Применение и принцип работы испарительных градирен

Рассмотрим применение и принцип работы испарительных градирен, которые служат для охлаждения воды в промышленных целях. Некоторые производства часто используют, так называемую, оборотную воду, то есть воду технического назначения, которая применяется неоднократно. Она служит как охлаждающий агент в промышленных теплообменниках. В зависимости от типа аппарата, она пропускается либо по внутренним трубкам, либо обтекает его снаружи, заполняя наружную область вокруг аппарата (рубашку). Охлаждая продукт, сама она при этом нагревается, возвращается к устройству для снижения температуры, затем совершает оборот. Такая циркуляция делает производство экономичным.

Классификация охлаждающих установок

По характеру действия эти устройства подразделяются на: сухие (в них охлаждение происходит с помощью воздуха, нагнетаемого вентилятором), гибридные (происходит смешанный отвод тепла, для чего используется комбинация разных способов), испарительные (охлаждение воды движущимся навстречу воздухом, так как, согласно физическим законам, при испарении жидкости происходит снижение ее температуры).

Такие устройства также бывают различного типа: вентиляторные — с принудительной циркуляцией воздуха, башенные, открытые.

Порядок действия установок с принудительным воздухообменом

Испарительные градирни
Испарительные градирни

Эти устройства состоят из следующих элементов: корпуса, в котором находится охлаждаемая вода, оросителя — специальной системы с большой поверхностью (при стекании воды по ней происходит ускорение процесса улетучивания), вентилятора для прогонки воздуха, устройства для отделения капель из отработанного воздуха, емкости для сбора воды после орошения, разбрызгивателей.

Горячая вода с помощью специальных устройств разбрызгивается над оросительной решеткой. При этом в ороситель нагнетается холодный воздух.

Чтобы понять суть применения и принципа работы испарительных градирен, надо вспомнить, что охлаждение происходит за счет улетучивания жидкости. Холодная вода падает в нижний сборник, уходит на циркуляцию, а нагретый воздух с капельками уносится наружу. Для экономии воды капли улавливаются, стекают обратно. Такие устройства отличаются быстрой, четкой работой в любом производстве, минимальными потерями влаги. Их можно использовать для действия с разной производительностью: от 50 м3/час до 1000 м3/час. Их эффективность практически не зависит от условий окружающей среды. Рабочие температуры: от -40°C до +40°C. Они просты по действию, несложны в обслуживании. Однако существенным недостатком является дороговизна процесса из-за использования электроэнергии на перекачивание воздуха, а также необходимость сложной очистки или замены труб из-за образования отложений веществ, имеющихся в технической воде.

Башенные установки

Наиболее широко известны башенные установки для охлаждения оборотной воды. Основным элементом такой установки является вытяжная башня, из которой естественным путем вытесняется воздух при стекании воды по большим поверхностям, устанавливаемым внутри башни. При этом вода, воздух движутся навстречу друг другу, происходит теплообмен.

Этот метод подходит для производств, связанных с очень большим потреблением охлажденной технической воды (химические заводы, атомные станции). Они располагаются непосредственно на производственной территории, снабжая все цеха предприятия. Перерабатывают огромное количество жидкости, не требуя больших материальных, энергетических затрат.

Однако строить их имеет смысл только на крупных предприятиях, так как возвести такую конструкцию непросто, требуется сложная строительная техника, материалы, большие расходы на само строительство. Высота таких башенных конструкции может достигать 200 метров, а площадь испарения до 10000 м2. Башни изготавливаются из сверхпрочного бетона.

Открытое охлаждение

Его действие заключается в том, что вода, разбрызгиваемая в открытом бассейне, охлаждается естественным путем за счет ветра, перемещающегося над поверхностью. Для того чтобы предотвратить захватывание и унос влаги ветром, вокруг устанавливаются решетки в виде жалюзи, по которым брызги стекают обратно. Этот метод практически не имеет затрат и очень прост. Однако погода имеет решающее значение, зависимость от ветра затрудняет его использование. Оно невозможно там, где работа производства имеет непрерывный график. Кроме того, для эффективности такой установки нужна большая поверхность испарения. Они занимают много места.

Работа испарительных градирен
Работа испарительных градирен

Установки открытого типа, так же, как башни предназначены для больших объектов, требующих постоянного обновления воды в аппаратах. Их производительность рассчитана на переработку более 6000 тон воды в час.

Применение испарительных установок различного типа

Особенности применения и принципа работы испарительных градирен связывают их с такими областями, как:

  • Энергетика. Охлаждение тепловых установок играет важную роль в работе электростанций, особенно атомных. Здесь от работы системы охлаждения зависит работа реакторов, безопасность эксплуатации оборудования, предотвращение малейшей возможности аварии, следовательно — здоровье и жизнь людей. Кроме того, циклическое использование воды не дает вредных отходов, обеспечивает потребности производств.
  • Химические предприятия. Химические производства потребляют огромное количество воды. Использование оборотных потоков не только экономически выгодно, но и предотвращает сброс химических отходов в реки или другие источники, является необходимым с точки зрения защиты природы от вредного действия химических веществ. Теплообменники, использующие оборотную воду, применяются в любом химическом процессе, будь то получение пластмасс, красителей, стиральных средств или лекарств и биологических добавок.

    Градирни на воде
    Градирни на воде
  • Нефтеперерабатывающие производства. В цехах по перегонке нефти, получении из нее разнообразных компонентов (бензина, керосина, растворителей, мазута и многих других) также широко используются теплообменные аппараты, работающие на оборотной воде. Примеси продуктов этого производства улавливаются, чтобы уберечь от загрязнений окружающую природу. Очищенная вода циркулирует от аппаратов к испарителям, обеспечивая безопасную работу;
  • Металлургические заводы используют такие установки для охлаждения оборудования для литья, проката;
  • Холодильники на крупных заводах по переработке мяса, рыбы, овощей и других продуктов сельского хозяйства, агрегаты для поддерживания низкой температуры в магазинных витринах и на овощехранилищах;
  • Добыча соли. Это производство — первое, которое начало применять такие установки. Выпаривание соли положило начало разработке и проектированию устройств для промышленного охлаждения воды;
  • Охлаждение и очистка воздуха крупных городских объектов.

От производительности, эффективности, качества работы этих установок зависит работа всех этих и многих других отраслей.

Достоинства и недостатки испарительных установок

Испарение от градирен
Испарение от градирен

По сравнению с устройствами других типов эти установки имеют неоспоримые достоинства:

  1. Экономичность за счет малого расхода электричества;
  2. Большая производительность и скорость охлаждения воды для промышленных целей;
  3. Простота устройства, для создания установок не требуется оснащение сложной техникой, электроникой, подъемными механизмами;
  4. Технология, не требующая сложного обслуживания. Принцип действия достаточно прост и не требует больших затрат труда;
  5. Применение для защиты окружающей среды от вредных отходов, экологичность. Это особенно важно в наши дни, когда вопрос экологии имеет важнейшее значение;
  6. Работа при высоких и низких температурах;
  7. Близость к месту потребления воды, способствующая уменьшению расходов на устройство сложных и длинных водопроводных линий;
  8. Быстрое охлаждение жидкости от +45°C до +15°C;
  9. Возможность доступа к внутренним частям оборудования для очистки, ремонта или замены деталей;
  10. Широкие возможности использования в самых различных областях промышленности и повседневной жизни человека.

Недостатками таких установок являются:

  • Невозможность точного контроля температуры охлаждения, так как она в большой степени зависит от температуры воздуха, от климата данной местности. В местах с холодным климатом охлаждение происходит быстрее, а в жарком климате эффективность охлаждения меньше;
  • Эти установки не применяются в местности с очень низкими зимними температурами, так как возможно замерзание воды, разрушение агрегата. Шум при работе, сложность строительства также не всегда устраивают.