Разбрызгивающих устройств

Циркуляционный насос 6 подает воду из резервуара градирни наверх, откуда через разбрызгивающие устройства вода поступает на газовые холодильники 8, в которых газ охлаждается после нагнетателя 1. В некоторых случаях при работе компрессорной станции с низкими степенями сжатия^(1,4ч-1,5) сжатый газ не охлаждают, что еще более упрощает систему охлаждения.

Оценивая опыт применения брызгальных градирен в системах оборотного водоснабжения, можно заключить, что общая компоновка водораспределительного устройства влияет при прочих равных условиях на уровень охлаждения циркуляционной воды; основной расход воздуха должен омывать в полной мере область, занимаемую капельным потоком, причем это может достигаться при поперечном, противоточном и поперечно-про-тивоточном движении вода — воздух; из конструкции разбрызгивающих устройств, применяемых в градирнях, лучшей является тангенциальное сопло типа Б-10; при повышении напора воды на разбрызгивающие устройства до 0,10—0,12 МПа и при плотности орошения порядка 3,0—4,0 м3/(м2-ч) уровень охлаждения брызгальных градирен, оборудованных соплами типа Б-10 и рядом других, дости-гает уровня охлаждения градирен с пленочным оросительным устройством.

Натурными исследованиями установлено, что с повышением напора воды на разбрызгивающие устройства охлаждающий эффект брызгальной градирни увеличивался до уровня охлаждения пленочной башенной градирни вследствие уменьшения размера капель в факеле разбрызгивания и увеличения активного объема пространства, занятого капельным потоком [24]. Поэтому важным элементом брызгальных градирен являются разбрызгивающие устройства. От площади свободной поверхности, т. е. числа и крупности капель в единице объема, в значительной мере зависит уровень охлаждения циркуляционной воды. При этом необходимо соблюдение условия оптимизации раздробления, заключающегося в создании капельного потока с верхним пределом крупности капель порядка 1—2 мм в диаметре и нижним (по условиям выноса) не менее 0,5 мм в диаметре. Такое соотношение крупности капель выполняется при высоких напорах воды, малых размерах сопл и малых расходах воды через единичный разбрызгиватель.

Для более эффективной эксплуатации систем оборотного водоснабжения и уменьшения капитальных затрат (экономии металла и других стройматериалов, снижения стоимости строительно-монтажных работ) предпочтительно использовать разбрызгивающие устройства возможно большей производительности. Однако по мере увеличения расходов, пропускаемых через единичный разбрызгиватель, увеличивается крупность капель, составляющих капельный поток, а это снижает охлаждающую способность системы, в которой могут быть применены эти разбрызгиватели. Для надежной работы градирен диаметр выходного отверстия разбрызгивателя должен быть не менее 20—25 мм.

брызгальный бассейн малой производительности, в котором разбрызгивающие устройства располагаются равномерно по площади водосборного бассейна; разновидностью этой схемы может быть компоновка на одном трубопроводе нескольких сопл [10] (рис. 1.3);

брызгальный бассейн большой производительности, оборудованный разбрызгивающими устройствами (или модулями) значительной единичной производительности от 500 до 1000 м3/ч и более. Каждое разбрызгивающее устройство может состоять из одного или нескольких, иногда более десятка сопл. Такие разбрызгивающие устройства смонтированы на одном водо-подающем стояке и в целом представляют собой единую конструкцию, каждая из которых работает, как правило, независимо от другой; между отдельными такими разбрызгивателями исключено взаимодействие капельных потоков факелов разбрызгивания и практически отсутствует взаимовлияние воздушных шлейфов. Отдельные разбрызгивающие устройства располагаются в непосредственной близости друг от друга, могут быть установлены на различной высоте, располагаться по спирали, образуя при этом достаточно мощную пространственную

гальном бассейне, однако такой прогноз оправдан лишь для систем, использующих примерно одни и те же разбрызгивающие устройства, одинаковые напоры воды, геометрию и гранулометрию факелов разбрызгивания [35].

/ — сбросной канал; г —термометры для измерения температуры охлажденной воды; 3 — борт стенда; 4 — переносные штанги высотой Ь,0 м для размещения приборов; 5 — дренажный трубопровод; 6 —распределительные трубопроводы; 7 — водосборный бассейн- 8 — задвижки; 9 — разбрызгивающие устройства (плановая компоновка); 10 — перегородка; 11 — термометры для измерения

экспериментальной поперечноточной градирне при электростанции Камати [38], использующей разбрызгивающие устройства типа «Эскол» с диаметром выходного отверстия 19 мм; здесь приведены также данные натурных исследований брызгальной поперечноточной градирни площадью орошения 650 м2 Московского коксогазового завода (экспериментальные точки). Как видно из графика данные натурных исследований практически идентичны результатам, полученным на опытной градирне.

3.3. Разбрызгивающие устройства

Однородный капельный поток в условиях градирни пока не представляется возможным создать. Известные разбрызгивающие устройства образуют капельный поток с широким диапазоном крупности капель. В связи с этим задача исследований состояла в выборе такой конструкции разбрызгивателей, которая создавала бы мелкофракционный капельный поток со средней крупностью капель 2,0—3,0 мм в диаметре и удовлетворяла требованиям эксплуатации: разбрызгивающее устройство должно работать при небольших напорах воды, создавать развитый факел разбрызгивания, быть надежным и долговечным, не подвергаться засорению.

В системах водоснабжения промышленных предприятий и небольших тепловых станций в 1930—1940 гг. сооружались башенные брызгальные градирни. Их строительство было вызвано, как правило, аварийной ситуацией на башенных пленочных или капельно-пленочных градирнях и необходимостью срочного пуска охладителя. Эффективность этого типа градирен была весьма низка. Лабораторные и натурные исследования брызгальных водоохладителей, проведенные в последние годы во ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева, Южтехэнерго, ВНИИ ВОДГЕО, ПТП «Укрэнергочермет», изучение тепло- и массо-обмена, аэродинамики капельных потоков, новых конструкций разбрызгивающих устройств привели к выводу о возможности существенно повысить их охлаждающую способность.

Для повышения эффективности брызгальных водоохладителей можно создавать развитую водную поверхность за счет получения мелкофракционного капельного потока (разработать конструкции разбрызгивающих устройств и схем их компоновок); использовать в возможно большей.степени охлаждающую способность воздушного потока; совершенствовать конструкции

конструктивные решения: различное расположение водораспределительной системы по отношению к воздушному потоку, плановая и высотная компоновка разбрызгивающих устройств, их тип и производительность, использование многоярусной компоновки разбрызгивателей для исключения коагуляции капель при совместной работе множества сопл. До настоящего времени брызгальные градирни строились на базе реконструируемых башенных капельных и пленочных градирен, поэтому такие элементы конструкций, как вытяжная башня, опорная колоннада, фундаменты, водосборный бассейн, водоулавливающие устройства в большинстве проектов не претерпели изменений.

Брызгальные градирни могут быть выполнены по противоточной (/), поперечно-противоточнои (//, ///, IV, V) и поперечноточной (VI) схемам движения вода — воздух (рис. 1.1). Они оборудованы разбрызгивающими устройствами самых различных конструкций, имеют различные схемы выполнения системы водораспределения: стояк с радиальной разводкой магистральных трубопроводов, кольцевой коллектор со стояками в каждом секторе. Ярусное расположение разбрызгивающих устройств является отличительной чертой градирен брызгального типа. Эти градирни имеют различные производительности, работают при разных напорах воды, отличаются температурными перепадами и плотностью орошения. Недостаток экспериментального материала по натурным исследованиям брызгальных градирен позволяет сделать лишь некоторые качественные заключения об их работе.

Сопла располагаются на вертикальных стояках в два яруса на высоте 1,0 и 3,0 м от борта бассейна. Первый ряд стояков отстоит от воздуховходиых окон на 1,4 м, второй — па 5,4 м. В процессе испытаний был задействован (по условиям эксплуатации) лишь первый ряд разбрызгивающих устройств. Компоновка водораспределительного устройства вследствие этого была почти идентична компоновке того же устройства градирни IV, но охлаждающая способность градирни V ниже, чем градирни IV. Это явилось следствием меньшего напора воды на сопла и более высоких значений температурного перепада на градирне V. Анализ результатов испытаний показал, что повышение тепловой нагрузки на брызгальпую градирню V до уровня нагрузки на пленочную градирню приведет в летнее время к недоохлаждению циркуляционной воды на брызгалыюй градирне примерно на 3° С. Расчетная удельная тепловая нагрузка (для достижения идентичного эффекта охлаждения брызгальной и пленочной градирен) должна для брызгальной градирни быть на 30—35% меньше, т. е. при равных температурных перепадах Д^ = 8,5° С плотность орошения пленочной градирни должна быть равной 7,0 М3/(м2-ч), брызгальной — не более 4,7 м3/(м2-ч).

Оценивая опыт применения брызгальных градирен в системах оборотного водоснабжения, можно заключить, что общая компоновка водораспределительного устройства влияет при прочих равных условиях на уровень охлаждения циркуляционной воды; основной расход воздуха должен омывать в полной мере область, занимаемую капельным потоком, причем это может достигаться при поперечном, противоточном и поперечно-про-тивоточном движении вода — воздух; из конструкции разбрызгивающих устройств, применяемых в градирнях, лучшей является тангенциальное сопло типа Б-10; при повышении напора воды на разбрызгивающие устройства до 0,10—0,12 МПа и при плотности орошения порядка 3,0—4,0 м3/(м2-ч) уровень охлаждения брызгальных градирен, оборудованных соплами типа Б-10 и рядом других, дости-гает уровня охлаждения градирен с пленочным оросительным устройством.

Термические исследования брызгальных градирен, в частности их капельных водных потоков, выполнялись по методике определения коэффициентов тепло- и массоотдачи пленочных оросительных устройств градирен. Это вполне допустимо, так как для капель в газовом потоке и для плоских продольно омываемых поверхностей действительны одни и те же законы. Рассматривая проведенные обширные исследования капель воды и капельных потоков, можно отметить, что результаты работ Л. С. Лейбензона, Н. А. Фукса, Г. Н. Абрамовича, Д. Н. Вырубова, Р. С. Бортковского, Л. А. Кляко и других авторов содержат весьма ценный материал для анализа термодинамики капель брызгальных градирен и брызгальных бассейнов. Ими были исследованы физика процесса каплеобразования, устойчивость капель, влияние внешней среды на кинематику, тепло-.и массоотдачу, аэродинамика капель, методы фиксации крупности капель, анализ структуры капельного потока. Частично результаты этих работ использованы при исследованиях разбрызгивающих устройств, определении коэффициентов тепло-.и массоотдачи и аэродинамического сопротивления, для оценки выносимого расхода воды и т. п. Эти работы существенно повлияли на методическую основу проводимых исследований.

Практика использования сравнительно небольших брызгальных бассейнов на действующих ТЭС показала, что эффективность работы охладителей этого типа может быть достаточно высокой. Однако малочисленность брызгальных бассейнов, а следовательно, и ограниченность натурных наблюдений на них, различие тепловых нагрузок и разная производительность, использование в каждой системе своих схем компоновок и конструкций разбрызгивающих устройств не позволяют однозначно решить весь комплекс задач, стоящих на пути широкого практического использования этого охладителя. Прежде всего необходимо определить эффективность брызгальных бассейнов в сравнении с известными типами промышленных охладителей (их место по уровню охлаждения и производительности), каким образом можно повысить их охлаждающую способность и, наконец, как прогнозировать гидроаэродинамические характеристики новых брызгальных бассейнов с учетом их возросшей производительности, конфигурации, климатической зоны, в которой они размещаются, рельефа местности и влияния на окружающую среду.

Отечественные расчеты брызгальных бассейнов многие десятилетия базировались на использовании номограммы Н. Н. Терентьева, которая была получена из анализа работы большого числа брызгальных бассейнов сравнительно малой производительности, оборудованных соплами конструкций «Юни-Спрей» и «Спреко». Используя теоретическую зависимость коэффициентов тепло- и массоотдачи, данные лабораторных исследований по гранулометрическому составу капель и введя допущение его идентичности для различных конструкций разбрызгивающих устройств, Н. Н. Терентьев с помощью уравнения теплового баланса получил в виде номограммы зависимость температуры охлажденной воды от основных гидроаэро-термических характеристик водного и воздушного потоков. При этом не учитывались габариты факела разбрызгивания, производительность и компоновка единичных разбрызгивателей, параметры воздушного потока в области бассейна и на выходе из него, ориентация брызгального бассейна по отношению к направлению ветра.

индивидуальные особенности конструкций брызгальных бассейнов, следствием чего является их малая надежность и труд-нооценимая погрешность. Этот вывод не относится к оценке тепловой эффективности единичных разбрызгивающих устройств при их сопоставлении, а также к брызгалышм бассейнам производительностью примерно до 15 тыс. м3/ч. В этом случае обязательным условием остается соблюдение равных диапазонов изменения основных гидроаэротермических параметров в ходе эксперимента для всех сопоставляемых конструкций. Использозание безразмерных комплексов без должной их апробации (как это следует из существующих расчетных методов) по данным [44] привело к 100%-ной ошибке при определении числа разбрызгивающих модулей. Если иметь в виду, что стоимость одного модуля составляет 30 тыс. долларов [45], а для одной электростанции требуется не менее 100 модулей, то ущерб от применения столь приближенных критериев оценки охлаждающей способности брызгальных охладителей является весьма существенным.

Наиболее радикальным решением вопроса интенсификации охлаждения в брызгальных бассейнах является максимально возможное сокращение области стабилизированных характеристик, а в лучшем случае — ее исключение. Поэтому разрабатываются конструкции брызгальных бассейнов главным образом на основе высокопроизводительных разбрызгивающих устройств (модулей), плановая компоновка которых представляет собой кольцо, эллипс («стадионная дорожка»), узкую U-образную петлю и т. п. При этих схемах области стабилизированных аэротермических параметров минимальны, а при значительном расстоянии между разбрызгивателями, в один — два раза превышающем радиус разбрызгивания, эта область отсутствует. Таким образом, на основании проведенных исследований подтверждается снижение эффективности охлаждения в брыз-