Водоуловитель для градирни

chladící věže
Эксплуатация градирен в зимнее время
28/11/2018

Водоуловитель для градирни

Использован источник: В.С Пономаренко, Ю.І. Арефьев «Градирни промышленных и энергетических предприятий»
Работающая градирня выбрасывает в атмосферу воздух насыщенный водяными парами и содержащий капельки воды размером 100-500 мкм. Значение капельного уноса регламентируется нормативными документами. Капельный унос определяется так же, как потери воды вследствие уноса ветром в процентах от расхода охлаждаемой воды. Значение допускаемого СНиПом уноса зависит от вида охладителя и состава загрязнений оборотной воды. Фактическая эффективность водоуловителей согласно опубликованным отечественным и зарубежным данным колеблется в пределах 0,001-0,5 %, по сообщениям из Японии это значение для поперечноточных градирен с водораспределением без разбрызгивания составляет 0,0001 %. Такое разнообразие оценок значения уноса может быть объяснено различием не только условий, в которых работают водоуловители (скорость воздуха, расход воды, конструкция и размеры водоуловителя и градирни), но и методов измерения капельного уноса. При сопоставлении технологических характеристик различных водоуловителей следует обязательно обращать внимание на условия и методику испытаний сравниваемых конструкций. Эти требования объясняются многообразием существующих на сегодня методик и приборов для испытаний водоуловителей, а также большим влиянием на результаты таких факторов, как качество монтажа водоуловителей, скорость движения воздуха, конструкции водораспределителя и оросителя, размеры капель, плотность орошения. По этим причинам, например, фирма «Евро-Ментурс» (Германия) в каталогах своих водоуловителей (1990 г.) специально оговаривает, что приведенные в них данные получены для противоточных градирен в лабораторных условиях на оборудовании фирмы при идеальной установке образцов. Указывается скорость движения воздуха (3 и 3,5 м/с) и плотность орошения 15 и 22 м3/м2·ч для каждого типа водоуловителей. Чтобы в натуральных условиях получить такие же высокие показатели водоулавливания (0,007 и 0,001%), как и при лабораторных испытаниях, фирма считает необходимым соблюдение следующих основных требований: тщательная расстановка блоков водоуловителя так, чтобы не было сквозных щелей между блоками; вертикальная составляющая скорости движения воздуха не должна превосходить максимально допустимое значение ни в одной точке водоуловителя по всему сечению градирни; все измерения характеристик водоуловителя должны производится непосредственно над водоуловителем по методике фирмы или согласованной с ней; монтаж и сборка профильных (жалюзийных) водоуловителей должны осуществляется по инструкции. В течение 30-ти лет НИИ ВОДГЕО занимается исследованием и разработкой конструкций водоуловителей. Вначале измерения водоулавливающей способности производитель объемным способом, однако этот способ при испытаниях полномасштабных образцов водоуловителей требует больших затрат времени и обеспечивает погрешность измерений лишь до 0,01%, что в настоящее время не всегда достаточно. Поэтому были разработаны и задействованы специальная опытная установка и методика, обеспечивающая необходимую точность результатов (0,001%) в соответствии с уровнем современных мировых требований. По этой методике измерение количества уносимой через водоуловитель в виде капель воды производится кондуктометрическим прибором, разработанным в НИИ ВОДГЕО. В этом приборе капли воды из воздушного потока, прошедшего через водоуловитель, осаждаются на электропроводную бумагу, способную изменить свое электрическое сопротивление пропорционально количеству осевшей на нее влаги. С помощью прибора НИИ ВОДГЕО можно в течение короткого времени (около 30 с) с достаточной точностью определить унос воды в любой точке над водоуловителем в широком диапазоне скорости воздуха и плотности орошения и таким образом снять поле концентраций капель вводы в воздухе, подробно исследовать распределение уноса над водоуловителем и оценить эффективность самого водоуловителя. Все известные конструкции водоуловителей работают по одному принципу – осаждение летящих вверх капелек воды на препятствии за счет инерции при отклонении воздушного потока для огибания этого препятствия. В качестве препятствия используются деревянные, асбестоцементные или пластмассовые дощечки, планки, лопатки, соты (каналы) различной конфигурации, располагаемые в 1-3 рада, а также волокна сеток. Различные типы водоуловителей отличаются друг от друга не только материалом, но и формой указанных элементов (препятствий) и их расположением. Долгое время основным типом водоуловителей, использовавшихся в отечественных градирнях, были деревянные жалюзийные. Однако они удовлетворяют предъявляемым требованиям только при качественном изготовлении и монтаже; нуждаются в специальной раскладке блоков и постоянном надзоре за состоянием конструкций в процессе эксплуатации, поскольку в условиях работы градирен быстро разрушаются и теряют оптическую плотность, что приводит к резкому увеличению уноса капель. Кроме того, дерево становится все более дорогостоящим и дефицитным материалом и требует специальной обработки против гниения. Поэтому все большее внимание уделяется разработке и освоению водоуловителей из полимерных материалов. Как конструкционный материал пластмассы позволяют значительно усовершенствовать конфигурацию водоуловителей и снизить их массу, но требуют при этом высокой технологичности изготовления. Несоблюдение этого требования не позволяет внедрить в промышленность даже самую эффективную конструкцию пластмассового водоуловителя. В то же время в угоду технологичности нельзя поступаться требованиями, которыми должен отвечать водоуловитель как элемент, соответствующий своему назначению в работе градирни. Конфигурация водоуловителя во многом определяет характер потока воздуха на входе в конфузор и подходе к вентилятору. Конфигурация и расположение лопаток и решеток водоуловителя должны обеспечивать направления потока воздуха вертикально вверх к вентилятору, выполняя в этом случае функцию направляющего аппарата. При этом аэродинамическое сопротивление лучших образцов известных зарубежных водоуловителей не превосходит 2,3-3 скоростных напора. Водоулавливающая способность водоуловителей существенно зависит от скорости воздуха перед ним и плотности орошения qж. Эта зависимость может быть представлена в виде:
или, принимая для упрощения x=y, что не всегда достаточно правомерно,
где qун.т. – табличные значения qун при Ѡ=2,35 м/с и qж=6,2 м3/(м2·ч) При накоплении и анализе данных выяснилось, что значе¬ния х и у сильно разнятся для различных конструкций водоуловителей, что легко объяснить большим разнообразием струкур потоков воздуха, а также значений и форм площадей для осаждения и задержания капелек. В то же время диапазон скоростей воздуха, в котором работают водоуловители градирен, невелик: в вентиляторных градирнях он равен 2-3 м/с, причем в типовых не превышает 2,5 м/с, в малогабаритных достигает 4 м/с, в башенных – обычно 0,7-1,3 м/с. Вместе с тем конструкции водоуловителей не являются универсальными для всех скоростей и условий работы. Так жалюзийные двухрядные водоуловители обычно малоэффективны при скоростях воздуха свыше 2,5 м/с и скошенных его потоках. Аналогичным образом это относится и к аэродинамическому сопротивлению водоуловителей. Что касается плотности орошения, то на значение капельного уноса преобладающее влияние оказывает гранулометрический (дисперсный) состав капель, находящийся в потоке воздуха, а не плотность орошения. Поэтому рациональнее производить испытания водоуловителей в зависимости от их назначения не мене чем при трех скоростях воздуха и достаточно строгом гидравлическом режиме в части дисперсности и расхода капельного потока, и этими данными пользоваться при расчетах капельного уноса. Изложенные принципы и закладываются при составлении характеристик современных пластмассовых водоуловителей. На рис. 1 показаны схемы пластмассовых водоуловителей, изготавливаемых в настоящее время. НИИ ВОДГЕО принимал участие в той или иной степени в разработке этих водоуловителей и провел их технологические испытания. Все они обладают водоулавливающей способностью, отвечающей требованиям СНиП (табл. 1). Водоуловитель с криволинейным очертанием лопаток (полуволн) изготавливается из жесткого поливинилхлорида. Пластины-лопатки поставляются потребителям преимущественно в связанных пакетах по 10-20 штук в комплекте с монтажными и дистанционными трубками. Сборка пластин в блоки водоуловителя производится на месте монтажа градирни в соответствии с конструкторской документацией. Возможна поставка водоуловителя готовыми блоками, имеющими габариты, указанные потребителем.
Рис. 1 – Схемы пластмассовых водоуловителей: а — пластина водоуловителя ВОЖ-1; б — схема сборки пластин ВОЖ-1 в блок БВОЖ-1 Водоуловитель уголковый разработан АОЗТ ”ИЦ ВНИИГ”. Высота каплеулавливающей пластины (уголка) равна 187 мм, длина - 1,6 м. Изготавливается он из ПВХ и стеклопластика. Трапециевидный водоуловитель состоит из профилированных пластин, соединенных в блоки при помощи полимерных трубок и дистанционных гильз между пластинами. Пластины изготавливаются из стабилизированного ПНД (заводом ”АНД ГАЗТРУБПЛАСТ”) или пластифицированного ПВХ. Рабочие элементы ячеистого водоуловителя имеют в вертикальном сечении высотой 160 мм криволинейное очертание, по форме близкое к волне, а в плане (по длине) вид извилистой линии с чередующимися плоскими вершинами и впадинами длиной по 50 мм. Такая форма рабочих элементов позволяем при стыковке вершин со впадинами смежных элементов создать ячеистую конструкцию водоуловителя. Для придания выходящему из водоуловителя потоку воздуха вертикального направления и удобства монтажа рабочие элементы имеют сверху и снизу плоские участки (отгибы). Рабочие элементы ячеистого водоуловителя изготавливают из винипластовой каландрированной пленки толщиной 0,4-1,1 мм марки КПО. Эта пленка применяется как антикоррозионный материал, стойкий к кислотам и щелочам, для изготовления изделий технического назначения. Материал не горит и не поддерживает горения. Температурный диапазон эксплуатации пленки от -50 до +60 °С. Скрепление рабочих элементов водоуловителя между собой и сборка их в блоки производится при помощи фиксирующих элементов - пластмассовых трубок, развальцованных по концам. Фиксирующий элемент – трубка толстостенная 10-20 мм из ПВХ. Материал трубок не горит при отсутствии инициирующего пламени и предназначен для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах. Температурный диапазон их эксплуатации от -50 до +60 °С. Материалы, из которых изготовлен водоуловитель, в условиях монтажа и эксплуатации не выделяют в окружающую среду токсичных веществ и не оказывают вредного воздействия на организм человека. Весьма перспективны водоуловители сотовой конструкции. Они могут быть изготовлены из стеклоткани ПНД или ВПХ в виде монолитных блоков размерами 1,5 X 1 X 0,25 м с каналами прямолинейного очертания в вертикальной плоскости. При виде сверху водоуловитель представляет собой шестигранные соты. Решетчатый водоуловитель собирается из трех-пяти слоев призм ПР50. Из ПР50 могут быть собраны водоуловители различной высоты для обеспечения требуемой степени водоулавливания. Сборка водоуловителей осуществляется простой укладкой элементов ПР50 на несущие балки при повороте каждого последующего ряда элементов на 90° по отношению к предыдущему. Это особенно удобно для малых градирен с площадью орошения до 64 м2. Для установки в больших градирнях водоуловитель из ПР50 может быть скомпонован в виде блока необходимых размеров. Водоуловитель применяется преимущественно в сочетании с оросителем из таких же призм ПР50. Таблица 1 – Технические характеристики пластмассовых водоуловителей
Призмы ПР50 изготавливаются ООО ”НПФ Техэкопром” из стабилизированного сажей полиэтилена низкого давления на базе марки 273-79. Этот материал не изменяет свои физико-механические свойства при эксплуатации градирен в зимний период с температурой наружного воздуха до -60 °С и в летний период при температуре воздуха в градирне до 50 °С. Водоуловители из профилированных полиэтиленовых пластин изготавливают в виде блоков. Пластины выполнены в виде равносторонней трапеции в поперечном сечении с вертикальными гофрами. Размеры блока равны 1 х 1,6. Отличительной особенностью водоуловителя 9 в табл. 1 является наличие на поверхности пластин водоотводящих ка¬навок для сбора и отвода капельной влаги, осевшей на поверх¬ности пластин, что приводит к повышению его водоулавливаю¬щей способности в сравнении с водоуловителем 1. В табл. 2 приведены технико-экономические показатели водоуловителей из различных материалов наиболее характерных типов из числа применяемых у нас в стране и за рубежом. Принципиальные схемы их показаны на рис. 2. Конструкции 1 и 2 (табл. 1 и рис.2) широко распространены в нашей стране и за рубежом. Конструкция 3 представляет собой два слоя оросителя из поливинилхлорида, поставленные один на другой со сдвигом на 1 лист, чтобы организовать поворот потока, идущего вдоль ложбин волн. Высота каждого слоя 125 мм. Таким образом, высота этого водоуловителя составляет 250 мм. Использование конструкций пластмассового оросителя в роли водоуловителя находит достаточно широкое применение. Конструкция водоуловителя из листов ПВХ с длиной волны 60 мм и высотой 15 мм была изготовлена и испытана в НИИ ВОДГЕО. Конструкция 4 представляет собой ячеистый водоуловитель из пористого шероховатого ударопрочного полистирола (ПШУПС). Он обеспечивает значение уноса капель при скоростях движения воздуха 2,5 и 3,2 м/с менее 0,001% при £ву= 4,1. Сотовый водоуловитель 5 по водоулавливающей способности соответствует уровню жалюзийного деревянного водоуловителя при d=50 мм (1) и асбестоцементного из волнистых листов (2), что можно вполне считать удовлетворительным. Однако по сравнению с ячеистыми водоуловителями (3 и 4) показатель по уносу у него хуже в 1,5-2 раза, а аэродинамическое сопротивление в 2-3 раза выше. Ячеисто-жалюзийный водоуловитель 6, собираемый из листов с V-образными турбулизаторами, имеет хорошую водоулавливающую способность и аэродинамическое сопротивление его в 2 раза меньше, чем у водоуловителя 5. Уменьшение £ву объясняется, повидимому, прежде всего тем, что у водоуловителя 6 центральный угол поворота равен 120°, а не 90°, как в конструкции 5. Водоуловители конструкции 7 и 8, применяемые в зарубежной практике, обладают высокой водоулавливающей способностью и предназначены для работы в градирнях с повышенными скоростями воздуха. Их характеристики приняты по каталогу фирмы Мунтерс (Евроформ). Таблица 2 – Технико-экономические характеристики водоуловителей различных конструкций

Рис. 2 – Принципиальная схема водоуловителей

 

Характеристики водоуловителей 1-6 (табл. 2) приведены для следующих условий: плотность орошения qдж= 6200 кг/(м2 · ч); скорость движения воздуха перед уловителями 2,3 м/с; напор воды перед соплами Н=4 м; водоуловители располагались на трубах водораспределительной системы; расстояние от водораспределителя до оросителя составляло 0,8 м; сопла обращены факелами вниз. В таблице приведены два распространенных способа оценки капельного уноса из градирни: в килограммах с 1 м2 площади градирни в плане за час, кг/(м2 • ч), и в граммах в 1 м3 воздуха, г/м3. Оценка эффективности работы (водоулавливающей способности) водоуловителей произведена по отношению значений уноса капель и расхода воды qун/qж (как в СНиП 2.04.02-84). Коэффициент сопротивления отнесен к скорости движения воздуха в свободном сечении градирни перед водоуловителем.

При выборе водоуловителя в конкретном случае необходимо учитывать, что каждому из них присущи свои достоинства и недостатки. Они различаются материалом, схемой сборки блоков и механической прочностью, а также значением аэродинамического сопротивления проходу воздуха.

Comments are closed.