Энергосбережение - спутник новых технологий.
Статьи. ООО "Энергохран"

Градирни. Эффективность. Энергосбережение. Экономичность.

Иванов В.Б., директор ООО”ЭНЕРГОХРАН” г. Смоленск, , РФ, Свидерский Э. А. инженер, патентный поверенный г. Минск, Беларусь.

Химическая техника №6, июнь 2012

В предыдущей статье “ Энергосбережение и новые технологии охлаждения жидкостей в безнасадочных градирнях с динамическим охладителем “, опубликованной в начале сентября 2008 г. на сайтах www.energospace.ru, www.gradirnia.ru и др. мы достаточно подробно рассмотрели принципы работы, преимущества и недостатки насадочных и безнасадочных градирен. В этой статье рассмотрим возможности эффективности, энергосбережения, экономии, скрывающиеся в градирнях.Градирни, доставшиеся нам в наследство, были спроектированы и построены по остаточному принципу. Этот принцип доминировал во всем огромном списке так называемого вспомогательного оборудования. Главным критерием проектирования, строительства и ввода в действие этого оборудования была дешевизна. Эта практика была порочна, но исправлять ситуацию необходимо нам.

По убеждению авторов статьи, градирня самостоятельная, сложная тепломеханическая установка. Недальновидно потратиться на высокотехнологичное и высокоэффективное промышленное производство и не обеспечить ему требуемые условия работы. Мы считаем, что деление оборудования на основное и вспомогательное неверно, и, сейчас от него лучше отказаться.

На большинстве предприятий градирни эксплуатировались службой главного энергетика. Стандартной являлась ситуация нехватки охлаждающих мощностей на производстве и вяло текущего конфликта между службой главного энергетика и производственниками. С наступлением жаркого сезона конфликт накалялся и с приближением осени угасал до следующего теплого сезона.

С изменением формы собственности на многих предприятиях дальновидные хозяева передавали градирни в руки эксплуатации. Как правило, это приводило к уменьшению дефицита охлаждающих мощностей. На предприятиях стали внедряться новые материалы и оборудование для охлаждения воды. В основном это были новые оросители, новые материалы обшивки, вентиляторы с управляемой тягой. Сегодня существует объективная тенденция превышения проектной мощности предприятий, за счет совершенствования, обновления и интенсификации технологических процессов не последнюю роль в этой тенденции сыграло внедрение новейших технологий охлаждения воды в градирнях. Особенно ощутимый прирост мощности производства происходит на колонном оборудовании (дистилляция, ректификация и т.д.), контактных аппаратах, многокорпусных вакуум-выпарных аппаратах, холодильных и компрессионных установках, в черной и цветной металлургии.

Вся история развития градирен это борьба за максимальные площади тепло-массообмена. На памяти одного поколения глубина охлаждения воды в градирнях увеличилась на 10 – 15%. Появились высокоэффективные насадки, вентиляторы с изменяемой производительностью. Однако дальнейшего роста поверхностей тепло-массообмена в насадочных градирнях ждать не приходится из-за достижения теоретического предела поверхности насадки. Увеличение поверхностей за счет добавления числа блоков насадки неизбежно вызывает увеличение аэродинамического сопротивления и как следствие увеличение мощности двигателей вентиляторов. Следует добавить, что стоимость такой насадки очень и очень впечатляет.

Необходимо применение новых принципов создания внутри градирни высокоразвитых поверхностей, желательно динамических. Необходим качественный идеологический переход, такой же, как отход от карбюратора и изобретение систем распределенного впрыска топлива, а затем и прямого впрыска в двигателях внутреннего сгорания. Аналогия несколько притянута, но право на жизнь имеет. Наиболее эффективным способом создания внутри градирни максимально развитой динамической поверхности тепло-массообмена, является создание равномерного объема быстро движущихся капель, причем векторы движения капель и охлаждающего воздуха не должны совпадать. После долгих экспериментов были разработаны центробежно-струйные форсунки, дающие высокоэффективное распыление воды с заданным фракционным диаметром капель воды. Речь идет о безнасадочной вентиляторной градирне (Патент РФ №2228501 – Способ охлаждения жидкости в градирне, Патент РФ №2144439 -Центробежно-струйная форсунка, Евразийский патент № 6902 – Градирня, Евразийский патент № 7724 – Вентиляторная градирня. ).

С помощью этого способа мы выполняем три основных требования, которые определяют КПД градирни:

1. Равномерное распределение воды.

2. Равномерная подача и распределение воздуха.

3. Максимальное заполнение внутреннего объема градирни.

Какие конкретные преимущества можно получить владельцу модернизируемой градирни, отказавшись от насадки и смонтировав в плоскости воздухозаборных окон водораспределительную распылительную систему?

Основной статьей расходов при эксплуатации градирни является затраты электроэнергии насосного оборудования, подающего нагретую воду на высоту от 7 до 12 м. Установка эжекционных форсунок системы водораспределения на высоту 1,0 – 2,0 м позволяет экономить до 50% э/энергии. Для того чтобы поднять заданное количество воды на заданную высоту нужно затратить энергию:


E=mgh
где m -масса воды, кг, g - ускорение свободного падения, h – высота, м.

Как видно снижение высоты на 10 м уменьшает работу, а, следовательно, расход электроэнергии на порядок. Практика показала, что возможна замена электродвигателей насосов на менее мощные. Но, как правило, Заказчики выбирают увеличение производительности градирен без ухудшения качества охлаждения. Как мы выяснили ранее, увеличившаяся на 50 – 100% поверхность тепло-массообмена позволяет этот прирост мощности. Кроме того, в плоскости воздухозаборных окон возникает разрежение, за счет эжекции воздуха факелами воды. А это, в свою очередь, позволяет увеличить приток холодного воздуха в зону обмена с уменьшением расхода электроэнергии на вентиляторах. Увеличение количества охлажденной оборотной воды при снижении затрат на ее охлаждение приводит к существенному уменьшению стоимости оборотной воды и снижению себестоимости основной выпускаемой продукции. Гарантированное охлаждение оборудования оборотной водой позволяет избежать потерь в количестве и качестве выпускаемой продукции. Кроме того, использование безнасадочных схем охлаждения позволяет исключить остановы оборудования из-за засорения продуктами разрушения насадки и биозагрязнениями.

По утверждению “ ЭСКО” в электронном журнале “ Экологические системы “ № 6, июнь 2005г. недолжным образом работающие градирни могут увеличить текущие расходы более чем на 50%. Таким образом снижение затрат на эффективное охлаждение промышленного оборудования с учетом прироста выпуска товарной продукции может оценено в 30-60%. Кроме постоянной экономии после реконструкции мы должны учесть и разовые экономии:

1. Стоимость насадки.

2. Стоимость системы крепления насадки (стоимость материалов и СМР примерно, равны стоимости насадки).

3. Стоимость системы водораспределения. (Стоимость предлагаемой системы водораспределения составляет 20 - 40% стандартной).

После вычета стоимости работ по модернизации градирни Заказчик экономит от 40 до 60% от стоимости всех трех перечисленных пунктов. Теперь перейдем к текущим эксплуатационным расходам. Уменьшаются расходы на ППР и капремонты. Это обусловлено упрощением устройства градирни и длительным гарантийным сроком службы форсунок. Для замены или прочистки форсунки необходимо от 5 до 15 минут, так как форсунки находятся на высоте 1,0 -2,0 м. и доступны к замене или прочистке с земли. В зимнее время 50 – 70% воды подается через зимний слив, вентилятор при этом отключается т. к форсунки справляются с охлаждением в эжекционном режиме. Зимой градирни не обледеневают. Все вышеизложенное в полной мере относится и к башенным градирням. Улучшение охлаждения оборотной воды в башенной градирне на 2 – 5оС кроме перечисленных выше выгод позволяет экономить на тепловых станциях до 2 -3% топлива. Одним из важных вопросов эксплуатации градирен является вопрос каплеуноса. По СНиП 2.04.02-84*п. 11.49: вынос воды с каплями не должен превышать: 0,1 – 0,2%расхода оборотной воды. При отсутствии насадки увеличивается скорость прохождения охлаждающего воздуха, что может привести к повышению каплеуноса. Однако с этим явлением легко бороться путем установки водоуловительных устройств на расстоянии большем, нежели 0,5 диаметра вентилятора. Тем самым, уходя из области высоких скоростей движения воздуха и высокого разрежения, создаваемого вентилятором. В случае необходимости всегда возможна установка второго водоуловительного устройства. Это стоит небольших денег. Вышеизложенное дает ответ на заданный в начале вопрос – все три “Э” тесно переплетены и напрямую связаны со способом охлаждения воды. Вся история развития техники показывает, что внедрение новых способов всегда обеспечивает и количественный и качественный прирост основных показателей за меньшую или сравнимую цену.

Эта идиллия, дополненная вентиляторами с переменной производительностью, системой коррекционной обработки воды, негорючими материалами обшивки градирни может принести спокойствие и уверенность не только службе эксплуатации градирни, но и работникам, отвечающим за экономическое благополучие предприятия. Все наши разработки защищены патентами на изобретения РФ, Белоруссии, Украины и Евразийскими патентами:

Патент РФ №2144439 - Центробежно-струйная форсунка.

Патент РФ №2166163 – Эжекционная градирня.

Патент РФ №2228501 – Способ охлаждения жидкости в градирне.

Патент РФ №31639 - Градирня.

Евразийский патент № 6902 – Градирня.

Евразийский патент № 7724 – Вентиляторная градирня.

Патент РБ № 3450 – Градирня.

Патент РБ № 5604 - Центробежно-струйная форсунка.

Патент Украины № 42892 – Эжекционная градирня.

Схемы градирни, отзывы и наши патенты Вы можете посмотреть на сайте: http://gradirnia.ru