (отсутствие вибраций, правильность направления вращения и т.п. согласно паспорту на вентилятор).

Проведение вышеперечисленных работ позволит обеспечить существенную экономию энергетических и материальных ресурсов на эксплуатирующихся градирнях.

1.2 Обзор по научным публикациям, журналам

В статье "Повышение эффективности процесса охлаждения в градирней", авторами которой являются Даутов Р.Г. и Вилохин С.А, рассматриваются такие темы как, уменьшение использования природных ресурсов и энергопотребления градирни.

Эффективная работа градирен и их правильная эксплуатация значительно уменьшает использование природных ресурсов, энергопотребление и ощутимо ограничивает отрицательное влияние на окружающую среду. С развитием научно-технического прогресса представляется целесообразным выявление новых методов оптимизации процесса теплообмена в градирни. Для решения поставленной задачи перспективным направлением является замена старою элемента на более усовершенственное.

Наиболее рациональным способом повышение эффектиктивности градирни является модернизация таких элементов как водоуловители, оросители, форсунки и вентиляторы.

При модернизации этих элементов могут быть достигнуты следующие положительные эффекты:

• повышение охлаждающей способности градирни;

• снижение капельного уноса;

• исключение обледенения вентилятора.

Значительный вклад в разработку методов расчета градирен внесен Ф. Меркелем, Б.В. Проскуряковым, Л.Д. Берманом, И. Лихтенштейном и другими авторами. Монография Л. Д. Бермана до сегодняшнего дня является настольной книгой инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, эксплуатацией и исследованием охладительных установок. Наиболее широкое распространение и общее признание в мире получил метод Меркеля.

В устройствах испарительного охлаждения, тепломассообмен в парогазовой среде является основным процессом, лимитирующим эффективность этих установок. Расчетная модель испарительной градирни впервые была предложена Меркелем (F.Merkel, 1925г.). Ввиду сложности процессов испарительного охлаждения Меркелем были приняты некоторые допущения и упрощения:

• предполагается, что потерей воды при испарении можно пренебречь;

• предполагается полная аналогия процессов тепло- и массообмена и постулируется пропорциональность теплового потока разности энтальпий влажного воздуха в двух характерных состояниях; значения коэффициента пропорциональности имеют чисто эмпирическое происхождение;

• предполагается, что воздух на выходе из градирни насыщен водяным паром, то есть =100%, и характеризуется только энтальпией.

Анализ публикаций показал, что модель Меркеля является основой для большинства современных методик расчета градирен. Несмотря на то, что работа Меркеля базируется на ряде существенных допущений, она долгое время использовалась и используется в настоящее время проектными организациями для расчета, благодаря относительно простой методике расчета.

В статье «Разработка и внедрение воздухорегулирующих устройств модульной конструкции градирен испарительного типа» журнала «инжиниринг, строительство энергетических и промышленных объектов» рассказывается о устройствах модульной конструкции градирен испарительного типа.

Воздухорегулирующее устройство представляет собой легкоуправляемую модульную конструкцию позволяющую регулировать подачу воздуха в градирню в зависимости от изменения нагрузок и метеофакторов.Конструкция противооблединительного устройства представляет собой воздухорегулирующее устройство дополненное кольцевым трубопроводом проложенным в основании воздухорегулирующего устройства с внутренней его стороны имеющего сливы в чашу градирни в середине каждой грани и электрообогревом воздушного пространства входного окна градирни и устья башни. Работа противообледенительного устройства заключается в управлении объемом и направлением подачи воздуха, которое выполняется, как закрытием верхних жалюзей на одну треть воздуховходного окна, так и частичным или полным закрытием створок граней. При этом в основании воздухорегулирующего устройства происходит подогрев воздуха поверхностью кольцевого трубопровода, снижающим температурную разницу между охлаждаемой водой и наружным воздухом.

Объем воды рассчитывается в объеме не более 20% общего расхода на градирне. При этом наибольший эффект достигается при перераспределении охлаждаемой воды на периферийную часть градирни плотностью орошения не менее 10 м3/м2 час и наличии водонаправляющего козырька на нижней кромке обшивки.

1.3 Обзор по научным исследованиям (докторские, кандидатские диссертации)

В диссертации «Совершенствование системы оборотного водоснабжения в градирнях с сетчатыми насадками», автором которой является кандидат технических наук Меренцов Николай Анатольевич, было рассмотрено совершенствование работы промышленных градирен для локальных и магистральных систем оборотного водоснабжения строительной индустрии.

Эффективность работы градирен всецело зависит от качества насадочного устройства (оросителя), создающего развитую поверхность контакта фаз и благоприятные условия проведения процесса (интенсивность тепломассопередачи), при минимальных аэро- и гидродинамическом сопротивлении и достаточной удерживающей способности по жидкости.

Ороситель — основной конструктивный элемент плёночной или капельно-плёночной градирни, предназначенный для того, чтобы раздробить стекающий по нему поток воды и обеспечить ему длительное время и максимальную площадь контакта с охлаждающим воздухом. Конструкция оросителя должна обеспечивать получение достаточной для обеспечения требуемой охлаждающей способности площади поверхности охлаждения при оптимальном аэродинамическом сопротивлении.

При выборе каждого типа оросителя в конкретном случае должно производиться сопоставление охлаждающей способности и стоимости градирни. Значение потерь напора при движении воздуха в оросителе также является неотъемлемым показателем его работы, так как оно характеризует эксплуатационные затраты на градирню. Так же необходимо учитывать другие показатели оросителя: легкость монтажа, прочность, долговечность, доступность для ремонта и обслуживания.

Основным типом оросителей, обеспечивающих наиболее высокий эффект охлаждения является капельно-плёночный сетчатого типа[источник не указан 1387 дней]. Они допускают большую неравномерность распределения воды по верху оросителя, которая как правило, имеет место в практических условиях эксплуатации градирен, поскольку поток воды имеет при движении сверху вниз в их объёмной сетчатой решётчатой структуре имеет возможность свободного перераспределения. При этом поверхность охлаждения, состоящая из плёнок, стекающих по перемычкам решёток, и капель, срывающихся с них и обновляется и турбулизируется потоком воздуха, что интенсифицирует процесс испарения (охлаждения) воды. Ранее ороситель изготавливался из дерева, асбестоцемента, полипропилена. Одним из наиболее прогрессивных и распространённых типов является ороситель, изготовленный из полипропилена.

В данной диссертации разработана экспериментальная установка для исследования свойств насадочных устройств промышленной реализации испарительного охлаждения, в области гидродинамики и интенсивности тепло- и массообмена, необходимых для проектирования и расчета градирен на производственную мощность. Разработаны перспективные сетчатые насадочные устройства с регулируемыми параметрами для создания развитых условий и поверхности контакта фаз.

В диссертации «Испарительное охлаждение в регулярном комбинированном контактном устройстве градирни», автором которой является Харитонов Антон Александрович рассматриваются регулярные насадки для осуществления процессов тепло- и массообмена.

Одним из доступных, достаточно простых и дешевых методов, позволяющих интенсифицировать массообменный процесс и снизить энергозатраты на его проведение, является использование в качестве контактных устройств насадок регулярного типа.

Широкое применение получили регулярные структурированные насадки. Они обладают низким гидравлическим сопротивлением и высокой массообменной эффективностью. В свою очередь, к недостаткам этих конструкций относится замкнутость в поперечном сечении каналов движения газа и жидкости, которая обусловлена геометрической структурой насадок, исключающей сообщение между каналами, образованными соседними листами. Исследование гидродинамической обстановки в существующих конструкциях градирен обнаруживает неравномерности в распределении жидкой и газовой фаз в поперечном сечении насадочного пространства, что препятствует интенсификации процесса тепло- и массообмена и снижает глубину охлаждения в водооборотной системе. Анализ опубликованных в литературе результатов показывает, что определенный положительный эффект может быть получен за счет использования комбинированных контактных устройств.

Увеличение стоимости свежей воды требует принятия мер по повышению рентабельности производства, которое может быть достигнуто с помощью разработки новых более эффективных тепло и массообменных насадок, которые позволят увеличить глубину охлаждения циркуляционной 6 воды, что, в свою очередь, будет способствовать сокращению общего объема циркуляционной воды и соответственно снизит эксплуатационные и энергетические затраты.

Исходя из сказанного, разработка и исследование новых энергоэффективных конструкций насадок для осуществления испарительного охлаждения оборотной воды в градирнях, является актуальной задачей.

2 Патентный поиск ФОРМА ЗАДАНИЯ НА ПРОВЕДЕНИЕ ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МАХП Сарилов М. Ю.

« »____________ 20__ г.

ЗАДАНИЕ №__2_

на проведение патентных исследований

Наименование работы (темы) ___Способы повышения эффективности градирни____

шифрработы (темы)_____________________КНИРС3МАб-1________________________________

Этап работы _Курсовое проектирование_, сроки его выполнения_____1.09.2016-28.12.2016_____

Задачи патентных исследований: _поиск патентов-аналогов, для проверки уникальности своего изобретения___________________________________________________________

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований

Подразделения-исполнители (соисполнители)

Ответственные исполнители (Ф.И.О.)

Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание

Отчётные документы

Патентный поиск на тему:«Способыповышения эффективности градирни»

www.fips.ru

С. Д. Ермишко

1.09.2016-28.12.2016

Заполнение таблицы 3.1. Патентная документация

28.10.2016-4.11.2016

Заполнение таблицы 3.2 Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государ-ственной регистрации

6.11.2016-12.11.2016

Заполнение таблицы.3.3 - Тенденции развития объекта исследования

Руководитель ___________ ______________ _______________

патентного подразделения личная подписьрасшифровкадата

Руководитель подразделения ___________ _______________ _______________

исполнителя работы личная подписьрасшифровкадата

РЕГЛАМЕНТ ПАТЕНТНОГО ПОИСКА МА2

К заданию №_2_ от _2016_ г.

Студенту__С.Д.Ермишко__________

Группы _3МАб-1_ по теме _____Способы повышения эффективности градирни____

Стадия __Курсовое проектирование______________________________________________

(курсовое или дипломное проектирование)

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись ____________

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись ___________

ФОРМА ОТЧЕТА О ПОИСКЕ

  1. Поиск проведен в соответствии с заданием _зав. Кафедра МАХПСарилова М.Ю.

должность и фамилия ответственного руководителя работы

№ __2__ от ____________ и Регламентом поиска № ___МА2________ от _______________

2. Этап работы ______Курсовое проектирование_________________________________

при необходимости

3. Начало поиска __1.09.2016_____ Окончание поиска ________28.12.2016________

4. Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений)

5. Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований

6. Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица3.1. Патентная документа

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)

Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*

Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*

Название изобретения (полной модели, образца)

Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)

1

2

3

4

5

Способы повышения эффективности градирни

Способы повы-шенияэффек-тивностигра-дирни

Патент РФ 2 300067

F28F 25/08

Давлетшин Феликс Мубаракович (RU)

2006106086/06, 28.02.2006

Блок оросителя градирни

Прекратил действие, но может быть восстановлен

Патент РФ

95 114 717

F28F 25/04

Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭКОСЕРВИС

95114717/06, 17.08.1995

Водоуловитель градирни

Нет данных

Патент РФ

72 734

F04D 29/44

Кипарин Александр Павлович (RU),

Леон Комраус (PL),

Адам Калдер (PL)

2007115443/22, 23.04.2007

Диффузор градирни

Не действует

Патент РФ

94 023692

B29C 65/56

B29C 57/02

E04H 5/12

Балашов Е.В.,

Федосеев В.Ф.

94023692/26, 22.06.1994

Способ сборки блоков оросителя и водоуловителя для градирен

Нет данных

Патент РФ

2 294 499 F28C 1/00

Калатузов Владимир Анатольевич (RU)

2005127441/06, 01.09.2005

Способ работы башенной и вентиляторной градирни испарительного типа и устройство для его осуществления

Действует

Патент РФ

2010 111 223 F28C 1/00

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ПРОСТОР" (RU)

2010111223/06, 25.03.2010

Способ снижения водных потерь из градирни и градирня для его реализации

Действует

Таблица 3.2. Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчёты о научно-исследовательских работах)

Предмет поиска

Наименование источника информации с указанием страницы источника

Автор, фирма (держатель) технической документации

Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)

1

2

3

4

Способы повышения эффективности градирни

www.fips.ru

стр. 3

Кипарин Александр Павлович (RU),

21.09.2007

www.fips.ru

стр. 6

Давлетшин Феликс Мубаракович (RU)

15.03.2006

www.fips.ru

стр. 9

Калатузов Владимир Анатольевич (RU)

14.02.2005

www.fips.ru

стр. 15

Балашов Е.В.,

Федосеев В.Ф.

06.11.1995

Таблица В.3.3 - Тенденции развития объекта исследования

Выявленные тенденции развития объекта исследования

Источники информации

Технические решения, реализующие тенденции

в объектах организаций (фирм)

в исследуемом объекте

1

2

3

4

Повышения эффективности градирни

Патент РФ 2 300067

НПЗ, ТЭС

Изобретение относится к конструктивным элементам градирен и других аппаратов для тепломассообмена между жидкими и газообразными средами. Блок оросителя градирни содержит скрепленные между собой вертикальные гофрированные листы с гранеными гофрами, причем при скреплении гофрированных листов между гофрами образованы трубообразные каналы, а на поверхности граней гофров выполнены выступы и впадины, при этом грани гофров в каждом листе расположены по вертикали, поперечное сечение трубообразных каналов образовано в виде правильных шестиугольников, выступы и впадины на гранях гофров расположены чередующимися междусобой рядами, выступы и впадины в смежных рядах расположены под противоположными к вертикали углами, при этом каждый выступ или впадина расположены под углом к вертикали от 30° до 45°, высота каждого выступа и глубина каждой впадины составляет от 0,05 до 0,2 ширины грани, длина каждого выступа или каждой впадины составляет от 0,25 до 0,8 ширины грани, а на каждой грани в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, три параллельных друг другу выступа или впадины. В результате достигается повышение интенсивности тепломассообмена при повышении надежности работы оросителя градирни .

Конструкция водоуловителя градирни

Патент РФ

95 114 717

НПЗ, ВПК

1. Водоуловитель градирни , содержащий блоки вертикально установленных волнистых пластин, выполненных с плоскими и криволинейными участками и снабженных зигзагообразными желобами, соединенными отверстиями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сепарации влаги, желоба выполнены взаимно пересекающимися с выступами на обращенных к потоку охлаждающего воздуха сторонах пластин, при этом шаг между желобами на верхних краях криволинейных участков пластин меньше шага между желобами в центральной зоне и на нижних краях пластин, а отверстия выполнены в вершинах пересечений желобов и на переходах от вогнутой к выпуклой стороне пластин.

2. Водоуловитель градирни по п.1, отличающийся тем, что выступы желобов пересекаются под углом 60 - 90 градусов в вершине и выполнены высотой 0,1 - 0,2 величины расстояния между пластинами в блоке водоуловителя.

Изменение конструкции диффузора градирни

Патент РФ

72 734

АЭС, НПЗ

Полезная модель направлена на повышение

эффективноститепломассообменного процесса. Указанная задача решается за счет того, что диффузор выполнен двухсекционным, причем каждая из этих секций состоит из двух участков, а именно, первый участок нижней секции выполнен в виде полого усеченного сходящегося конуса с углом наклона 30-50° к горизонту, второй участок нижней секции выполнен таким образом, что в продольном сечении он образует дуги окружностей, центры которых расположены с внешней стороны диффузора градирни, первый участок верхней секции выполнен в виде полого цилиндра или полого усеченного расходящегося конуса под углом 1-10° к вертикали, а второй участок верхней секции - в виде полого усеченного расходящегося конуса под углом 5-30° к вертикали. При этом нижняя секция может состоять из 30-40 сегментов, а верхняя - из 15-20 сегментов, которые соединяются между собой и с корпусом градирни при помощи фланцевого соединения, также нижняя секция может быть выполнена со смотровым окном, а между фланцами установлена прокладка таким образом, чтобы одному соединению соответствовала одна прокладка.

Каждый сегмент верхнего и нижнего секторов может иметь с внешней стороны диффузора ребра жесткости, причем ребра жесткости верхнего сектора представляют собой решетку из профиля трапециидальной формы в продольном сечении, а ребра жесткости нижнего сектора представляют собой конструкцию сложной формы, как показано на фиг.5, из профиля трапециидальной формы в продольном сечении, при этом малое основание трапеции расположено с внешней стороны диффузора градирни . Также ребра жесткости могут быть выполнены из профиля, который в продольном сечении представляет собой трапецию, без большого основания, треугольник или уголок. 9 илл.

Способ сборки блоков оросителя и водоуловителя для градирен

Патент РФ

94 023692

АЭС, НПЗ,ТЭС

Способ сборки осуществляется следующим образом. Предварительно нагревают от электропаяльника, например, насадку, изготовленную из таких высокотеплопроводных материалов, как медь, бронза, латуни. Температуру нагрева инструмента (насадки) периодически проверяют солями. Вторую насадку (калибрующую) поддерживают при нормальной температуре. Трубки нарезают определенной длины в требуемом количестве. Вначале отбортовывают только один конец трубок. Для этого нагретую до нужной температуры насадку вводят с торца в трубку и продвигают на 3-4 мм вдоль нее, оплавляя материал трубки и формируя буртик (фиг.1,2). Затем насадку выводят из трубки, а вместо нее вводят колибрующую насадку и с определенной скоростью охлаждают при непосредственном контакте (кондуктивно) торец трубки до нормальной температуры. После этого нанизывают на трубки с противоположного отбортованному торца в чередующемся порядке элементы блока оросителя или водоуловителя и дистанционирующие прокладки. Затем аналогичным способом производят отбортовку второго конца трубок уже собранного блока (фиг. 3,4). При применении вместо трубок стяжных стержней в торцах последних, исходя из требуемого соотношения внутреннего диаметра и стенок трубок, сверлят отверстия, а затем порядок сборки ничем не отличается от описанного выше.

Предлагаемый способ сборки позволяет собирать блоки оросителя и водоуловителя, обладающие высокой жесткостью, необходимой как при монтаже их в градирне , так и в процессе эксплуатации, а также обладающие высокой степенью надежности и долговечности

Способ работы башенной и вентиляторной градирни испарительного типа

Патент РФ

2 294 499

АЭС, НПЗ,ТЭС

Способ работы градирни предусматривает охлаждение воды поступающим в нее атмосферным воздухом и заключается в том, что охлаждение воды осуществляют охлажденным воздухом с влажностью охлажденного воздуха меньше влажности окружающего атмосферного воздуха и температурой меньше температуры окружающего атмосферного воздуха по сухому термометру, который получают из паровоздушной смеси, образованной в градирне в процессе встречного движения и контакта охлаждаемой воды с воздухом или воздухом, который получают из смеси атмосферного воздуха и паровоздушной смеси градирни , паровоздушную смесь поднимают вверх и направляют в замкнутое купольное перекрытие выходного отверстия градирни , из которого отсасывают и подают в устройство воздухоподготовки, где путем конденсации очищают от влаги и охлаждают, воздух направляют по замкнутому контуру, образованному градирней , устройством воздухоподготовки, паровоздуховодами и трубопроводами водного конденсата, при этом устройство воздухоподготовки приводят в действие электроэнергией, полученной от источника электрической энергии, например солнечных батарей или ветряной электростанции, или тепловой электростанции. Полученный из паровоздушной смеси конденсат направляют в конденсатосборник, из которого циркуляционным насосом подают в чашу градирни , а тепло, полученное устройством воздухоподготовки, отводят на подогрев технологической воды, например в технологические теплообменники химводоочистки. Устройство воздухоподготовки используют как дополнительный источник получения подпиточной воды из атмосферного воздуха. Изобретение позволяет увеличить интенсивность охлаждения воды за счет снижения влажности атмосферного воздуха, поступающего в градирню и снижения зависимости охлаждаемой способности градирни от температуры указанного воздуха.

Способ снижения потерь воды

Патент РФ

2010 111 223

АЭС, НПЗ,ТЭС

1. Способ снижения потерь воды в градирне , заключающийся в генерации в охлаждающем воздушном потоке коронного разряда между коронирующими электродами и заземленной сеткой, отличающийся тем, что во время работы градирни измеряют направление внешнего ветрового потока у выходного сечения башни и управляют системой генерации коронного разряда между заземленной сеткой, смонтированной над башней в пределах ее выходного сечения, икоронирующими электродами, обеспечивая положение находящихся под напряжением коронирующих электродов с наветренной относительно заземленной сетки стороны.

2. Градирня , содержащая расположенную над водосборным бассейном открытую полую башню с боковыми проемами у основания, коронирующие электроды, соединенные с высоковольтным источником питания, установленные на изоляторах с зазором относительно заземленной сетки, разбрызгиватель охлаждаемой воды иводоулавливающее устройство, отличающаяся тем, что заземленная сетка выполнена в виде надстройки, установленной над полостью выходного сечения открытой полой башни.

3. Градирня по п.2, отличающаяся тем, что снабжена датчиком измерения направления ветра и системой управления включения и выключения соединения электрически изолированных между собой секторов с коронирующими электродами с источником питания в зависимости от направления ветра.

2.4 Анализ достоинств и недостатков найденных аналогов и прототипов

К достоинствам этих патентов можно отнести: значительное сокращение потерь продукта, увеличение интенсивности охлаждения воды, повышение надежности и долговечности градирни.

Технические результаты изобретений:

  1. устранение недостатков известных технических решений;

  2. повышение эффективности и качества работы градирни;

  3. усовершенствование конструкций, для достижения лучшего эффекта охлаждения воды;

  4. создание более безопасного и эффективного способа проведения работ по охлаждения большого количества воды;

  5. обеспечение экологической безопасности;

  6. удешевление;

  7. снижение энергозатрат.

К недостаткам можно отнести сложное строительство и ремонт,

требование специальных мероприятий для зимнего периода

и необходимость проведения подготовительных работ, связанных с установкой дополнительного оборудования.

Наиболее рациональный способ повышения эффективности градирни, по моему мнению, является реконструкция водоуловителя аппарата. Водоуловитель, содержищий блоки вертикально установленных волнистых пластин, выполненных с плоскими и криволинейными участками, а так же снабженный зигзагообразными желобами соединенными отверстиями, повышает эффективность сепарации влаги. Для достижения этой цели, желоба необходимо выполнять взаимно пересекающимися с выступами на обращенных к потоку охлаждающего воздуха сторон пластин.

3 Описание устройства

3.1 Градирня (устройство, принцип действия и применение в промышленности)

Градирня - устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями.

Принцип действия градирной установки основан на испарении и охлаждении нагретой теплоносителем воды атмосферой воздуха. Охладительные башни монтируют в местах, где нет возможности использовать крупный водоем для промышленного охлаждения теплоносителя (ТЭС, ТЭЦ) или цикл предприятия не позволяет выводить его за пределы системы (АЭС).

В настоящее время градирни большой производительности применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях (в том числе АЭС) и ТЭЦ. В гражданском строительстве градирни используются, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, при кондиционировании воздуха, охлаждении аварийных электрогенераторов.

Наибольшее распространение применение градирен получило в промышленности для охлаждения разного рода технологического оборудования, при химической очистке веществ, часто в связке с системой местных очистных сооружений (МОС). Имеют широкое применение на предприятиях ВПК, энергетической, судостроительной, авиационной, химической отраслей, металлургии, машиностроения, и пищевого производств и т.д.

Такие конструкции используют для снижения температуры посредством аппаратов теплообменного типа, входящих в состав разных систем оборотного водоснабжения. Первоначально, градирня была придумана для добычи соли методом выпаривания, поэтому в переводе с немецкого она означает «сгущать соляной раствор». В большинстве случаев, градирни устанавливают там, где нет возможности сбрасывать охлажденную воду в естественные водоемы, и отсутствует искусственный пруд.

При работе градирен необходимо использовать различные фильтры, поскольку охлаждающая техническая вода в оборотном процессе нередко несет в себе множество взвешенных частиц: ил, песок, ржавчину, окалину. Эти частицы забивают форсунки и приводят к порче оборудования.

Большинство из существующих градирен, задействованных в системах водоснабжения по оборотному типу, установлены более 30-50 лет назад. Это морально и физически устаревшие конструкции. Раньше при проектировании старались экономить на материалах, не придавая особой важности процессу охлаждения производственного оборудования.

Современные конструкции отличаются высокой производительностью и эффективностью, они проектируются с учетом новых требований к эксплуатации оборудования, возводятся с применением оптимизированных материалов.

В зависимости от специфики промышленного предприятия, особенностей местности и климата применяют разного типа градирни. Как правило, охлаждение воды (теплоносителя) осуществляется посредством естественного снижения её температуры и испарения, когда она тончайшей пленкой или в виде капель растекается по оросителю. При этом ей на встречу поступает поток воздуха.

3.2 Предлагаемый способ повышения эффективности градирни

С целью повышения эффективности работы градирен необходим комплексный подход при их реконструкции, а также всех взаимосвязанных с ними технологических узлов, оказывающих влияние на изменения эксплуатационных характеристик системы технического водоснабжения. При отрицательных температурах наружного воздуха естественная тяга воздуха в градирне повышается, что приводит к снижению температуры охлажденной воды в градирне. При одновременном снижении температуры наружного воздуха и уменьшении тепловой нагрузки на градирню происходит более интенсивное снижение температуры охлажденной воды.

Снижение температуры охлажденной воды в градирне приводит к обледенению градирни. Интенсивному обледенению наиболее подвержена периферийная часть градирни, кроме того появляется опасность образования шуги в циркуляционной воде.

При использовании системы с поворотными или съемными щитами не всегда обеспечивается исключение обмерзания периферийной части градирни по причине прорыва потоков холодного воздуха через зазоры в щитах. А в связи с тем, что на периферии градирни всегда имеются участки с малой (незначительной) плотностью орошения то в этих зонах и может происходить интенсивное обмерзание технологических и конструктивных элементов градирни.

Наиболее эффективным методом предотвращения обледенения и регулирования температуры охлажденной воды после градирни является комбинированный метод–одновременное создания водяной завесы и установка на воздуховходных окнах градирни поворотных или съемных щитов.

Поворотные щиты обеспечивают возможность в широком диапазоне регулировать расход воздуха, поступающего в градирню, и даже при малых тепловых нагрузках и низких температурах наружного воздуха обеспечить поддержание температуры охлажденной воды в требуемом диапазоне. Водяная завеса создает дополнительно сопротивление на входе воздуха в подоросительное пространство градирни, снижает тягу и уменьшает расход воды через ороситель градирни примерно на 25 %, это приводит к ухудшению охлаждающей способности градирни и увеличению температуры охлажденной воды в градирне, что препятствует обмерзанию периферийной части градирни.

Заключение

На сегодняшний день возможности повышения эффективности работы градирни с помощью традиционных технологических исполнений практически исчерпали свой ресурс.

Основными используемыми методами повышения эффективности работы градирни это реконструкция ее элементов; установка дополнительного оборудования и другие методы предложенные в патентных исследованиях.

Я считаю, что для повышения дальнейшей производительности работы градирни важно сосредоточиться на таких задачах, как:

- равномерное орошение воды;

- эффективность вентиляции воздуха;

- обледенение и регулирование температуры;

- прорыв потоков холодного воздуха.

Из всего выше сказанного я предлагаю возможность применить на современных градирнях вентиляторы нового поколения с потребляемой мощностью менее 100КВт. Такое решение позволит достичь увеличение тепловой мощности, а потребление электроэнергии заметно уменьшить.

Так же за счет равномерного орошения воды и эффективности вентиляции воздуха, можно добиться увеличения перепада температур, и как следствие, увеличения тепловой мощности.

Предложенный метод требует изучения и проведение исследований для доказательства того, что он действительно способен повысить эффективность работы градирни.

Список использованных источников

1 Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. 1. издание, Государственное энергетическое издательство, М; Л; 1957 г. 320с.

2 Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкостей. -: Химия, 1979. 216 с.

3 Муштаков А.Г. Малогабаритная градирня.// Холодильная техника, 1987, № 6, С. 47

4 Берман Л.Д. определение средней разности энтальпий воздуха при расчёте градирни и мокрых кондиционеров.//Холодильная техника, 1960, № 1 С. 25.

5 Гоголин А. Причины несоблюдения отношения Льюиса для мокрыхконди-ционеров.//Холодильная техника, 1960, №1, С. 20.

6 Алексеев В.П., Пономарева Э.Д., Дорошенко А.В. Исследование рабочих характеристик пленочных градирен с регулярной насадкой.//Холодильная техника, 1968, №8, С. 25.

7 Вайнберг Б.С. К расчёту теплообмена между водой и влажным воздухом //. Холодильная техника, 1961, № 2, С. 25.

8 Дорошенко А.В., Хамуда P.M. О процессах тепло-имассобмена в плёночных градирнях с регулярной насадкой. // Холодильная техника, 1970, № 1, С.31.

9 Проектирование холодильных сооружений. Справочник под редакцией А.В. Быкова, 1978, Изд-во пищевая промышленность.

10 Гладков А.В., Пономаренко B.C. Технологический расчёт градирен по графикам охлаждения. // Водоснабжение и санитарная техника. 1991, № 12, С. 4.

11 ДавлетшинФ.М., СагдеевА.А. Оптимизация работы водораспределительной системы промышленных градирен.// Проблемы энергетики, 2003, № 5-6 С. 48.

12 Гладков В.А., Арефьев Ю.И., Пономаренко B.C. Вентиляторные градирни. М., Стройиздат, 1976,120 с.

13 Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И., Кадилин Е.Н. Опыт модернизации вентиляторной градирни.// Водоснабжение и санитарная техника. 1996, № 3..

14 Арефьев Ю.И., Пономаренко B.C., Стонин Я.З. Малогабаритная вентиляторная градирня «Паюс Вод Гео».// водоснабжение и санитарная техника, 1994, №8

15 Федеральное государственное бюджетное учреждение. Федеральный институт промышленной собственности.–URL: http://www1.fips.ru.

16 Арефьев А.Н. Методы расчета башенных охладителей. При переменных режимах, Известия ВТИ, 1931, №2, С. 5

17 Романенко П.Н. Гидродинамика и тепломассообмен в пограничном слое. М. Энергия, 1974. с. 464.

18 Давлетшин Ф.М., Сагдеев А.А., Гильфанов К.Х. Экспериментальная установка для исследования характеристик оросителей промышленных градирен. Изв. вузов. Химия и химическая технология, 2006, т. 49, вып. 12, С. 90-92.157

19 Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена.- М.: Атомиздат, 1979.415 с.

20 Травень В.Ф. Органическая химия: Учебник для вузов в 2-х томах / В.Ф. Травень − М.: Академкнига, 2004. – 727 с.

21 Федяевский К.К., Гиневский А.С., Колесников А.В. Расчет турбулентного пограничного слоя несжимаемой жидкости. Л.:Судостроение, 1973. 256 с.

Просмотров работы: 3421