2.1. Расчет градирен
Градирня представляет собой сооружение для охлаждения воды в оборотных системах водоснабжения.
По способу передачи тепла атмосферному воздуху градирни можно классифицировать на:
испарительные, в которых передача тепла от воды воздуху осуществляется за счет испарения;
радиаторные (сухие), в которых передача тепла от воды воздуху через стенку радиаторов за счет теплопроводности и конвекции;
смешанные, в которых используется передача тепла за счет испарения, теплопроводности и конвекции.
Испарительные градирни обеспечивают более глубокое охлаждение воды по сравнению с радиаторными и потому находят широкое применение в оборотных системах водоснабжения промышленных предприятий.
По способу создания тяги воздуха градирни разделяются на:
вентиляторные, через которые воздух прокачивается вентиляторами;
башенные, в которых тяга воздуха создается высокой вытяжной башней;
открытые (атмосферные), в которых используется естественные токи воздуха (ветер) и отчасти естественная конвекция.
В зависимости от конструкции оросительного устройства градирни подразделяются на пленочные, капельные и брызгальные.
Удельная гидравлическая нагрузка на градирню (плотность орошения) зависит от расчетных параметров атмосферного воздуха при заданном проценте обеспеченности, требуемых перепадов температуры охлаждаемой и охлажденной воды, вида оросительного устройства.
Ориентировочно для градирен, устраиваемых в средней полосе нашей страны, удельная гидравлическая нагрузка (плотность орошения0, м3/(м2•ч), принимается при оросителе:
пленочном………………………………8 – 12
капельном……………………………….6 – 10
брызгальном……………………………5 – 6
Для открытых атмосферных градирен расчетная гидравлическая нагрузка обычно не должна превышать 3 - 5 м3/(м2•ч).
Выбор типа градирни ориентировочно можно осуществить по заданному расходу и удельной гидравлической нагрузке (табл. 1П). Однако для привязки выбранного типа градирен к местным метеорологическим условиям необходимо осуществить технологический расчет, конечной целью которого является обеспечение охлаждения заданного количества воды от температуры t1 до температуры t2 при расчетных параметрах атмосферного воздуха: температуры, влажности и барометрического давления.
В данном случае приводится упрощенный метод расчета градирен, основанный на разности удельных энтальпий воды и воздуха со стороны входа и выхода из градирни [9].
Расчет градирен можно проводить с использованием графиков и формул, в зависимости от конструкции градирни [3].
Для определения поверхности охлаждения градирни F используется следующая формула:
F = QохлΔt(1+0,8Σf)/1,6РБКβрΔiср , м2 , (16)
где Qохл - расход охлаждаемой воды, л/ч;
Δt - разность температур охлаждаемой t1 и охлажденной t2 воды; Δt = t1 - t2, 0C;
Σf - сумма влагосодержания воды и воздуха, кг/кг [9 рис.16.6];
,
(17)
и
- влагосодержание воды на входе и выходе.
и
- влагосодержание воздуха на входе и
выходе
РБ - барометрическое давление; кПа [3, табл. 10]
К- поправочный коэффициент принимается в зависимости от темпера
туры охлажденной воды, при t2 = 220 К= 0,95, при t2 = 270 K= 0,90
βр – коэффициент массоотдачи, определяется по [9, формула 8.7 ]
Δiср - средняя разность энтальпий, определяемая по формуле:
,
(18)
где
Δi1
=
-
разность энтальпий на стороне входа
воды, ккал/кг;
- разность энтальпий на стороне выхода воды, ккал/кг;
и
- энтальпии воды на входе и выходе
соответственно,
ккал/кг
[3 чертеж 21];
и
- энтальпии воздуха на входе и выходе
соответственно,
ккал/кг
[3 чертеж 21];
- поправка энтальпии
, (19)
Оросители в градирнях могут быть щитовыми, из деревянных брусков в виде волнистого листа: капельные, пленочные, брызгальные.
Для щитовых оросителей их площадь определяется по формуле
,
м2
, (20)
где aF – коэффициент учитывающий площадь оросителя занимаемую конструктивными элементами.
b- расстояние между щитами 0,05 м;
δ -толщина щита 0,008 м.
Площадь оросителя, занимаемая воздухом
Fвозд = Qвозд/3600γвоздVвозд , м2 , (21)
где γвозд – удельный вес воздуха , кг/м3, принимается потабл.2П;
Vвозд - скорость движения воздуха через живое сечение оросителя в м/с,
принимается по типу градирни (ориентировочно 2м/с [3, п. 2.44];
Qвозд - расход воздуха, м3/ч.
Qвозд = λ Qохл , м3/ч , (22)
где λ – коэффициент увеличения количества подаваемого воздуха по отношению к количеству охлаждаемой воды, для ориентировочных расчетов λ=3
Qохл – расход охлаждаемой воды, м3/ч.
Зная площадь оросителя по воздуху, определяем высоту оросителя по формуле
,
(23)
где аn - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воды и воздуха по высоте оросителя, принимается 1.1 -1,3 ;
F- общая поверхность охлаждения.
Для работы вентиляторных градирен необходимо правильно подобрать вентилятор, производительность которого определяется по формуле:
Gвент = КзλQохл , (24)
где К3 – коэффициент запас производительности 1,1... 1,3.