Градирни

Типичная испарительная градирня открытого типа с принудительной тягой, отводящая тепло от водяного контура конденсатора промышленного чиллера.

Гиперболоидные башни влажного охлаждения с естественной тягой на электростанции Дидкот (Великобритания)

Мокрые градирни с принудительной тягой (высота: 34 метра) и влажные градирни с естественной тягой (высота: 122 метра) в Вестфалии , Германия.

« Камуфлированная » мокрая градирня с естественной тягой в Дрездене (Германия)

Градирни является отвод тепла устройство , которое отвергает отходящее тепло в атмосферу через охлаждение потока воды до более низкой температуры. Градирни могут использовать испарение воды для отвода технологического тепла и охлаждения рабочей жидкости до температуры , близкой к температуре воздуха по влажному термометру, или, в случае сухих градирен с замкнутым контуром , полагаться исключительно на воздух для охлаждения рабочей жидкости до температуры , близкой к температуре температура воздуха по сухому термометру .

Общие области применения включают охлаждение оборотной воды, используемой на нефтеперерабатывающих , нефтехимических и других химических предприятиях , тепловых электростанциях , атомных электростанциях и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для охлаждения зданий. Классификация основана на типе нагнетания воздуха в градирню: основными типами градирен являются градирни с естественной тягой и градирни с принудительной тягой .

Градирни различаются по размеру от небольших блоков на крыше до очень больших гиперболоидных структур (как на соседнем изображении), которые могут достигать 200 метров (660 футов) в высоту и 100 метров (330 футов) в диаметре, или прямоугольных структур, которые могут быть более 40 метров (130 футов) в высоту и 80 метров (260 футов) в длину. Гиперболоида градирен часто связаны с атомных электростанций , ^[1] , хотя они также используются в некоторых угольных электростанций и в некоторой степени в некоторых крупных химических и других промышленных объектов. Хотя эти большие башни очень заметны, подавляющее большинство градирен намного меньше, в том числе многие блоки, установленные на зданиях или рядом с ними, для отвода тепла от кондиционеров .

История [ править ]

Градирни возникли в 19 веке в результате разработки конденсаторов для паровых двигателей . ^[2] Конденсаторы используют относительно холодную воду различными способами для конденсации пара, выходящего из цилиндров или турбин. Это снижает противодавление , что, в свою очередь, снижает потребление пара и, следовательно, расход топлива, в то же время увеличивая мощность и рециркулируя котловую воду. ^[3] Однако конденсаторы требуют достаточного количества охлаждающей воды, без чего они нецелесообразны. ^{[4] [5]}Согласно оценкам, потребление охлаждающей воды внутренними обрабатывающими предприятиями и электростанциями приведет к снижению доступности электроэнергии для большинства тепловых электростанций к 2040–2069 гг. ^[6] Хотя использование воды не является проблемой для судовых двигателей , оно является существенным ограничением для многих наземных систем.

На рубеже 20-го века несколько испарительных методов рециркуляции охлаждающей воды использовались в районах, где отсутствует установленное водоснабжение, а также в городских районах, где городские водопроводные сети могут быть недостаточными; надежен во времена спроса; или иным образом соответствующие требованиям охлаждения. ^{[2] [5]} В районах с доступной землей системы имели форму прудов-охладителей ; в районах с ограниченной землей, например в городах, они имели форму градирен. ^{[4] [7]}

Эти ранние башни располагались либо на крышах зданий, либо как отдельно стоящие конструкции, снабжаемые вентиляторами или полагающиеся на естественный поток воздуха. ^{[4] [7]} В американском учебнике инженерного дела от 1911 г. одна конструкция описывалась как «круглая или прямоугольная оболочка из световой пластины - по сути, дымовая труба сильно укорочена по вертикали (от 20 до 40 футов в высоту) и значительно увеличена в поперечном направлении. верх представляет собой набор распределительных желобов, в которые должна перекачиваться вода из конденсатора, из которых она стекает по «матам», сделанным из деревянных реек или тканых проволочных экранов, заполняющих пространство внутри башни ». ^[7]

Гиперболоид градирня была запатентована голландскими инженерами Фредерик ван Iterson и Жерар Kuypers в 1918 году ^[8] Первый гиперболоид охлаждения башня были построены в 1918 году недалеко от Херлен . Первые в Великобритании были построены в 1924 году на электростанции Lister Drive в Ливерпуле , Англия, для охлаждения воды, используемой на угольной электростанции. ^[9]

Классификация по использованию [ править ]

Отопление, вентиляция и кондиционирование (HVAC) [ править ]

ОВК (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) градирни используется для утилизации ( «отвергнуть») нежелательного тепла из холодильной машины . Чиллеры с водяным охлаждением обычно более энергоэффективны, чем чиллеры с воздушным охлаждением, из-за отвода тепла в воду из градирни при температурах по влажному термометру или близких к ним . Чиллеры с воздушным охлаждением должны отводить тепло при более высокой температуре по сухому термометру и, следовательно, иметь более низкое среднее значение обратного цикла Карно.эффективность. В районах с жарким климатом большие офисные здания, больницы и школы обычно используют одну или несколько градирен как часть своих систем кондиционирования воздуха. Как правило, промышленные градирни намного больше, чем градирни HVAC. Использование градирни для ОВКВ объединяет градирню с чиллером с водяным охлаждением или конденсатором с водяным охлаждением. Тонна кондиционирования воздуха определяется как удаление 12000 британских тепловых единиц в час (3500  Вт ). Эквивалентен т на стороне охлаждающей башни фактически отвергает около 15000 британских тепловых единиц в час (4,400 W) из - за дополнительным отходящим тепло-эквивалента энергии , необходимой для привода компрессора холодильной машины. ЭтотЭквивалентная тонна определяется как отвод тепла при охлаждении 3 галлона США в минуту (11 литров в минуту) или 1500 фунтов в час (680 кг / ч) воды на 10 ° F (6 ° C), что составляет 15000 британских тепловых единиц. в час (4400 Вт), предполагая, что коэффициент полезного действия чиллера (COP) составляет 4,0. ^[10] Этот COP эквивалентен коэффициенту энергоэффективности (EER), равному 14.

Градирни также используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые имеют несколько тепловых насосов источника воды, которые используют общий водяной контур трубопровода . В системе этого типа вода, циркулирующая внутри водяного контура, отводит тепло от конденсатора тепловых насосов всякий раз, когда тепловые насосы работают в режиме охлаждения, затем установленная снаружи градирня используется для отвода тепла из водяного контура и отвода тепла. это в атмосферу. Напротив, когда тепловые насосы работают в режиме обогрева, конденсаторы забирают тепло из циркулирующей воды и отводят ее в обогреваемое пространство. Когда водяной контур используется в основном для подачи тепла в здание, градирня обычно отключается (и ее можно осушить или подготовить к зиме, чтобы предотвратить повреждение от замерзания), а тепло подается другими способами, обычно от отдельных котлов .

Промышленные градирни [ править ]

Промышленные градирни можно использовать для отвода тепла от различных источников, таких как оборудование или нагретый технологический материал. Основное применение больших промышленных градирен - отвод тепла, поглощаемого в системах циркуляции охлаждающей воды , используемых на электростанциях , нефтеперерабатывающих заводах , нефтехимических заводах, заводах по переработке природного газа, предприятиях пищевой промышленности, полупроводниковых установках и других промышленных предприятиях. установки, такие как конденсаторы ректификационных колонн, для охлаждения жидкости при кристаллизации и т. д. ^[11] Скорость циркуляции охлаждающей воды на типичной угольной электростанции мощностью 700 МВтс градирней составляет около 71 600 кубических метров в час (315 000 галлонов США в минуту) ^[12], а для циркулирующей воды требуется подпитка питающей водой примерно 5 процентов (т. е. 3600 кубических метров в час, что эквивалентно одному кубический метр каждую секунду).

Если бы на том же заводе не было градирни и использовалась прямоточная охлаждающая вода, для этого потребовалось бы около 100 000 кубометров в час ^[13] . Большой забор охлаждающей воды обычно убивает миллионы рыб и личинок ежегодно, так как организмы попадают в забор. экраны . ^[14] Большое количество воды необходимо было бы постоянно возвращать в океан, озеро или реку, из которых она была получена, и постоянно повторно подавать на завод. Кроме того, сброс большого количества горячей воды может поднять температуру принимающей реки или озера до неприемлемого уровня для местной экосистемы. Повышенная температура воды может убить рыбу и другие водные организмы (см.тепловое загрязнение ), или может также вызвать увеличение количества нежелательных организмов, таких как инвазивные виды мидий зебры или водорослей . Градирня вместо этого служит для отвода тепла в атмосферу, а диффузия ветра и воздуха распространяет тепло по гораздо большей площади, чем горячая вода может распределять тепло в водоеме. Испарительную охлаждающую воду нельзя использовать для последующих целей (кроме дождя где-нибудь), тогда как охлаждающую воду с поверхности можно использовать повторно. Некоторые угольные и атомные электростанции, расположенные в прибрежных районах, действительно используют прямоточную океаническую воду. Но даже в этом случае отвод воды для сброса в море требует очень тщательного проектирования, чтобы избежать проблем с окружающей средой.

Нефтеперерабатывающие заводы также имеют очень большие системы градирен. Типичный крупный нефтеперерабатывающий завод, перерабатывающий 40 000 метрических тонн сырой нефти в день (300 000 баррелей (48 000 м ³ ) в день), обеспечивает циркуляцию около 80 000 кубических метров воды в час через систему градирни.

Самыми высокими градирнями в мире являются две градирни высотой 202 метра (663 фута) тепловой электростанции Калисинд в Джхалаваре , Раджастхан, Индия. ^[15]

Классификация по сборке [ править ]

Тип пакета [ править ]

Эти типы градирен собираются на заводе-изготовителе, и их можно просто транспортировать на грузовиках, поскольку они являются компактными машинами. Вместимость башен упаковочного типа ограничена, и по этой причине они обычно предпочитаются предприятиями с низкими требованиями к отводу тепла, такими как предприятия пищевой промышленности, текстильные предприятия, некоторые предприятия химической обработки или здания, такие как больницы, отели, торговые центры, автомобильные заводы. и Т. Д.

Из-за их частого использования в жилых районах или рядом с ними контроль уровня шума является относительно более важной проблемой для градирен блочного типа.

Полевой тип [ править ]

Такие объекты, как электростанции, сталеперерабатывающие заводы, нефтеперерабатывающие или нефтехимические заводы, обычно устанавливают градирни полевого типа из-за их большей способности отводить тепло. Башни, устанавливаемые на месте, обычно намного больше по размеру по сравнению с градирнями блочного типа.

Типичная градирня, устанавливаемая на месте, имеет структуру из пултрузионного армированного волокном пластика (FRP), облицовку из FRP , механический блок для вытяжки воздуха и каплеуловитель.

Методы теплопередачи [ править ]

Что касается используемых механизмов теплопередачи , то основными типами являются:

• мокрые градирни работают по принципу испарительного охлаждения . Рабочая жидкость и испаряемая жидкость (обычно вода) - это одно и то же.
• Градирни с замкнутым контуром (или охладители жидкости ) пропускают рабочую жидкость через большой теплообменник, на который распыляется чистая вода и создается тяга, создаваемая вентилятором. Получаемые в результате характеристики теплопередачи близки к характеристикам влажной градирни с преимуществом защиты рабочей жидкости от воздействия окружающей среды и загрязнения.
• сухая градирню (или сухие градирни ) представляют собой замкнутые градирни , которые действуют путем передачи тепла через поверхность , которая отделяет рабочую жидкость из окружающего воздуха, например, в виде радиатора , используя конвективный перенос тепла. Они не используют испарение.
• гибридные градирни - это градирни с замкнутым контуром, которые могут переключаться между влажным и сухим режимом работы. Это помогает сбалансировать экономию воды и энергии в различных погодных условиях.

В мокрой градирне (или градирне с открытым контуром) теплую воду можно охладить до температуры ниже, чем температура окружающего воздуха по сухому термометру, если воздух относительно сухой (см. Точку росы и психрометрию ). Когда окружающий воздух проходит мимо потока воды, небольшая часть воды испаряется, а энергия, необходимая для испарения этой части воды, отбирается из оставшейся массы воды, тем самым снижая ее температуру. Приблизительно 420 килоджоулей на килограмм (970 БТЕ / фунт) тепловой энергии поглощается испарившейся водой. Испарение приводит к условиям насыщенного воздуха, что снижает температуру воды, обрабатываемой градирней, до значения, близкого к температуре по влажному термометру , которая ниже температуры окружающей среды.температура по сухому термометру , разница определяется начальной влажностью окружающего воздуха.

Для достижения лучшей производительности (большего охлаждения) используется наполнитель, который увеличивает площадь поверхности и время контакта между потоками воздуха и воды. Заливка для разбрызгивания состоит из материала, помещенного для прерывания потока воды, вызывающего разбрызгивание. Пленочный наполнитель состоит из тонких листов материала (обычно ПВХ ), по которым течет вода. Оба метода создают увеличенную площадь поверхности и увеличивают время контакта между жидкостью (водой) и газом (воздухом) для улучшения теплопередачи.

Способы создания воздушного потока [ править ]

Что касается всасывания воздуха через градирню, то существует три типа градирен:

• Естественная тяга - использует плавучесть через высокий дымоход. Теплый влажный воздух естественным образом поднимается вверх из-за разницы в плотности по сравнению с сухим более прохладным наружным воздухом. Теплый влажный воздух менее плотный, чем более сухой при том же давлении. Эта плавучесть влажного воздуха создает восходящий поток воздуха через башню.
• Механическая тяга - использует приводные двигатели вентилятора для нагнетания или втягивания воздуха через градирню.
  • Индуцированная тяга - градирня с механической тягой с вентилятором на выходе (вверху), который нагнетает воздух вверх через градирню. Вентилятор вызывает горячий влажный воздух из разряда. Это обеспечивает низкие скорости входящего и выходящего воздуха, уменьшая возможность рециркуляции, при которой отработанный воздух возвращается обратно в воздухозаборник. Такое расположение вентилятора / ребра также известно как сквозное .
  • Принудительная тяга - градирня с механической тягой с вентилятором нагнетательного типа на всасывании. Вентилятор сила воздух в башню, создавая высокий вход и низкие скорости воздуха , выходящие. Низкая выходная скорость гораздо более восприимчива к рециркуляции. Если вентилятор установлен на воздухозаборнике, вентилятор более подвержен осложнениям из-за низких температур. Другой недостаток заключается в том, что конструкция с принудительной тягой обычно требует большей мощности двигателя, чем эквивалентная конструкция с принудительной тягой. Преимуществом конструкции с принудительной тягой является ее способность работать с высоким статическим давлением . Такие установки могут быть установлены в более ограниченном пространстве и даже в некоторых помещениях. Эта геометрия вентилятора / ребра также известна как продувка .
• Естественная тяга с вентилятором - гибридный тип, который выглядит как установка с естественной тягой, хотя потоку воздуха способствует вентилятор.

Гиперболоидные (иногда ошибочно называемые гиперболическими ) градирни стали стандартом проектирования для всех градирен с естественной тягой из-за их прочности конструкции и минимального использования материала. Форма гиперболоида также способствует ускорению восходящего конвективного воздушного потока, повышая эффективность охлаждения. Эти конструкции обычно ассоциируются с атомными электростанциями . Однако эта ассоциация вводит в заблуждение, поскольку такие же градирни часто используются и на крупных угольных электростанциях. И наоборот, не все АЭС имеют градирни, а некоторые вместо этого охлаждают свои теплообменники озерной, речной или океанской водой.

В гибридных градирнях наблюдается КПД до 92%. ^[16]

Классификация по потоку воздух-вода [ править ]

Crossflow [ править ]

Обычно более низкие начальные и долгосрочные затраты, в основном из-за требований к насосу.

Crossflow - это конструкция, в которой воздушный поток направлен перпендикулярно потоку воды (см. Диаграмму слева). Воздушный поток входит в одну или несколько вертикальных поверхностей градирни, чтобы встретиться с наполняющим материалом. Вода течет (перпендикулярно воздуху) через насадку под действием силы тяжести. Воздух проходит через заливную горловину и, таким образом, через поток воды в открытый объем нагнетания. Наконец, вентилятор вытесняет воздух в атмосферу.

Распределение или бассейна горячей воды , состоящий из глубокой сковороде с отверстиями или соплами в его нижней части расположен вблизи верхней части башни с поперечным потоком. Под действием силы тяжести вода через форсунки равномерно распределяется по наполняемому материалу.

Преимущества конструкции с поперечным потоком:

• Самотечное распределение воды позволяет использовать насосы меньшего размера и проводить техническое обслуживание во время использования.
• Распыление без давления упрощает переменный поток.

Недостатки переточной конструкции:

• Более склонны к замерзанию, чем конструкции с противотоком.
• В некоторых условиях переменный поток бесполезен.
• Более склонны к скоплению грязи в заливке, чем конструкции противотока, особенно в пыльных или песчаных местах.

Противоток [ править ]

В противоточной конструкции поток воздуха прямо противоположен потоку воды (см. Диаграмму слева). Воздушный поток сначала попадает в открытое пространство под наполнителем, а затем поднимается вертикально. Вода распыляется через форсунки под давлением в верхней части башни, а затем течет вниз через заливку, противоположную воздушному потоку.

Преимущества противоточной конструкции:

• Распределение распыляемой воды делает градирню более устойчивой к замерзанию.
• Распад воды в брызгах делает теплопередачу более эффективной.

Недостатки противоточной конструкции:

• Обычно более высокие начальные и долгосрочные затраты, в первую очередь, из-за требований к насосу.
• Трудно использовать переменный поток воды, так как это может отрицательно повлиять на характеристики распыления.
• Обычно более шумный из-за большей высоты падения воды со дна заливки в бассейн с холодной водой.

Общие аспекты [ править ]

Общие аспекты обоих дизайнов:

• Взаимодействие потока воздуха и воды позволяет частично уравнять температуру и испарение воды.
• Воздух, теперь насыщенный водяным паром, выходит из верхней части градирни.
• «Сборный резервуар» или «резервуар для холодной воды» используется для сбора и удержания охлажденной воды после ее взаимодействия с воздушным потоком.

Конструкции как с поперечным, так и с противотоком могут использоваться в градирнях с естественной и механической тягой.

Материальный баланс влажной градирни [ править ]

Количественно материальный баланс вокруг системы влажной испарительной градирни определяется рабочими переменными, такими как объемный расход подпитки , потери на испарение и ветер, скорость отвода и циклы концентрации. ^{[17] [18]}

На приведенной ниже диаграмме вода, перекачиваемая из резервуара градирни, представляет собой охлаждающую воду, проходящую через технологические охладители и конденсаторы на промышленном объекте. Холодная вода поглощает тепло от горячих технологических потоков, которые необходимо охлаждать или конденсировать, а поглощенное тепло нагревает циркулирующую воду (C). Теплая вода возвращается в верхнюю часть градирни и стекает вниз по наполняющему материалу внутри градирни. По мере того, как он течет вниз, он контактирует с окружающим воздухом, поднимающимся вверх через градирню либо за счет естественной тяги, либо за счет принудительной тяги с использованием больших вентиляторов в градирне. Этот контакт вызывает потерю небольшого количества воды в виде ветра или сноса (W), а также испарение части воды (E).. Тепло, необходимое для испарения воды, поступает от самой воды, которая охлаждает воду до исходной температуры воды в бассейне, после чего вода готова к рециркуляции. Испаренная вода оставляет свои растворенные соли в объеме неиспарившейся воды, что приводит к повышению концентрации соли в циркулирующей охлаждающей воде. Чтобы предотвратить слишком высокую концентрацию соли в воде, часть воды отводится или выдувается (D) для утилизации. Подпитка пресной водой (M) подается в бассейн градирни, чтобы компенсировать потери испаренной воды, потери воды на ветер и воду для забора.

Используя эти единицы измерения расхода и концентрации:

Таким образом, водный баланс всей системы составляет: ^[18]

M = E + D + W

Поскольку испарившаяся вода (E) не содержит солей, баланс хлоридов вокруг системы составляет: ^[18]

MX _M = DX _C + WX _C = X _C ( D + W )

${\displaystyle MX_{M}=DX_{C}+WX_{C}=X_{C}(D+W)}$

и, следовательно: ^[18]

${\displaystyle {X_{C} \over X_{M}}={\text{Cycles of concentration}}={M \over (D+W)}={M \over (M-E)}=1+{E \over (D+W)}}$

Из упрощенного теплового баланса вокруг градирни:

${\displaystyle E={C\Delta Tc_{p} \over H_{V}}}$

куда:
H V	= скрытая теплота парообразования воды = 2260 кДж / кг
ΔT	= разница температур воды от верха градирни до низа градирни, в ° C
c p	= удельная теплоемкость воды = 4,184 кДж / (кг ° C)${\displaystyle \cdot }$

Ветровые (или дрейфовые) потери (W) - это количество общего потока воды в градирне, увлекаемого потоком воздуха в атмосферу. Из крупных промышленных градирен при отсутствии данных производителя можно предположить, что это:

W = от 0,3 до 1,0% C для градирни с естественной тягой без каплеуловителей.

W = от 0,1 до 0,3% C для градирни с вытяжной тягой без каплеуловителей.

W = около 0,005% от C (или меньше), если градирня имеет каплеуловители ветра.

W = около 0,0005 процентов от C (или меньше), если градирня оснащена каплеуловителями и использует морскую воду в качестве подпиточной воды.

Циклы концентрации [ править ]

Цикл концентрирования представляет собой накопление растворенных минералов в циркулирующей охлаждающей воде. Сброс (или продувка) используется в основном для контроля накопления этих минералов.

Химический состав воды для подпитки, включая количество растворенных минералов, может варьироваться в широких пределах. Подпиточная вода с низким содержанием растворенных минералов, например из поверхностных источников воды (озера, реки и т. Д.), Обычно агрессивна по отношению к металлам (вызывает коррозию). Подпиточная вода из источников грунтовых вод (например, колодцев ) обычно содержит больше минералов и имеет тенденцию к образованию накипи (отложение минералов). Увеличение количества минералов в воде за счет езды на велосипеде может сделать воду менее агрессивной для трубопроводов; однако чрезмерное содержание минералов может вызвать проблемы с образованием накипи.

По мере увеличения циклов концентрации вода может не удерживать минералы в растворе. Когда растворимость этих минералов превышена, они могут выпадать в осадок в виде твердых минеральных веществ и вызывать проблемы загрязнения и теплообмена в градирне или теплообменниках . Температура оборотной воды, трубопроводов и поверхностей теплообмена определяет, будут ли и где минералы выпадать в осадок из оборотной воды. Часто профессиональный консультант по водоподготовке оценивает подпиточную воду и условия эксплуатации градирни и порекомендует подходящий диапазон для циклов концентрирования. Использование химикатов для обработки воды , предварительная обработка, такая как смягчение воды., регулировка pH и другие методы могут влиять на допустимый диапазон циклов концентрирования.

Циклы концентрирования в большинстве градирен обычно составляют от 3 до 7. В Соединенных Штатах во многих системах водоснабжения используется вода из колодцев, которая имеет значительные уровни растворенных твердых частиц. С другой стороны, один из крупнейших источников водоснабжения Нью-Йорка имеет поверхностный источник дождевой воды с довольно низким содержанием минералов; таким образом, градирням в этом городе часто позволяют сконцентрироваться до 7 или более циклов концентрации.

Поскольку более высокие циклы концентрации представляют меньшее количество подпиточной воды, усилия по сбережению воды могут быть сосредоточены на увеличении циклов концентрации. ^[19] Оборотная вода с высокой степенью очистки может быть эффективным средством снижения потребления питьевой воды градирнями в регионах, где питьевая вода недостаточна. ^[20]

Обслуживание [ править ]

Удалите видимую грязь и мусор с бассейна с холодной водой и поверхностей с любой видимой биопленкой (например, слизью). ^{[ необходима цитата ]}

Уровни дезинфицирующих средств и других химических веществ в градирнях и гидромассажных ваннах следует постоянно поддерживать и регулярно контролировать. ^[21]

Следует регулярно проверять качество воды (в частности, уровень аэробных бактерий) с помощью опускных стекол , поскольку присутствие других организмов может поддерживать легионеллу, производя органические питательные вещества, необходимые ей для развития. ^{[ необходима цитата ]}

Очистка воды [ править ]

Помимо обработки циркулирующей охлаждающей воды в крупных промышленных градирнях для минимизации образования накипи и загрязнения , воду следует фильтровать для удаления твердых частиц, а также добавлять биоциды и альгициды, чтобы предотвратить рост, который может помешать непрерывному потоку воды. ^[17] При определенных условиях биопленка из таких микроорганизмов, как бактерии, грибки и водоросли, может очень быстро расти в охлаждающей воде и может снизить эффективность теплопередачи градирни. Биопленку можно уменьшить или предотвратить с помощью хлора.или другие химические вещества. Обычная промышленная практика заключается в использовании двух биоцидов, таких как окислительный и неокисляющий, для дополнения сильных и слабых сторон друг друга и обеспечения более широкого спектра атак. В большинстве случаев используется постоянный низкоуровневый окисляющий биоцид, а затем чередуется периодическая ударная доза неокисляющих биоцидов. ^{[ необходима цитата ]}

Расход воды в градирне зависит от сноса, стравливания, потерь от испарения. Вода, которая немедленно пополняется в градирне из-за потерь, называется подпиточной водой. Функция подпиточной воды - обеспечивать безопасную и стабильную работу машин и оборудования.

Болезнь легионеров [ править ]

Еще одна очень важная причина для использования биоцидов в градирен, чтобы предотвратить рост Legionella , в том числе видов , которые вызывают легионеллеза или болезнь легионеров, в первую очередь L. pneumophila , ^[22] или Mycobacterium Авиум . ^[23] Различные виды Legionella являются причиной болезни легионеров у людей, и передача происходит через воздействие аэрозолей - вдыхание капель тумана, содержащих бактерии. Общие источники легионеллывключают градирни, используемые в открытых рециркуляционных системах испарительного охлаждения, системах горячего водоснабжения, фонтанах и аналогичных распределителях, которые подключаются к коммунальному водопроводу. Природные источники включают пресноводные пруды и ручьи. ^{[24] [25]}

Французские исследователи обнаружили, что бактерии Legionella перемещались по воздуху на расстояние до 6 километров (3,7 миль) от большой загрязненной градирни на нефтехимическом заводе в Па-де-Кале, Франция. В результате этой вспышки погиб 21 человек из 86, у которых была лабораторно подтвержденная инфекция. ^[26]

Дрейф (или парусность) - это термин, обозначающий капли воды из технологического потока, которые могут вырваться из выпускной трубы градирни. Сепараторы сноса используются для того, чтобы поддерживать скорость сноса, как правило, на уровне 0,001–0,005% от скорости циркулирующего потока. Типичный каплеуловитель обеспечивает многократное изменение направления воздушного потока для предотвращения утечки капель воды. Хорошо спроектированный и хорошо подогнанный каплеуловитель может значительно снизить потери воды и вероятность заражения легионеллой или химического воздействия на воду. Кроме того, примерно каждые шесть месяцев проверяйте состояние каплеуловителей, чтобы убедиться в отсутствии зазоров для свободного стекания грязи. ^[27]

В США Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) не рекомендует , чтобы учреждения здравоохранения регулярно проверять для pneumophila Legionella бактерий. Плановый микробиологический мониторинг на легионеллу остается спорным, потому что его присутствие не обязательно свидетельствует о возможности вызвать заболевание. CDC рекомендует агрессивные меры дезинфекции для очистки и обслуживания устройств, которые, как известно, переносят легионеллу , но не рекомендует проводить регулярные микробиологические анализы на наличие бактерий. Однако плановый мониторинг питьевой воды в больнице может быть рассмотрен в определенных условиях, когда люди очень восприимчивы к болезням и смертности от инфекции Legionella (например,единицы трансплантации гемопоэтических стволовых клеток или единицы трансплантации твердых органов). Кроме того, после вспышки легионеллеза официальные лица здравоохранения соглашаются с тем, что мониторинг необходим для выявления источника и оценки эффективности биоцидов или других профилактических мер. ^{[28] [ неудачная проверка ]}

Исследования обнаружили легионеллу в 40–60% градирен. ^[29]

Терминология [ править ]

• Windage or Drift - Капли воды, которые выносятся из градирни вместе с отработанным воздухом. Капли сноса имеют такую ​​же концентрацию примесей, как и вода, поступающая в градирню. Скорость сноса обычно снижается за счет использования устройств, похожих на перегородки, называемых каплеуловителями, через которые воздух должен проходить после выхода из зон заполнения и распыления градирни. Снос также можно уменьшить, используя более высокие температуры на входе в градирню.

• Выдув - капли воды, выдуваемые ветром из градирни, как правило, через отверстия для впуска воздуха. Вода также может теряться при отсутствии ветра из-за разбрызгивания или запотевания. Для ограничения этих потерь используются такие устройства, как ветровые экраны, жалюзи, брызговики и водоотводчики.

• Шлейф - поток насыщенного отработанного воздуха, выходящий из градирни. Шлейф виден, когда водяной пар, который он содержит, конденсируется при контакте с более холодным окружающим воздухом, как насыщенный воздух в тумане изо рта в холодный день. При определенных условиях шлейф градирни может создавать опасность запотевания или обледенения для окружающей среды. Обратите внимание, что вода, испарившаяся в процессе охлаждения, является «чистой» водой, в отличие от очень небольшого процента капель или воды, выдуваемых из воздухозаборников.

• Отвод или продувка - часть циркулирующего потока воды, которая удаляется (обычно сбрасывается в канализацию) для поддержания общего количества растворенных твердых веществ (TDS) и других примесей на приемлемо низком уровне. Более высокая концентрация TDS в растворе может быть результатом большей эффективности градирни. Однако чем выше концентрация TDS, тем выше риск образования накипи, биологического роста и коррозии. Величина продувки в первую очередь определяется путем измерения электропроводности.оборотной воды. Биологический рост, образование накипи и коррозия можно предотвратить с помощью химикатов (соответственно биоцида, серной кислоты, ингибитора коррозии). С другой стороны, единственный практический способ уменьшить электрическую проводимость - это увеличить количество продувочного разряда с последующим увеличением количества чистой подпиточной воды.

• Нулевая продувка для градирен , также называемая нулевой продувкой для градирен , - это процесс, значительно снижающий потребность в удалении воды с остаточными твердыми частицами из системы, позволяя воде удерживать больше твердых частиц в растворе . ^{[30] [31] [32]}

• Подпитка - вода, которую необходимо добавить в систему циркуляции воды, чтобы компенсировать потери воды, такие как испарение, снос, продувка, продувка и т. Д.

• Шум - Звуковая энергия, излучаемая градирней и слышимая (записанная) на заданном расстоянии и в заданном направлении. Звук возникает в результате удара падающей воды, движения воздуха вентиляторами, движения лопастей вентилятора в конструкции, вибрации конструкции и двигателей, редукторов или приводных ремней.

• Подход - Подход заключается в разнице температур между температурой охлажденной воды и температурой входящего воздуха по влажному термометру (twb). Поскольку градирни основаны на принципах испарительного охлаждения, максимальная эффективность градирни зависит от температуры воздуха по влажному термометру. Температура по влажному термометру - это тип измерения температуры, который отражает физические свойства системы со смесью газа и пара, обычно воздуха и водяного пара.

• Диапазон - Диапазон представляет собой разницу температур между входом теплой воды и выходом охлажденной воды.

• Заполнение - внутри градирни добавляются наполнители для увеличения поверхности контакта, а также времени контакта между воздухом и водой, чтобы обеспечить лучшую теплопередачу. Эффективность башни зависит от выбора и количества заливки. Можно использовать два типа заливок:
  • Наполнитель пленочного типа (заставляет воду растекаться в тонкую пленку)
  • Заливка по типу брызг (разбивает падающую струю воды и прерывает ее вертикальное продвижение)

• Полнопоточная фильтрация - Полнопоточная фильтрация непрерывно удаляет твердые частицы из всего потока системы. Например, в 100-тонной системе расход будет примерно 300 галлонов / мин. Фильтр будет выбран для обеспечения полной скорости потока 300 галлонов / мин. В этом случае фильтр обычно устанавливаются после охлаждающей башни на нагнетательной стороне насоса. Хотя это идеальный метод фильтрации, для систем с более высоким расходом он может быть дорогостоящим.

• Фильтрация бокового потока- Боковая фильтрация, хотя и популярна и эффективна, не обеспечивает полной защиты. При боковой фильтрации часть воды фильтруется непрерывно. Этот метод работает по принципу, согласно которому непрерывное удаление частиц сохраняет систему в чистоте. Производители обычно устанавливают боковые фильтры на салазках в комплекте с насосом и элементами управления. Для систем с высоким расходом этот метод экономичен. Правильный размер системы фильтрации с боковым потоком имеет решающее значение для получения удовлетворительных характеристик фильтра, но есть некоторые споры о том, как правильно выбрать размер системы с боковым потоком. Многие инженеры рассчитывают систему так, чтобы она непрерывно фильтровала воду в бассейне градирни со скоростью, эквивалентной 10% от общего расхода циркуляции. Например, если общий поток системы составляет 1200 галлонов / мин (система на 400 тонн),указана система с боковым потоком 120 галлонов / мин.

• Цикл концентрирования - максимально допустимый множитель количества различных веществ в оборотной воде по сравнению с количеством этих веществ в подпиточной воде.

• Обработанная древесина - конструкционный материал для градирен, который в начале 2000-х годов был в значительной степени заброшен. Он до сих пор иногда используется из-за его низких начальных затрат, несмотря на небольшой ожидаемый срок службы. Срок службы обработанной древесины сильно варьируется в зависимости от условий эксплуатации башни, таких как частота отключений, обработка оборотной воды и т. Д. При надлежащих условиях работы расчетный срок службы элементов конструкции из обработанной древесины составляет около 10 лет.

• Выщелачивание - потеря химикатов, защищающих древесину, из-за промывающего действия воды, протекающей через градирню для деревянных конструкций.

• Пултрузионный стеклопластик - распространенный конструкционный материал для небольших градирен, армированный волокном пластик (FRP) известен своей высокой устойчивостью к коррозии. Пултрузионный стеклопластик производится с использованием технологии пултрузии и стал наиболее распространенным конструкционным материалом для небольших градирен. Он предлагает более низкие затраты и требует меньшего обслуживания по сравнению с железобетоном, который до сих пор используется для больших конструкций.

Производство тумана [ править ]

При определенных условиях окружающей среды можно увидеть струи водяного пара, поднимающиеся из выпускного отверстия градирни, и их можно принять за дым от пожара. Если наружный воздух находится на насыщении или близком к нему, а градирня добавляет в воздух больше воды, может выходить насыщенный воздух с жидкими каплями воды, что выглядит как туман. Это явление обычно происходит в прохладные влажные дни, но редко во многих климатических условиях. Туман и облака, связанные с градирнями, можно охарактеризовать как однородный, как и с другими облаками антропогенного происхождения, такими как инверсионные следы и следы кораблей . ^[33]

Это явление можно предотвратить, снизив относительную влажность насыщенного нагнетаемого воздуха. Для этого в гибридных градирнях насыщенный нагнетаемый воздух смешивается с нагретым воздухом с низкой относительной влажностью. Некоторое количество воздуха попадает в градирню выше уровня каплеуловителя, проходя через теплообменники. Относительная влажность сухого воздуха снижается еще больше, когда он нагревается при входе в градирню. Отводимая смесь имеет относительно более низкую относительную влажность и туман незаметен.

Загрязнение выбросами солей [ править ]

Когда водяные градирни с добавлением морской воды устанавливаются в различных отраслях промышленности, расположенных в прибрежных районах или вблизи них, снос мелких капель, выбрасываемых из градирен, содержит около 6% хлорида натрия, который откладывается на близлежащих участках суши. Это отложение натриевых солей на близлежащих сельскохозяйственных / растительных землях может преобразовать их в натриевые засоленные или натриевые щелочные почвы в зависимости от природы почвы и повысить натриевость грунтовых и поверхностных вод. Проблема осаждения солей из таких градирен усугубляется там, где не вводятся или не выполняются национальные стандарты контроля за загрязнением, чтобы свести к минимуму дрейфовые выбросы из мокрых градирен с добавлением морской воды. ^[34]

Вдыхаемые взвешенные твердые частицы размером менее 10 микрометров (мкм) могут присутствовать в отходах от градирен. Более крупные частицы размером более 10 мкм обычно фильтруются в носу и горле через реснички и слизь, но твердые частицы размером менее 10 мкм, называемые PM ₁₀ , могут оседать в бронхах и легких и вызывать проблемы со здоровьем. Точно так же частицы размером менее 2,5 мкм (PM _2,5 ) имеют тенденцию проникать в области газообмена легких, а очень мелкие частицы (менее 100 нанометров) могут проходить через легкие и воздействовать на другие органы. Хотя общие выбросы твердых частиц от мокрых градирен с подпиткой пресной водой намного меньше, они содержат больше PM ₁₀ и PM _2,5.чем суммарные выбросы от мокрых градирен с подпиткой морской водой. Это связано с меньшим содержанием соли в дрейфе пресной воды (ниже 2 000 ppm) по сравнению с содержанием соли в дрейфе морской воды (60 000 ppm). ^[34]

Использовать в качестве дымовой трубы [ править ]

На некоторых современных электростанциях, оборудованных системой очистки дымовых газов , таких как Гроскротценбургская электростанция и Ростокская электростанция , градирня также используется в качестве дымовой трубы (промышленной трубы), что позволяет сэкономить на стоимости отдельной конструкции дымохода. На установках без очистки дымовых газов могут возникнуть проблемы с коррозией из-за реакции неочищенных дымовых газов с водой с образованием кислот .

Иногда градирни с естественной тягой строятся из конструкционной стали вместо бетона (RCC), когда время строительства градирни с естественной тягой превышает время строительства остальной части станции или местный грунт имеет низкую прочность, чтобы выдерживать тяжелые нагрузки. вес градирен RCC или цены на цемент выше на объекте, чтобы выбрать более дешевые градирни с естественной тягой, изготовленные из конструкционной стали.

Работа в морозную погоду [ править ]

Некоторые градирни (например, системы кондиционирования воздуха в небольших зданиях) сезонно отключаются, осушаются и готовятся к зиме, чтобы предотвратить повреждение от замерзания.

Зимой на других объектах постоянно работают градирни с температурой воды 4 ° C (39 ° F), выходящей из градирни. В холодном климате часто используются бассейновые обогреватели, водоотвод из градирни и другие методы защиты от замерзания. Неисправные работающие градирни могут замерзнуть в очень холодную погоду. Обычно замерзание начинается на углах градирни с пониженной или отсутствующей тепловой нагрузкой. В условиях сильного замерзания могут образовываться растущие объемы льда, что приводит к увеличению нагрузок на конструкцию, что может вызвать повреждение или обрушение конструкции.

Для предотвращения замерзания используются следующие процедуры:

• Не рекомендуется использовать байпасные системы с регулируемой регулировкой воды в холодную погоду. В таких ситуациях гибкость управления двигателями с регулируемой скоростью, двухскоростными двигателями и / или двухскоростными двигателями многоячеечной башни следует рассматривать как требование. ^{[ необходима цитата ]}
• Не эксплуатируйте вышку без присмотра. Дистанционные датчики и сигнализация могут быть установлены для наблюдения за состоянием башни.
• Не эксплуатируйте градирню без тепловой нагрузки. Подогреватели бассейна могут использоваться для поддержания температуры воды в поддоне градирни выше точки замерзания. Тепловой провод («нагревательная лента») представляет собой резистивный нагревательный элемент, который устанавливается вдоль водопроводных труб для предотвращения замерзания в холодном климате.
• Поддерживайте расчетный расход воды над заливом градирни.
• Управляйте потоком воздуха или уменьшайте его, чтобы поддерживать температуру воды выше точки замерзания. ^{[ необходима цитата ]}

Опасность пожара [ править ]

Градирни, полностью или частично построенные из горючих материалов, могут способствовать распространению внутреннего огня. Такие пожары могут стать очень интенсивными из-за высокой удельной площади поверхности башен, а пожары могут еще больше усилиться за счет естественной конвекции или создаваемой вентилятором тяги. Получающееся в результате повреждение может быть достаточно серьезным, чтобы потребовать замены всей сотовой или вышной конструкции. По этой причине некоторые нормы и стандарты ^[35] рекомендуют оснащать горючие градирни автоматической системой пожаротушения.. Пожары могут распространяться внутри конструкции башни, когда ячейка не работает (например, для технического обслуживания или строительства), и даже во время работы башни, особенно с принудительной тягой, из-за наличия относительно сухих участков. внутри башен. ^[36]

Структурная устойчивость [ править ]

Будучи очень большими сооружениями, градирни подвержены повреждениям от ветра, и в прошлом произошло несколько серьезных отказов. На электростанции Ferrybridge 1 ноября 1965 года, станция была местом крупной структурной недостаточности , когда три из градирен разрушилась вследствие колебаний в 85 миль в час (137 км / ч) ветров. ^[37] Хотя конструкции были построены так, чтобы выдерживать более высокие скорости ветра, форма градирен заставляла западные ветры попадать в сами башни, создавая вихрь.. Три из восьми первоначальных градирен были разрушены, а остальные пять серьезно повреждены. Позднее башни были перестроены, и все восемь градирен были усилены, чтобы выдерживать неблагоприятные погодные условия. Строительные нормы и правила были изменены, чтобы включить улучшенную структурную поддержку, и были проведены испытания в аэродинамической трубе для проверки конструкций и конфигурации башни. ^{[ необходима цитата ]}

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме градирни .

• Что такое градирня? - Институт технологий охлаждения
• «Градирни» - включает схемы - Виртуальный атомный турист
• Руководство по влажной градирне для твердых частиц, Министерство окружающей среды Канады.
• Яркие фотографии заброшенных градирен в Европе, сделанные Реджинальдом Ван де Вельде, Lonely Planet, 15 февраля 2017 г. (см. Также отрывок из радиоинтервью , World Update , BBC, 21 ноября 2016 г.)