Для охлаждения отработавшей воды применяют различные типы водоохладительных сооружений (охладителей), которые по способу охлаждения воды в них разделяются на испарительные и поверхностные.

В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее частичного испарения и передачи тепла атмосферному воздуху при непосредственном контакте поверхности воды с ним. В поверхностных охла-дителях охлаждаемая вода не соприкасается с воздухом, а передача тепла от воды к воздуху происходит через стенки радиаторов, внутри которых протекает вода.

К испарительным охладителям относятся открытые водоемы (пруды-охладители, водохранилища, реки, озера), брызгальные бассейны и градирни (открытые, башенные и вентиляторные). К поверхностным охладителям относятся радиаторные (сухие) градирни, набираемые, как правило, из аппаратов воздушного охлаждения (АВО) .

Работа охладителя характеризуется удельной гидравлической, тепловой нагрузкой, шириной и высотой зоны охлаждения.

Удельная гидравлическая нагрузка выражается отношением расхода воды к единице активной площади охладителя. Тепловая нагрузка - это количество тепла, отдаваемое водой воздуху на единицу площади охладителя.

Шириной зоны охлаждения или перепадом температуры называется разность между температурой воды, поступающей на охладитель и температурой охлажденной воды.

Высотой зоны охлаждения называется разность между температурой охлажденной воды и температурой по влажному термометру, являющейся теоретическим пределом охлаждения.

Охладители на открытых водоемах. В охладителях этого типа охлаждение воды происходит главным образом за счет поверхностного охлаждения, поэтому эффективность охлаждения определяется площадью поверхности зеркала воды. В результате неравномерного движения потока воды в водоеме в охлаждении воды участвует не вся поверхность зеркала водоема, а лишь часть ее, так называемая «активная зона». Отношение активной площади водоема к действительной называется коэффициентом использования площади водоема. Этот коэффициент зависит от формы водоема, расположения водосброса, водозабора и др. и значение его может быть в пределах от 0,4 до 0,9. Наиболее высокое значение коэффициента имеет место в водоемах с правильной вытянутой формой.

Тепловой расчет пруда охладителя проводят по номограмме Теплоэлектропроекта, построенной для естественных температур воды до 30° С, скорости ветра от 0 до 4 м/с, удельной площади активной зоны до 2 м 2 /м 3 в сутки и перепада температур воды в пруде от 0 до 15 °С.

По номограмме по заданным значениям удельной площади активной зоны пруда f уд, нормально естественной температуре воды t е, скорости ветра W 200 и перепаду температур t определяют перегрев воды, а затем температуру охлажденной воды (у водозабора): t 1 = t е +  град.

Брызгальный бассейн представляет собой открытый резервуар, состоящий из одной или нескольких секций, оборудованных водораспределительными трубами и соплами (насадки), при помощи которых охлаждаемая вода разбрызгивается над этим резервуаром.

Нагретая отработавшая вода подается под напором 50 - 100 кПа (5-10 м вод. ст.) к брызгалам. Охлаждение воды в брызгальных бассейнах происходит при ее разбрызгивании за счет испарения и соприкосновения капель воды с воздухом.

В качестве разбрызгивающих устройств применяют преимущественно эвольвентные и тангенциальные сопла, в редких случаях - винтовые сопла МОТЭП.

Градирни. По способу подвода воздуха к градирням они разделяются на открытые, башенные и вентиляторные, а в зависимости от типа оросительного устройства - на брызгальные, капельные, пленочные и комбинированные.

В градирнях с брызгальным оросительным устройством вода, подаваемая на охлаждение, распределяется на оросителе по системе лотков, в днище которых имеются отверстия, через которые вода тонкими струйками падает на разбрызгивающие тарелочки – розетки. Образующиеся при этом капли воды падают на оросительное устройство. При прохождении через оросительное устройство вода соприкасается с поднимающимся вверх воздухом, охлаждается и стекает в резервуар.

Ороситель капельного типа состоит из расположенных друг над другом горизонтальными рядами деревянных реек (рис. 3.15.6, а ). Вода, стекая с верхнего яруса реек на нижний, разбивается на капли, в результате чего создается большая площадь соприкосновения с воздухом. В градирнях с оросителем пленочного типа (рис. 3.15.6, б ), состоящим из большого числа параллельных друг другу щитов, расположенных вертикально или под малым углом к вертикали, вода, стекая по этим щитам, образует пленку толщиной 0,3- 0,5 мм. Воздух соприкасается с поверхностью пленки воды и охлаждает ее.

Также применяются капельно-пленочные (комбинированные) оросители.

Рис.3.15.6. Оросители башенных градирен Рис. 3.15.7. Многосекционная вентиляторная градирня типа Союзводоканалпроекта:

1 -диффузор; 2 - вентилятор; 3 -конфузор; 4 -привод вентилятора; 5 - водоуловитель; 6 - водораспределитель; 7 - пакетный ороситель; 8 - обшивка; 9 - делительная стена; 10 - стенки железобетонные сборного каркаса; 11 - резервуар охлажденной воды

Открытые градирни (брызгальные и капельные) применяют при небольших расходах воды (50 -300 м 3 /ч).

Средняя плотность орошения для капельных и брызгальных градирен принимается 1,5 - 3 м 3 /ч на 1 м 2 , для пленочных 3 - 8 м 3 /ч на 1 м 2 и для комбинированных 2,5 - 6 м 3 /ч на 1 м 2 . Теплотехнические расчеты башенных градирен для конкретных метеорологических условий производят по номограммам.

Вентиляторные градирни обеспечивают более глубокое охлаждение оборотной воды, чем башенные, поскольку необходимый для охлаждения воды свежий атмосферный воздух подается в них вентиляторами. Вентиляторные градирни по сравнению с башенными позволяют достичь более глубокого охлаждения оборотной воды при плотности орошения до 15-16 м 3 /ч на 1 м 2 .

В зависимости от расположения вентилятора различают нагнетательные и отсасывающие градирни. Наибольшее распространение получили отсасывающие, секционные градирни (рис. 3.15.7) Союзводканалпроекта с вытяжным вентилятором и противоточным движением воздуха. Вытяжные вентиляторы таких градирен применяют следующих типов: осевые № 8 и № 12, ВГ-25, 1ВГ-47, 1ВГ-50, 1ВГ-70 и 1ВГ-104 «Нема» производительностью от 15 до 1300 тыс. м 3 /ч воздуха и вентиляторов «Нема» 2700 тыс. м 3 /ч.

Поверочные расчеты вентиляционных градирен в зависимости от района расположения производятся по графикам, приведенным в каталогах.

Для производственных и хозяйственных нужд расходуется огромное количество воды. Ситуацию ухудшает сброс загрязненной жидкости в водоемы. Уделяя внимание охране природы и экономическим аспектам бизнеса, многие предприятия переходят на оборотное водоснабжение. Этот метод предполагает многократное использование водного ресурса. Сокращение потребления свежей воды и сброса стоков приводит к удешевлению водоснабжения.

Как функционирует замкнутая система водоснабжения

Наиболее перспективный вариант сокращения потребления воды – создание замкнутых систем. Сточные воды проходят очистку специальным оборудованием и используются повторно. Составляющие системы оборотного водоснабжения зависят от объема стоков и требований, которые предъявляются к качеству очищенной жидкости. Прогрессивную установку можно встретить в производственных цехах, атомных и тепловых электростанциях, на автомойках, в загородных домах с автономными источниками.

П – производство; ОС – очистка стоков, НС –насосная станция, ОХ-охлаждение

В зависимости от технологических процессов производства вода может загрязняться с первого раза или не требовать очистки долгое время. Замкнутая система необходима в нескольких случаях:

1. Используемый источник не обладает достаточным количеством воды, чтобы удовлетворить потребности предприятия.
2. Источник находится на большом удалении от производственных цехов (до 4 км), расположенных на значительной высоте(25 м и выше).

Она незаменима в регионах с высокой стоимостью воды, чрезмерной жесткостью или загрязнением источника, в случае реальной опасности отравления природы стоками. Очистные комплексы в зависимости от назначения включают от одной до шести ступеней. Среди них: предочистка в отстойниках, электрофлотация, фильтрация, адсорбция, обратный осмос.

Электрофлотатор – агрегат, действие которого основано на принципах электролиза. Он обеспечивает удаление из воды химических соединений и взвешенных частиц. Его показатели очистки загрязнения нефтепродуктами составляют – от 75 до 90%, остатками ПВА – от 50 до 70%.

К охладительным сооружениям относятся пруды-отстойники, градирни и брызгальные бассейны. В водонепроницаемых котлованах вода специальными насадками рассекается на брызги и охлаждается потоками воздуха.

Конструктивными частями замкнутой сети являются подающие и обратные трубопроводы, циркуляционные насосы, очистные сооружения и фильтры, охлаждающие установки. Для водоемов, страдающих от сброса плохо очищенных стоков или горячей воды, такая система становится настоящим спасением.

Устройство оборотного водоснабжения на производстве

Информация. Кроме открытых систем охлаждения существуют закрытые конструкции, в которых вода не контактирует с воздухом. Снижение температуры происходит за счет теплообменных аппаратов.

Преимущества повторного использования

Высокие расходы на покупку и монтаж оборудования для оборотного водоснабжения не становятся препятствием для внедрения современной технологии на предприятиях.

• Потребности в воде снижаются в 10 раз.
• Существенная экономия финансовых средств.
• Ответственное отношение к экологии и рациональному использованию ресурсов.
• Отсутствие штрафов за грязные стоки.

Принцип замкнутой системы

Оборотные комплексы в промышленности

Владельцы предприятий, которые заботятся об экологии и умеют считать прибыль, переходят на прогрессивный метод – оборотное водоснабжение. Сфера его применения достаточно широкая:

Энергетика

Предприятиям энергетической отрасли – тепловым и атомным электростанциям вода необходима для охлаждения турбин или как рабочее тело – пар. Техническое водоснабжение объектов происходит двумя системами:

• прямоточной;
• оборотной.

Процесс происходит следующим образом: пар подается в градирни, охлаждается и конденсируется. С помощью насоса вода для охлаждения турбин и вспомогательных механизмов. Их природного источника берется вода для восполнения потерь, неизбежных в технологических процессах.

Схема градирни

Металлургия

Во многих технологических процессах вода используется исключительно для охлаждения. Она не загрязняется, а только нагревается, поэтому после остывания может применяться снова. На металлургических предприятиях схема оборотного водоснабжения сложнее. Жидкость нагревается и загрязняется различными примесями. Для дальнейшего использования в газоочистке потребуются пруды или градирни для охлаждения и механические фильтры очистки.

Нефтепереработка

На современных нефтеперерабатывающих заводах в замкнутом цикле, включающем фильтрацию и локальную очистку, находится 95-98% всей используемой воды. Для химической промышленности ведется разработка замкнутых систем, не требующих осуществления сброса стоков в водоемы.

Пищевая промышленность

Оборотное водоснабжение популярно на предприятиях отрасли. По этому принципу работают системы мойки тары, упаковки и сырья. Он используется в холодильных установках.

Машиностроение

Заводы по выпуску машин применяют воду в процессах гальванизации деталей. Замкнутая система сокращает ее расход на 90%. Использование в схеме замкнутой системы выпарной установки позволяет направлять солевой концентрат на переработку. Очищенная жидкость идет на промывку деталей, а продукция из концентрата – на подготовку электролитических растворов.

Прогрессивный метод внедряют на бумажно-целлюлозном производстве, в горной промышленности, мойке транспортных средств, на прачечных комбинатах.

Невозможно избежать потерь воды в производственных условиях. Частичное уменьшение ее объема происходит вследствие испарения. В оставшейся жидкости повышается уровень минерализации. Это ведет к негативным последствиям: активной коррозии и отложению солей. Добавление свежей воды важно для восстановления количества и состава циркулирующей жидкости.

Схемы систем оборотного водоснабжения

Внимание. Потери жидкости в замкнутой сети составляют 3-5%. Они восполняются свежей водой из источника.

Устройство оборотной системы для автомойки

Технологические процессы, связанные с мытьем автомобилей, сопровождаются потреблением большого объема воды и загрязнением стоков нефтепродуктами и ПВА. Чтобы снизить опасность попадания опасных соединений в природную среду, внедряется система повторного использования стоков. Установка замкнутой системы водоснабжения на мойках позволяет экономить до 90% воды и 50% моющих средств.

Замкнутая система на автомойке

Внимание. Для мойки 10 автомобилей требуется 1 м3 воды, при использовании оборотной системы таким объемом жидкости можно вымыть до 50 машин.

Технические стоки на автомойке проходят несколько этапов очистки:

1. Стоки попадают в отстойник, накопительную емкость. С помощью механической фильтрации из воды удаляются крупные частицы загрязнения.
2. Напорным насосом жидкость подается в мембранный флотатор. Здесь происходит пропускание воздуха под давлением через керамические мембраны для насыщения стоков пузырьками. В результате образуется пена, абсорбирующая остатки нефтепродуктов и моющих средств. Напорная флотация удаляет мелкий шлам и взвеси. Эти частицы попадают в накопитель, откуда периодически удаляются для дальнейшей переработки.
3. После флотатора вода поступает в емкости с фильтрами для извлечения оставшихся частиц. Установка рассчитана на многократное использование, фильтры регулярно промываются обратным током воды, которая попадает в накопительную емкость для стоков.

Схема повторного водоснабжения мойки

Для окончательной обработки жидкости задействуется химическая (добавление реагентов) и биологическая очистка. Полное удаление загрязнений происходит микроорганизмами.

Помещение автомойки оборудуется двумя водными контурами. Они питают мощные аппараты для очистки транспорта. Один контур наполнен свежей водой, а второй – оборотной. Жидкость, используемая после переработки, применяется в первичной мойке. Им пользуются при нанесении моющих средств и предварительном смывании пены. Свежей водой осуществляется окончательное ополаскивание машин.

Внимание. Ополаскивание водой из прямого водопровода позволяет избежать появления белых разводов на поверхности автомобилей.

Оборотное водоснабжение автомоек составляет 90%, а на свежую воду для ополаскивания, приходится 10%. Установки для очистки стоков имеют различную производительность – от 3 до 40 м 3 /час. Системы малой мощности наиболее популярны, Они используются на большинстве автомоек с ручным и автоматическим оборудованием. Высокопроизводительные установки предназначены для крупных моечных комплексов, имеющих системы портального и туннельного типа. Их базовая комплектация:

• отстойники;
• фильтры;
• система флокуляции;
• датчики и манометры;
• насосы.

При необходимости комплексы дополняют устройствами умягчения воды, аэраторами, дозаторами реагентов и другими приспособлениями. Количество циклов повторного использования зависит от возможностей оборудования. Оно составляет от 50 до 70 оборотов с очисткой. Цикл завершается сбором и утилизацией жидкости.

Оборотная система для загородного дома

В частных домах, где есть возможность разделить сети канализации и водоснабжения практикуется установка замкнутой системы, уменьшающей в несколько раз объем потребляемой свежей воды. Ее внедрение – действенный способ экономии ресурсов. Система функционирует по принципу обратного осмоса. Одна из ее особенностей это необходимость периодической замены старой воды.

Оборудование для системы оборотного водоснабжения

Внимание. Один из плюсов оборотного водоснабжения загородного коттеджа – увеличение срока эксплуатации автономной скважины.

Обеспечить работу оборотного водоснабжения позволяет монтаж специального оборудования. Оно включает многоступенчатые фильтры, различные реагенты и коагулянты, доводящие химический состав жидкости до санитарных норм. Мощное очистное сооружение совмещает три типа процессов:

• механический;
• химический;
• биологический.

Контроль сети осуществляется автоматикой, показатели проверяются на соответствие заданным параметрам. Для поддержания эффективной работы комплекса требуются определенные климатические условия:

• монтаж системы вентиляции для циркуляции воздуха;
• температура не ниже отметки +5 0 .

Замкнутую структуру может иметь отопление и водопровод. В последнем случае происходит развитие биоценозов – совокупности микроорганизмов. Предотвратить составные части от биологического обрастания поможет периодическая промывка емкостей и труб. Специальные вещества полиалкиленгуанидины обеспечивают защиту от нескольких разрушающих факторов: коррозии, солей и биозарастания.

Для монтажа водоснабжения используются металлические трубы. Этот материал отличается прочностью и долговечностью, но под действием изменений в составе воды возникают коррозийные процессы. Применение пластика – оптимальный способ создания эффективной рециркуляции. Полимеры нейтральны к воздействию влаги, химических и биологических веществ, поэтому рекомендуются для создания замкнутых сетей.

В системах оборотного водоснабжения происходит повторное (многократное) использование части воды. При этом техническая вода нагревается. Перед повторным использованием температура воды должна быть снижена в соответствии с требованиями техно­логии. Снижение температуры технической воды достигается в спе­циальных охлаждающих устройствах (охладителях).

По способу отвода теплоты охладители подразделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительном охладителе отвод теплоты достигается в результате испа­рения при непосредственном контакте с воздухом, в поверхностном - вода движется в трубках, омываемых с внешней стороны воздухом.

Выбор типа охладителя производится на основе технико-эконо­мического сравнения по минимуму приведенных затрат с учетом, показателей работы всей заводской системы технического водо­снабжения. При сопоставлении вариантов учитываются гидрологи­ческие и метеорологические условия применительно к району строи­тельства системы водоснабжения.

Испарительные охладители могут быть представлены: прудами-охладителями (водохранилища-охладители), брызгальными бассей­нами и градирнями башенного или вентиляторного типов.

Пруды и водохранилища-охладители обладают рядом несомнен­ных достоинств. Они обеспечивают более низкие температуры охлаждения воды в течение года; являются регуляторами поверх­ностного стока; просты в эксплуатации и могут обеспечить водой оборотное водоснабжение любого крупного завода. Однако созда­ние водохранилищ-охладителей сопряжено со значительными капи­тальными затратами как на основное сооружение, так и на строи­тельство очистных сооружений.

Брызгальные бассейны требуют сравнительно небольших капиталовложений и применяются при небольших расходах техниче­ской воды (до 300м 3 /ч). Обладают плохой охлаждающей способ­ностью и допускают большие потери воды.

Башенные градирни используются в системах оборотного водо­снабжения с расходами воды до 100-10 3 м 3 /ч. Благодаря организо­ванному движению воздуха обеспечивается устойчивое охлаждение и более низкая температура воды, чем в брызгальном бассейне. К недостаткам нужно отнести высокие капитальные затраты.

Вентиляторные градирни обеспечивают наиболее глубокое и ста­бильное охлаждение технической воды. Затраты на строительство оказываются меньше, чем у башенных. Большой расход электро­энергии и возможность образования туманов и обледенения суще­ственно влияют на выбор варианта водоснабжения с вентиляторными градирнями. Их применение оказывается экономически обоснованным, когда требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды (холодильные и компрессорные станции, произ­водственные технологии в районах с жарким климатом).

Некоторые характеристики испарительных охладителей приве­дены в табл. 2.7.

Табл. 2.7. Характеристика испарительных охладителей

Применение радиаторных охладителей позволяет сократить до минимума потери воды в системе оборотного водоснабжения. Вода в «сухих» градирнях не засоряется пылью окружающего воздуха и солями (минерализация воды), как это имеет место в градирнях «мокрого» типа. «Сухие» градирни имеют больший объем по сравне­нию с «мокрыми», так как интенсивность теплообмена в них ниже. Их применение может быть оправдано невозможностью восполне­ния потерь воды в системах охлаждения.

Охлаждение воды в испарительных охладителях всегда сопро­вождается ее потерями вследствие испарения (снижение темпера­туры воды на 6 °С в системах испарительного охлаждения сопряжено с потерями воды до 1 %). Потери воды подсчитываются по формуле

DV = DV исп + DV ун

где DV исп - доля испарившейся воды, DV ун - доля уноса с воз­духом за пределы охладителя от циркуляционного расхода (табл. 2.8).

Табл. Величина уноса воды DV ун

Значение DV исп определяется по формуле

DV исп = kDT,

где k - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением от общего коэффициента теплоотдачи (испарение и конвекция), % (табл. 2.9); DT - абсолютная величина перепада температур, °С.

Табл. 2.9. Значение коэффициента k

В результате испарения в охладителе части воды повышается концентрация минеральных солей, растворенных в оборотной воде. При этом соли временной жесткости MgCO 3 и СаСО 3 (главным образом СаСО 3) выпадают на поверхности устройства, что ухуд­шает его эксплуатационные показатели и резко снижает коэффи­циент теплопередачи. Для предотвращения этого явления произво­дится непрерывная продувка системы оборотного водоснабжения, т. е. удаление из нее части циркулирующей воды и восполнение свежей водой из природного источника водоснабжения. Продувку осуществляют водой из глубинных слоев охладителя. Тогда урав­нение солевого баланса имеет вид

С д (DV исп + DV ун + DV прод) = С ц (DV ун + DV прод), (2.3)

где С д, С ц - концентрация солей жесткости в добавочной и цирку­лирующей воде соответственно, мг-экв/л; DV исп, DV ун - потери воды с испарением и уносом, %; DV прод - объемная доля удаляе­мой воды по отношению к циркулирующей, %.

Если принять для циркуляционной системы С ц на уровне макси­мально допустимой (СНиП II - 31-74), то выражение (2.3) можно переписать в виде

С д (DV исп + DV ун + DV прод) = С у max (DV ун + DV прод),---------

Из равенства (2.4) находят значение DV прод, выраженное в про­центах. Однако нужно помнить, что регулирование солевого балан­са системы оборотного водоснабжения путем непрерывной продувки эффективно лишь в случае, когда С д <<С ц ma х. Во всех остальных ситуациях применяют способы снижения жесткости воды путем реагентной обработки, табл.2.10.

Табл. Способы реагентного умягчения технической воды

Наряду с выпадением солей жесткости в системах оборотного водоснабжения могут откладываться продукты кислородной кор­розии, механические взвеси, биологические организмы, содержа­щиеся в природной воде. Для борьбы с биологическим обрастанием применяют обработку циркуляционной воды хлором. Хлорирование ведется периодически по 30 мин с интервалами в З...12ч дозами 1,5...7,5 мг/л (в зависимости от качества воды). При обрастании системы водорослями воду обрабатывают медным купоросом 2...3 раза в месяц по 1...2 ч дозами 4...6 мг/л. При бактериальном обрастании наряду с обработкой медным купоросом делают хлори­рование воды дозами 2 мг/л при продолжительности хлорирования 30...40 мин.

ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показателям работы объекта.

Понижение температуры воды в охладителях происходит за счет передачи ее тепла воздуху. По способу передачи тепла охладители, применяемые в системах оборотного водоснабжения, разделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом (испарение 1 % воды снижает ее температуру на 6°). В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача ее тепла воздуху.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха относительно невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40 до 30° С при температуре воздуха 25° С на 1 м3 охлаждаемой воды к испарительному охладителю должно быть подведено около 1000 м3 воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется,- около 5000 м3 воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются на открытые, башенные и вентиляторные. К открытым охладителям относятся водохранилища-охладители (или пруды-охладители), брызгальные бассейны, открытые градирни. В них движение воздуха относительно поверхности охлаждаемой воды обусловливается ветром и естественной конвекцией. В башенных охладителях - башенных 1радирнях - движение воздуха вызывается естественной тягой, создаваемой высокой вытяжной башней. В вентиляторных охладителях - вентиляторных градирнях - осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов.

Радиаторны-е охладители, которые называют также «сухими градирнями», по способу подвода к ним воздуха могут быть башенными или вентиляторными.

Для охлаждения циркуляционной воды до достаточно низких температур требуется большая площадь контакта ее с воздухом - порядка 30 м2 на 1 м3/ч охлаждаемой воды. Соответственно этой рекомендации следует принимать площадь зеркала воды водохранилищ-охладителей. В градирнях необходимая площадь контакта создается путем распределения воды над оросительными устройствами, по которым она стекает под действием силы тяжести в виде тонких пленок или капель, разбивающихся при попадании на рейки на мельчайшие брызги. В брызгальных бассейнах для создания необходимой площади контакта с воздухом вода разбрызгивается специальными соплами на мельчайшие капли, суммарная поверхность которых должна быть достаточной для испарительного охлаждения.

§ 149. Водохранилища-охладители По назначению, расположению и условиям питания водохранилища-охладители разделяются на следующие группы: регулирующие водохранилища на водотоках, используемые не только для охлаждения циркуляционной воды, но и для сезонного или многолетнего регулирования стока; водохранилища-охладители на водотоках без регулирования стока, сооружаемые лишь для создания поверхности, достаточной для охлаждения циркуляционной воды; водохранилища-охладители на естественных озерах и прудах; наливные водохранилища, сооружаемые вне водотока, с подпиткой из ближайших рек. Схемы циркуляции воды в водохранилищах-охладителях. Свободная поверхность водохранилища-охладителя не вся одинаково эффективно участвует в отдаче тепла, поступающего с нагретой циркуляционной водой. Количество тепла, отводимого с единицы площади того или иного участка поверхности водохранилища, зависит от температуры воды на этом участке. Поэтому при термическом расчете водохранилища-охладителя необходимо представить картину распределения температур по его поверхности; следовательно, необходимо составить схему распределения потока теплой воды от точки ее сброса до места ее приема. Схема циркуляции в водохранилище-охладителе определяется его формой, взаимным расположением водосбросных и водоприемных сооружений, а также струераспределительными и струенаправляющими сооружениями. При проектировании для современных мощных электростанций крупных водохранилищ-охладителей с глубинами, достигающими десятков метров, и с объемами воды в сотни миллионов кубических метров следует учитывать, что хроме градиентных течений, вызываемых сбросом циркуляционного расхода и поступлением речной воды, в водохранилищах имеют место также ветровые, плотностные и компенсационные течения. Ветровые течения приводят к сгону воды от подветренной стороны водоема и к нагону ее у наветренной стороны. Возникающий при этом горизонтальный градиент давления, направленный в сторону, противоположную ветру, вызывает один из видов глубинных компенсационных течений. Известно, что вода имеет максимальную плотность при температуре 4° С, а при нагревании ее плотность уменьшается. Передача тепла в водную толщу за счет молекулярной диффузии и теплопроводности весьма слаба. Поэтому при прогреве верхних слоев воды возникает температурная стратификация: температура воды на поверхности оказывается выше, чем в глубинных слоях, и эта разница достигает иногда 10° С и более. При выпуске теплой воды на поверхность водохранилища может возникнуть устойчивая разница температур воды в верхних ч нижних слоях и произойти расслоение потоков, имеющих различною плотность. В этом случае возникают верхнее теплое и глубинное холодное течения, которые могут быть разнонаправленными. Такие течения называются плотностными. При сбросе нагретой воды в водохранилище у сбросных сооружений часто наблюдается понижение температуры воды на,несколько градусов. Это объясняется тем, что нагретая вода, если она выходит в водохранилище со значительными скоростями, эжектирует массы холодной воды из придонных слоев и вовлекает их в циркуляционный поток. Этот смешанный поток, имея меньшую плотность, чем придонные слои, выходит на поверхность, а по направлению к сбросным сооружениям возникает глубинный ток холодной воды, являющийся вторым видом компенсационных течений. Вследствие отсутствия методов, позволяющих установить расчетным путем действительную сложную картину распределения течений и температур воды по поверхности и глубине водохранилища-охладителя, при решении практических инженерных задач приходится принимать весьма упрощенную схему течений. Приближенный метод построения плана течений в водохранилище-охладителе был впервые предложен в 1933 г. инж. Н. М. Вернадским. Пользуясь этим методом, разработанным на базе теории турбулентного потока, можно с учетом сил трения по дну и сил касательных напряжений между соседними струями построить план транзитного потока (от места сброса воды до водоприемных сооружений), водоворотов, вызванных транзитным потоком, и застойных зон. var begun_auto_pad = 54169719; var begun_block_id = 112320391; begun Дать объявление ICQ 7.0 - скачай сейчас! Теперь еще легче, быстрее и надежнее Всегда онлайн. Без сбоев! icq.­rambler.­ru Житомир Всегда быть в курсе событий? Только актуальные новости из мира политики. Подробнее. www.­gzt.­ru Новости на GZT.RU: Все главные новости дня, обзор происшествий, мнения экспертов. gzt.­ru Последние события Актуальные новости. Описание происшествий. Мнения экспертов на BFM. RU www.­bfm.­ru

Все объявления

Считается, что с поверхности водоворотов теплоотдача происходит с меньшей интенсивностью, чем с поверхности транзитного потока. Площадь действительной поверхности водохранилища заменяется, согласно предложению Н. М. Вернадского, «площадью активной зоны», которая учитывает теплоотдачу транзитного потока и смежных с ним водоворотов. Отношение площади активной зоны к площади действительной поверхности водохранилища называется коэффициентом использования площади водохранилища: /С=о)акт/о)в. Этот коэффициент в зависимости от формы водохранилища, схемы расположения водосбросных и водоприемных сооружений и условий растекания циркуляционного потока может иметь значения от 0,5 до 0,95.

Более надежные данные для проектирования, в частности значения коэффициента использования площади водохранилища-охладителя, могут быть получены по результатам гидротермического моделирования на крупномасштабной модели водохранилища, которое проводится по методике, разработанной ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева в 1971 г.

Чтобы распределить транзитный поток циркуляционной воды по возможно большей части поверхности водохранилища и создать площадь активной зоны, достаточную для охлаждения расчетного расхода, нагретую на промышленном предприятии воду сбрасывают на значительном расстоянии от водоприемных сооружений, а также применяют струенаправляющие и струераспределительные сооружения.

Исследованиями последних лет установлено, что в больших и глубоких водохранилищах-охладителях, которые сооружаются, например, для современных мощных теплоэлектростанций, возможно создание объемной циркуляции воды. Для этого необходимо организовать прием воды только из глубинных слоев водохранилища, а нагретую воду сбрасывать на поверхность водохранилища с малыми скоростями. Тогда можно располагать сбросные сооружения вблизи водоприемных и даже совмещать их в одном сооружении. При этом нагретая вода, имеющая меньшую плотность, чем холодная, растекается по поверхности водохранилища и, охлаждаясь, переходит в глубинные слои, которые движутся к водоприемным сооружениям. Такая схема циркуляции

позволяет отказаться от длинных отводящих каналов и струенаправляющих сооружений при высоком коэффициенте использования площади водохранилища.

Некоторые примеры организации водохранилищ-охладителей к схем расположения сооружений, предназначенных для обеспечения наиболее полного использования их поверхности для охлаждения воды, приведены на VI 1.5. Здесь представлены:

водохранилище вытянутой формы на водотоке (VII.5, а); циркуляция обеспечивается отводящим каналом и струенаправляющей дамбой перед водоприемными сооружениями;

водохранилище сложной формы на водотоке (VII.5, б); циркуляция обеспечивается перегораживающей дамбой и искусственной прорезью;

широкое водохранилище на водотоке (VII.5, б); циркуляция обеспечивается струенаправляющей дамбой;

использование системы естественных озер для охлаждения воды (VII.5, г);

наливное водохранилище, для сооружения которого удачно использован рельеф местности (VII.5, д);

наливное водохранилище с круговой циркуляцией воды и водоприемным сооружением в центре (VII.5, е);

глубокое водохранилище на малом водотоке с выпуском нагретой воды на поверхность и глубинным водоприемным сооружением, расположенным вблизи выпуска (VI 1.5,ж); циркуляция воды - объемная с разнонаправленными поверхностным и глубинным потоками.

Тепловой расчет водохранилища-охладителя. Тепловой расчет водохранилища-охладителя производится для определения температуры охлажденной воды у места ее приема при заданной площади активной зоны или для определения необходимой площади активной зоны водохранилища при заданных тепловой и гидравлической нагрузках.

Для облегчения практических расчетов можно пользоваться номограммой на VII.6, для чего следует подсчитать удельную площадь активной зоны юуд, приходящуюся на единицу расхода охлаждаемой воды, в м2/м3 в сутки. По номограмме определяется перегрев охлажденной в водохранилище циркуляционной воды, поступающей к месту ее приема, по сравнению с естественной температурой воды {U-te) в зависимости от величины нагрева воды на электростанции (перепада температур Д^=^1-^г)-

Для ориентировочных расчетов можно принимать необходимую площадь водохранилища-охладителя от 30 до 50 м2 для охлаждения 1 м3/ч воды на 8-10°.

Основные сооружения водохранилищ-охладителей. Проектирование плотин, дамб, водосбросов и каналов для водохранилищ-охладителей производят по соответствующим нормам проектирования гидротехнических сооружений.

Место расположения водосбросных и водоприемных сооружений, а также сооружений, увеличивающих активную зону водохранилища (струераспределительных и струенаправляющих сооружений), выбирают исходя из условий получения необходимой площади активной зоны на основе технико-экономических расчетов.

Струенаправляющие и струераспределительные сооружения выполняют в виде водосливов, лотков, труб, консольных водосбросов. Струераспределительные сооружения наиболее целесообразно выполнять в виде затопленных водосливов распластанного профиля либо в виде фильтрующих дамб из каменной наброски. Такие сооружения обеспечивают выпуск теплой воды на поверхность водохранилища с малыми скоростями, что предотвращает появление глубинного течения к водосбросу.

Наиболее рациональным типом сооружения для забора воды из водохранилища-охладителя глубиной не менее 4-5 м является глубинный водозабор, обеспечивающий получение воды из придонных слоев. Этим достигается наиболее низкая температура охлаждающей воды, предотвращение или резкое уменьшение захвата биологических загрязнений (микроорганизмов, низшей водной растительности, личинок моллюсков) и наиболее рациональная продувка водохранилища. При глубинном водозаборе резко уменьшается захват рыбы и, что особенно важно, мальков, которые обитают обычно на небольших глубинах. Глубинный водозабор обеспечивает также бесперебойную подачу воды к потребителям при шуговых явлениях без принятия мер по обогреву водозабора.

Во избежание подсасывания воды из верхних слоев входные окна глубинного водозабора должны быть расположены на достаточной глубине, а входные скорости воды должны быть минимальными. В зависимости от глубины расположения верхней кромки входного окна водозабора входные скорости принимаются от 0,1 до 0,3 м/с.

Глубинные водозаборы выполнялись ранее в виде забральных стенок, погруженных на определенную глубину и образующих входные отверстия между дном водохранилища и нижней кромкой стенки. В последние годы широкое применение получили водоприемные сооружения, выполненные в виде подводной галереи со щелью переменного сечения во фронтальной стенке и козырьком над щелью, конструкция которых разработана в институте Теплоэлектропроект (VII.7). Такое водоприемное сооружение не подвергается воздействию волновых и ледовых нагрузок и обеспечивает равномерное поступление воды по всему водоприемному фронту.

При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показателям работы объекта.

Понижение температуры воды в охладителях происходит за счет передачи ее тепла воздуху. По способу передачи тепла охладители, применяемые в системах оборотного водоснабжения, разделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные).

В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом (испарение 1 % воды снижает ее температуру на 6°). В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача ее тепла воздуху.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха относительно невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40 до 30° С при температуре воздуха 25° С на 1 м3 охлаждаемой воды к испарительному охладителю должно быть подведено около 1000 м3 воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется,- около 5000 м3 воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются на открытые, башенные и вентиляторные. К открытым охладителям относятся водохранилища-охладители (или пруды-охладители), брызгальные бассейны, открытые градирни.

В них движение воздуха относительно поверхности охлаждаемой воды обусловливается ветром и естественной конвекцией. В башенных охладителях - башенных 1радирнях - движение воздуха вызывается естественной тягой, создаваемой высокой вытяжной башней.

В вентиляторных охладителях - вентиляторных градирнях - осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов.

Радиаторные охладители, которые называют также «сухими градирнями», по способу подвода к ним воздуха могут быть башенными или вентиляторными.

Для охлаждения циркуляционной воды до достаточно низких температур требуется большая площадь контакта ее с воздухом - порядка 30 м2 на 1 м3/ч охлаждаемой воды. Соответственно этой рекомендации следует принимать площадь зеркала воды водохранилищ-охладителей.

В градирнях необходимая площадь контакта создается путем распределения воды над оросительными устройствами, по которым она стекает под действием силы тяжести в виде тонких пленок или капель, разбивающихся при попадании на рейки на мельчайшие брызги.

В брызгальных бассейнах для создания необходимой площади контакта с воздухом вода разбрызгивается специальными соплами на мельчайшие капли, суммарная поверхность которых должна быть достаточной для испарительного охлаждения.