Теплообменые аппараты

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Новосибирский Государственный Педагогический Университет

Факультет Технологии и Предпринимательства

Кафедра машиноведения

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

Теплообменые  аппараты

(Градирни)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск

2011

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение

1. Назначение градирни

2. Устройство и принцип работы градирни

3. Варианты использования градирни в системах охлаждения

4. Размещение градирен

5. Эксплуатация вентиляторных градирен

6. Определение основных технических параметров

7. Контроль за работой градирни

 

Введение

 

Теплообменным аппаратом называется всякое устройство, назначением которого является передача тепла от одного теплоносителя к другому.

 

По принципу действия теплообменные  аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

 

В рекуперативных аппаратах тепло  передается от греющего к нагреваемому теплоносителю через разделяющую их стенку.

 

Примером таких аппаратов являются паровые котлы, бойлеры, воздухоподогреватели, конденсаторы и другие.

 

В регенеративных аппаратах одна и  та же поверхность нагрева омывается  поочередно то греющим, то нагреваемым теплоносителем.

 

При этом тепло, аккумулированное стенками аппарата при охлаждении греющего носителя, отдается нагреваемому теплоносителю.

 

Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, которые применяются для подогрева воздуха отходящими дымовыми газами.

 

В смесительных аппаратах процесс  теплопередачи происходит путем  непосредственного соприкосновения греющего и нагреваемого теплоносителей. В этом случае теплопередача осуществляется одновременно с массообменом. Примером смесительных аппаратов являются градирни, скрубберы и другие.

 

1. Назначение градирни

 

Компактные пленочные градирни серии ГРАД (далее градирни) представляют из себя испарительные градирни открытого  типа и широко применяются как  в гражданском, так и в промышленном строительстве, поскольку при весьма умеренном энергопотреблении обеспечивают приготовление воды, используемой в целях охлаждения с температурой на 5°С ниже температуры наружного воздуха по сухому термометру. Такие градирни применяются при кондиционировании воздуха в гражданском строительстве для охлаждения конденсаторов холодильных агрегатов, реже - для охлаждения аварийных электро генераторных агрегатов большой мощности. В промышленном секторе градирни используются в технологических операциях широкого профиля, требующих эффективного и неэнергоемкого рассеяния тепла, создаваемого во время рабочего цикла компрессорных установок, холодильных машин и станций, металлургических производств, машин по формовке пластических масс, технологических процессов по химической очистке веществ, восстановления чистых химических растворителей и т. п.

Создание  систем оборотного водоснабжения с  использованием градирни позволяет  уменьшить затраты предприятий  на потребление и сброс технической воды, повысить КПД использования оборудования, благодаря чему затраты на приобретение и монтаж градирни окупаются в течение нескольких месяцев. Одновременно подобные системы позволяют решать актуальные сегодня проблемы экологии.

 

2. Устройство и принцип работы градирни

 

Градирни конструктивно состоят  из двух частей: верхней - корпуса (1), в  нижней части которого находится ороситель (3), в верхней - каплеотделитель (4), а между ними расположены коллекторы разбрызгивающего устройства с цельнофакельными форсунками (5) и нижней - бака-водосборника (2) для сбора охлаждаемой воды с установленными на нем вентилятором (6). Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения -1% циркулирующей через градирни воды, которая разбрызгивается форсунками и в виде пленки стекает в бак через сложную систему каналов оросителя навстречу потоку охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентиляторами. Эффективный каплеотделитель позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении - 25 м3/(час м2) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирни.

 

3. Варианты использования градирни в системах охлаждения

 

Одним из важных моментов для наиболее эффективного использования градирни в водооборотной системе является оптимальный выбор схемы гидравлических контуров подключения. Схемы гидравлических контуров могут различаться в зависимости от количества градирен, используемых в одном контуре, а также от характера потребителя. Диапазон регулирования производительности градирни определяется характером потребителя. Самый простой гидравлический контур отдельной градирни, используемый для одного участка обслуживания, приведен на рис.1. Вода из градирни поступает в бак, откуда циркуляционным насосом подается потребителю и далее в градирни. В области промышленного строительства, особенно когда расход воды, циркулирующий через охладитель потребителя заметно меньше расхода воды, циркулирующего через градирни, применяется схема, приведенная на рис.2. Здесь обратная вода, поступающая от потребителей, отстаивается в накопительных емкостях (объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки). Из нее насос (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивают воду на испарительные градирни. Из градирни охлажденная вода поступает в аналогичную ванну. Основная отличительная черта такой схемы - гидравлическая независимость контуров приготовления рабочей воды и потребления, обеспечиваемая наличием компенсационной трубы между емкостями (может использоваться также и одна емкость с перегородкой, обеспечивающей перелив между ее частями). Вследствие этого совершенно не обязательно постоянно регулировать мощность градирни в соответствии с требованиями пользователя. Вентиляторы градирни могут работать в режиме просто "Вкл/Выкл". Кроме этого, каждая такая градирня работает всегда с полной нагрузкой и обеспечивает максимально возможное охлаждение воды для данных погодных условий. Обе схемы не чувствительны к заморозкам, поскольку градирни полностью дренируются в накопительные емкости, устанавливаемые в помещении, либо расположенные под землей.

4. Размещение градирен

 

При размещении градирен на площадке предприятия  учитывают характер застройки окружающей территории, стремятся к меньшей протяженности циркуляционных трубопроводов, соединяющих потребителей охлаждающей воды с градирнями, а также учитывают направление господствующих ветров зимой и летом, туманообразование

и вынос капель воды за пределы  градирни, вызывающие обмерзание расположенных вблизи сооружений. В целях уменьшения диаметров и протяженности трубопроводов водопроводных сетей применяют при соответствующем техникоэкономическом обосновании децентрализацию систем оборотного водоснабжения с максимальным приближением градирни к цехам потребителям воды.

На  основании результатов исследований по взаимовлиянию охладителей друг на друга можно рекомендовать  принимать при проектировании расстояния между рядами градирен не менее 10 метров.

Градирни  в каждом ряду следует располагать  на минимальном расстоянии с учетом размещения между ними площадок обслуживания для проведения работ по снятию, очистке и установке форсунок и обслуживанию и контролю за работой вентиляторов, а градирен целесообразно располагать параллельно друг другу и направлению господствующего ветра. Градирни, установленные на высоких площадках по отношению к уровню земли или на крышах зданий, способствуют лучшему рассеиванию выходящих паров воды, меньше увлажняют окружающий воздух и меньше повышают его температуру.

  Исходя из этих соображений,  число градирен в оборотном  цикле желательно стремиться принимать возможно меньшим за счет увеличения их размеров, но не менее двух. Увлажнение наружного воздуха вокруг градирен существенно уменьшено путем устройства высокоэффективных водоуловителей.

 

5. . Эксплуатация вентиляторных градирен

 

Для обеспечения удобства и безопасности обслуживания градирни должны иметь  площадки, устроенные в соответствиями с требованиями соответствующих СНиП.

Перед началом эксплуатации вентиляторной  градирни нужно проверить гидравлическую плотность трубопроводов, резервуаров, а также состояние установленной арматуры. Зазор между корпусом и баком-водосборником должен быть заполнен силиконовым герметиком.

Особое  внимание следует уделять качеству монтажа вентиляторных агрегатов, в частности, правильности их центровки и балансировки. Ороситель градирни должен равномерно заполнять все горизонтальное сечение градирни, между листами оросителя не должно оставаться промежутков. Необходимо устранить все повреждения конструкций оросителя и завалы их посторонними предметами, влияющими на равномерность распределения воды и воздуха в градирне.

Стеснение живого сечения градирни вызывает неравномерность  распределение воздуха и воды и, как следствие, ухудшение работы градирни. Перед первым пуском необходимо осуществить промывку водяных магистралей для удаления сора и окалины, которые могли там образоваться в процессе проведения сварочных работ, и затем визуально проверить равномерность работы всех форсунок. Все обнаруженные дефекты должны быть устранены до начала эксплуатации.

Во избежание повышенного капельного уноса следует контролировать параметры расхода и давления в соответствии с характеристикой форсунки. Для этого перед входным коллектором следует установить манометр. Превышение давления сверх установленного свидетельствует о засорении форсунок.

Для снятия форсунки необходимо вынуть шпильку, снять форсунку и удалить посторонние  предметы. Для обеспечения нормальной эксплуатации градирни должна быть выпущена соответствующая инструкция для  обслуживающего персонала. Периодические осмотры градирен рекомендуется производить не реже чем один раз в месяц.

Текущие ремонты градирни должны производиться  по мере надобности, но не реже одного раза в год, и приурочиваться, по возможности, к летнему времени. В объеме текущих ремонтов входят работы, не требующие остановки градирни на длительный срок, например очистка  и ремонт водораспределительного устройства, трубопроводов и сопел, водоуловителей, приведение в порядок регулировочных и запорных устройств. При капитальном ремонте выполняются все работы, требующие длительного отключения градирни: устранение повреждений оросителя, водораспределительной системы, ремонт или замена вентиляторной установки и др.

 

6. Определение основных технических параметров

 

G_w - расход охлаждаемой воды, м³/ч;

 Δg_w - количество воды для подпитки системы водоснабжения (восполнение испарения), м³/ч;

Q_v - тепловой поток, кВт.

 

 Расход воды через градирню  может быть определен по давлению  воды во входном коллекторе. Абсолютное  давление воды необходимо определять  по манометру, устанавливаемому  перед входным коллектором:

 

 Н=10Р_A ,

 

 где Н - напор перед форсункой  (м вод. ст.),

 Р_A - показания манометра (кг/см2).

 

 Зная полный напор и количество  форсунок, используя график, можно  определить расход воды через градирни:

 

G_w=G¹ _Wn,

 

 Где G¹ _W- расход воды через форсунку (м3/ч),

n - количество форсунок (шт.).

 

 Количество воды, которое необходимо  добавлять в систему для компенсации  испарения, определяется исходя  из расходаводы и разности  температур воды на входе и  на выходе из градирни:

 

 ΔG_W=1,67G_WC_P(t_ВХ–t_ВЫХ),

 

 Где ΔG_W- величина подпитки (кг/час),

C_P - теплоемкость воды (ккал/кг град),

 t_ВЫХ - температура воды на входе в градирни (°C)

 t_ВЫХ - температура воды на выходе из градирни(°C)

 

 Величина капельного уноса  составляет 0,1% от количества воды, проходящей через градирни при  номинальном режиме. Снижение расхода  воды через градирню уменьшает величину капельного уноса доО,05%. Увеличение расхода воды выше номинального не рекомендуется. Количество тепла, отводимое через градирни:

 Q_Г=G_W C_P (t_ВХ –t_ВЫХ)(ккал/час),

 либо Q_Г=G_W C_P (t_ВХ –t_ВЫХ)/860 (кВт).

 

 Примечание:

 Рекомендуемый диапазон давлений  для цельнофакельной форсунки  от 1,2 до 7,0 метров водяного столба. При данном диапазоне давлений  обеспечивается полное раскрытие  и заполнение факела форсунки  капельной влагой. При давлении ниже указанного раскрытие факела не происходит, а при давлениях выше рекомендуемого может наблюдаться повышение капельного уноса воды. Превышение давления перед форсунками обычно свидетельствует о их засорении и необходимости их очистки.

 

7. Контроль за работой градирни

 

1. Пуск воды в градирни производится  только после включения электровентилятора.

 

2. В случае неудовлетворительной  работы градирни необходимо вынуть  из коллектора и механически  очистить форсунки водораспределительного  устройства, очистить трубы коллектора при снятых форсунка, пустив на градирню воду с максимальным напором; вынуть пакеты каплеотделителя и оросителя и промыть их струей воды с температурой не более 50°С.

 

З.При возникновении вибраций устранить  причину дисбаланса вентилятора  в градирне. Примечание: Использование  градирни для охлаждения загрязненных, подкисленных и слабощелочных вод, а также охлаждение воды в зимних условиях ниже +10°С, должно быть согласовано с предприятием-изготовителем.