Системы испарительного охлаждения
В результате кропотливых исследований, направленных на увеличение производительности сухих градирен, были созданы модификации оборудования, в которые была интегрирована система распыления воды. Благодаря высокоэффективному распылению воды в поток охлаждающего воздуха, была получена исключительно высокая производительность сухой градирни, что позволяет сделать вывод о том, что этот вариант является альтернативой традиционным испарительным градирням, причем с некоторыми дополнительными преимуществами.
Принцип испарительного охлаждения заключается в способности потока воздуха абсорбировать воду, распыляемую под высоким давлением. При этом, испаряющаяся вода поглощает теплоту из наружного воздуха, и тем самым снижает его температуру. Таким образом, температура наружного воздуха переходит от значения температуры по сухому термометру к температуре по влажному термометру (на Рисунке ниже показан процесс перехода от Тст=35°C к Твт=20°C).
Использование испарительного охлаждения позволяет более эффективно использовать потенциал окружающей среды и оптимизировать (снизить) типоразмер агрегата, а следовательно, и стоимость проекта.
Влажно-сухие градирни работают по тому же основному принципу, что и сухие градирни. В их конструкцию дополнительно входит система распыления воды, которая в случае необходимости обеспечивает дополнительное адиабатическое охлаждение входящего воздушного потока. Такая необходимость может возникнуть, когда жидкость в системе необходимо охладить до более низкой температуры, чем температура наружного воздуха. Тогда устройство автоматики включает систему распыления воды под давлением, насыщая приточный воздух влагой и понижая температуру воздуха ниже температуры окружающей среды.
Обычно система распыления воды включается в работу во время пиковых нагрузок в жаркий период года, а это, как правило, ограничивается несколькими днями в году. В остальное время драйкулер работает в сухом режиме, а система орошения не потребляет воду. Системы орошения одинаково широко применяются как в выносных конденсаторах, так и в сухих градирнях.
Драйкулеры работают в «сухом» режиме до тех пор, пока температура окружающего воздуха остается в диапазоне, достаточном для поддержания требуемых значений холодопроизводительности системы и температуры охлаждающей жидкости.
Как только температура воздуха достигает отметки, при которой подержание вышеуказанных параметров становится невозможным, включается система орошения и драйкулер переходит в «влажный» режим работы.
В зависимости от температуры окружающего воздуха Твт, эта технология также обеспечивает температуру теплоносителя, равную или ниже, чем температура окружающего воздуха Тст, и при этом со значительными энергетическими преимуществами. Система управления регулирует по мере необходимости частоту вращения вентиляторов драйкулера и подачу распыляемой воды.
Использование драйкулеров и конденсаторов с функцией распыления воды вместо традиционных «испарительных градирен» и «испарительных конденсаторов» имеет следующие преимущества:
• Минимальный расход воды: использование влажного режима работы устройства ограничен короткими периодами в году, поэтому расход распыляемой воды в этом режиме очень низкий, т.к. основное время драйкулер работает в «сухом» режиме;
• Отсутствие уноса капель воды в атмосферу;
• Отсутствие паровых шлейфов;
• Высокая производительность;
• Более низкий уровень шума;
• Более низкое энергопотребление.
Система адиабатического увлажнения может быть реализована тремя способами, все из которых следуют одному и тому же основному принципу:
Количество воды, расходуемой на насыщение входящего воздуха влагой, зависит от типа используемого распылителя и давления распыления, определяемых относительной влажностью окружающего воздуха. При выборе устройства необходимо следить за тем, чтобы количество и качество распыляемой воды соответствовало бы результирующей относительной влажности воздуха, максимально приближенной к 100%. По этой причине распыляется несколько большее количество воды, чем может полностью испариться. Этот запас является мерой предосторожности от потерь, которые могут со временем увеличиваться при работе системы распыления.
1. AFS - Система мелкодисперсного распыления воды.
Система AFS (AIR FRESH SYSTEM) создает с помощью специальных сопел капли воды размером менее 35 микрон (эффект тумана), распыляемые под высоким давлением на встречу потоку воздуха. С помощью инновационной автоматики используется ровно такое количество воды, которое необходимо для получения желаемого адиабатического эффекта. Распыление воды под высоким давлением позволяет достичь максимального эффекта с минимальным расходом воды. Система предназначена для работы до 500 часов в год. Данная система требует обязательной водоподготовки.
2. WFS - Система прямого распыления воды.
Капли воды под низким давлением (2-3 Bar), распыляются в направлении теплообменника параллельно потоку воздуха через форсунки, расположенные равномерно вдоль теплообменника, и насыщают входящий воздух влагой, приближая его к температуре окружающей среды по влажному термометру. Благодаря эффекту запотевания и повышенной эффективности теплообмена система WFS (WET FIN SYSTEM, что в переводе на русский язык означает «Система влажной ламели») позволяет достичь более высоких уровней насыщения. Система предназначена для работы до 1000 часов в год. Данная система требует обязательной водоподготовки: вода должна быть отфильтрована и декальцинирована.
3. EPS - Система с орошаемыми пористыми панелями.
Система EPS (EVAPORATIVE PANEL SYSTEM), состоит из форсунок, через которые вода орошает панели из мелкоячеистого материала, расположенные на передней части сухих градирен. Снижение температуры наружного воздуха происходит благодаря адиабатическому испарению воды в смачиваемой мелкоячеистой структуре. Благодаря равномерному и регулируемому распределению воды по мелкоячеистым панелям эта система позволяет достичь высокого уровня насыщения воздуха и, следовательно, высокой эффективности системы при низком расходе воды. При этом, годовое количество часов работы такой системы неограниченно.
В системе EPS процесс адиабатического испарения воды происходит исключительно в теле панелей, в связи с чем отсутствует необходимость в какой-либо защитной обработке теплообменников. Поскольку теплообменник и вода не имеют прямого контакта, на ребрах (ламелях) не образуется известковых отложений. Таким образом, предотвращается снижение эффективности теплопередачи. Система EPS также делает ненужным процесс умягчения воды, поскольку в ней возможно использование воды, распределяемой из обычной водопроводной сети.
Система с применением мелкоячеистых панелей была разработана для сезонного применения без каких-либо ограничений по времени и может быть полностью разобрана для проведения требуемых операций по очистке и техническому обслуживанию. Кроме этого, панели также могут выполнять функцию фильтров грубой очистки, тем самым, предостерегать теплообменники от попадания пыли, грязи и прочего мусора. Панели легко демонтируются, что позволяется снять их на время зимней эксплуатации и заново установить перед началом летнего сезона.
Во всех описанный выше системах орошения, распыленная вода приводит к адиабатическому охлаждению входящего воздушного потока. При превышении заданных установленных значений рабочих параметров системы охлаждения блок автоматического управления запускает процесс орошения для снижения температуры воздуха, поступающего в теплообменник. В очень засушливом климате система орошения может обеспечить адиабатическое охлаждение входящего воздуха начиная с температур от 15˚C до 20˚C.
Продолжительность работы и частота активации системы орошения постоянно поддерживаются блоком управления для достижения оптимизации производительности системы и минимизации потребления воды.
Ниже приведен краткий сравнительный анализ, демонстрирующий особенности и преимущества каждой из систем, а также их преимущества по сравнению с «мокрыми» градирнями.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦАAFSWFSEPSГРАДИРНЯНАСЫЩЕНИЕ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА80%100%90%100%СТАНДАРТНАЯ ВЕЛИЧИНА СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ7К10К8К10КПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДЫНИЗКОЕСРЕДНЕЕНИЗКОЕВЫСОКОЕВОДОПОДГОТОВКАНЕОБХОДИМАНЕОБХОДИМАНЕ ТРЕБУЕТСЯНЕОБХОДИМАПОТРЕБЛЯЕМАЯ ЭНЕРГИЯВЫСОКАЯНИЗКАЯНИЗКАЯНИЗКАЯВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУВЫСОКОЕНИЗКОЕНИЗКОЕВЫСОКОЕПОКРЫТИЕ ТЕПЛООБМЕННИКАГИДРОФОБНОЕДВУХСЛОЙНОЕНЕ ТРЕБУЕТСЯ-МАКСИМАЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВО ЧАСОВ В ГОД5001000НЕОГРАНИЧЕННОНЕОГРАНИЧЕННОЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫНИЗКИЕНИЗКИЕНИЗКИЕВЫСОКИЕ
ВЫБОР РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ СУХИХ И ВЛАЖНО-СУХИХ ГРАДИРЕН
Существуют основные критерии, которые необходимо соблюдать при проектировании системы и выборе оборудования для достижения требуемой производительности сухой градирни. Необходимые данные для проектирования и выбора сухих градирен, используемых в системах естественного охлаждения, помимо требуемой холодопроизводительности, включают размеры агрегата, температуру по сухому и влажному термометрам входящего окружающего воздуха, температуру технологической воды на входе и выходе, расход воды, требуемое значение гидравлического сопротивления потока жидкости в теплообменнике, процентное содержание гликоля.
В области создания теплообменников с очень высокими показателями эффективности используются сложные методы численного моделирования в соответствии с самыми современными требованиями вычислительной гидродинамики (CFD), способные с точностью предсказывать поля давления, температуры и скорости потоков, которые генерируются в теплообменнике, тем самым оптимизируют геометрию теплообменника, коэффициент теплопередачи и минимизируют гидравлические сопротивления как со стороны жидкости, так и со стороны воздуха.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При использовании в системах водяного охлаждения с применением сухих градирен технологий естественного охлаждения, становится совершенно очевидной получаемая в этом случае высокая эффективность этих систем. Повышение эффективности и, следовательно, снижение стоимости единицы продукции является решающим преимуществом в сегодняшней конкурентной среде. Также следует помнить, что такие системы наносят гораздо меньший вред окружающей среде.