Проектирование систем оборотного водоснабжения

Выбор градирни.

Схема оборотного водоснабжения с применением вентиляторной градирни приведена на рис. 1. При открытых вентилях 1, 2 к 3 и закрытых вентилях 5 и 6 вода из поддона градирни I забирается циркуляционным насосом III, про­ходит через конденсатор II, где нагревается с tвд1 до tвд2 и под остаточным напором направляется в градирню. Там тепло конденсации QK отдается воздуху, проходя­щему через градирню (большая часть – за счет испарения воды, а меньшая – вследствие разности температур между водой и воздухом). В результате тепло­обмена с разбрызгиваемой водой удельная энтальпия воздуха увеличивается с hв1 до hв2. Таким образом, уравнение теплового баланса имеет вид:

QK = GВД × (tвд2 – tвд1) × СВД × rВД = LГРАД × rВ × (hв2 – hв1),

где QK – тепло конденсации, кВт; GВД – количество циркулирующей воды, м3/с; tвд1 и tвд2 – температуры, соответственно, на выходе и входе из градирни (на входе и выходе в конденсатор), °С; СВД – удельная теплоемкость воды, кДж/кг; LГРАД – производительность вентилятора градирни, м3/с; rВД и rВ – плотности, соответственно, воды и воздуха, кг/м3; hв1 и hв2 – удельные энтальпии воздуха, соответственно, на входе и выходе из градирни, кДж/кг.

В данной формуле не учтено тепло, уносимое из градирни с испарившейся водой и мелкими каплями. Унос воды из градирни небольшой (3 – 10 % от количест­ва воды, циркулирующей в системе), однако в проекте сле­дует предусмотреть подпитку градирни от сети водопровода для компенсации этого уноса.

Рис. 1 – Схема оборотного водоснабжения с применением градирни:

I – градирня; II – конденсатор; III – центробежный насос; 1 – 8 – запорные вентили; 9 – манометр; 10 – расходомер; 11 – водорегулируемый вентиль
 
 

Присоединение к сети водоп­ровода и канализации предус­матривают также для заполне­ния и опорожнения оборотной системы, а в установках малой и средней производительности – для охлаждения конденсаторов водопроводной водой, в слу­чае если оборотная система выш­ла из строя. В последнем случае вентили 5 и 6 открыты, а вентили 1, 2, 3 закрыты. Вентили 4, 7 и 8 служат для спуска воды из системы.

Количество циркулирующей воды VВД определяют по формуле:

VВД = QK / (СВД × rВД × Dtвд) = QK / [4190 × (tвд2 – tвд1)], м3/с (1)

Охлаждение воды в вентиляторных градирнях обычно лежит в пределах Dtвд = 3.5 ¸ 4.5 °С.

При определении параметров воздуха и воды температуру воды на выходе из градирни tвд1 нельзя принимать произвольно. Она зависит прежде всего от со­вершенства конструкции градирни как теплообменного аппарата. Самая низкая температура воды tвд1, которую можно получить в градирне с бесконечно большой поверхностью теплообмена, равна температуре воздуха по мокрому термометру. Однако в реальной градирне поверхность не может быть развита бесконечно, поэтому вода охладится до температуры немного более высокой (на 3 – 4 °С), чем температура мокрого термометра.

Отношение действительного охлаждения воды к теоретически возможному называют коэффициентом эффективности градирни h:

h = (tвд2 – tвд1) / (tвд2 – tв1м)

Ориентировочные значения этого коэффициента для охладителей различного типа приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип охладителя

Удельная тепловая нагрузка qF, кВт/м2

Удельная гидравлическая нагрузка 103нм3/(м2×с)

Коэффициент эффективности h

Брызгальный бассейн

2.5 – 6.5

0.2 – 0.3

0.35 – 0.40

Градирня

- открытая брызгальная

- открытая капельная

- вентиляторная

8.0 – 20

0.7 – 1.0

0.45 – 0.55

10 – 30

0.8 – 1.4

0.60 – 0.75

40 – 50

1.5 – 2.5

0.75 – 0.85

Задаваясь величиной охлаждения воды в градирне и ее эффективностью, можно вычислить температуру воды на выходе из градирни и на входе в нее

tвд2 = tв1м + Dtвд / h;

tвд1 = tвд1 – Dtвд (2)

Как видно из таблицы 1, наиболее эффективными являются вентиляторные градирни.

Техническая характеристика вентиляторных градирен конструкции ВНИХИ приведена в таблице 2.

Выбор градирни обычно производят по требуемой площади поперечного сечения Fп. сеч., которую, в свою очередь, определяют по формуле:

Fп. сеч. = QK / qF, м2, (3)

где qF – удельная тепловая нагрузка, кВт/м2.

Таблица 2

Технические данные

Марка градирни

ГПВ – 20М

ГПВ – 40М

ГПВ – 80

ГПВ – 160

ГПВ – 320

Количество циркулирующей воды1, 103м3/с

1.11

2.22

4.44

8.88

17.76

Охлаждение воды, °С

5

5

5

5

5

Производительность по воздуху, м3/с

1.11

2.22

4.44

8.88

17.76

Диаметр крыльчатки осевого вентилятора 06–300, мм

630

800

1000

1250

1250 (2шт)

Частота вращения, с-1

23.3

15.9

15.9

12.0

12.0

Площадь поперечного сечения градирни, м2

0.44

0.96

1.88

3.92

6.50

Размеры градирни в плане, мм

- основание

- корпус

848Х848

1178Х1178

1580Х1580

2212Х2244

2212Х3540

660Х736

990Х1066

1320Х1420

2080Х2080

2080Х3405

Высота градирни

1600

1780

2200

2520

2485

Масса, кг

232

328

689

1264

2006

1 Расход свежей воды составляет 10 % от количества циркулирующей воды

Определение площади брызгального бассейна.

Расчет брызгального бассейна не отличается от расчета градирни. Количество воды, подаваемой в бассейн, определяют по формуле (1), при этом охлаждение воды принимают Dtвд = 2 ¸ 4 °С.

Площадь бассейна определяют по формуле (3), а удельную тепловую на­грузку принимают по таблице 1.

Количество форсунок можно определить по формуле:

n = VВД / gФ, шт,

где gФ – производительность одной форсунки, которая зависит от диаметра отверстия и дав­ления воды перед форсункой.

Ориентировочно можно принимать:

gФ = 1.4 ¸ 1.7 × 10-3 м3/с.

Температуру воды, уходящей из бассейна, tвд1можно вычислить по формуле (2).