Понимание основ теплопередачи в градирне

Экологические проблемы, связанные с защитой водных существ как на входе, так и на выходе из прямоточных систем, по существу устранили прямоточное охлаждение для современных установок. Но это развитие происходит в то время, когда многие из новых электростанций комбинированного цикла и других объектов в этом отношении укомплектованы людьми, плохо знакомыми с отраслью. Фундаментальное понимание имеет решающее значение.

Прямоточное охлаждение было обычной конструктивной особенностью крупных электростанций в прошлом веке, поскольку этот процесс мог эффективно поставлять большие объемы воды, необходимые для конденсации выхлопного пара турбины и охлаждения вспомогательного теплообменника. Однако экологические проблемы, связанные с защитой водных существ как на входе, так и на выходе из прямоточных систем, по существу устранили прямоточное охлаждение для современных установок.

Сегодня градирни или некоторые их варианты, такие как воздухоохладители с мокрой поверхностью (WSAC®) или даже конденсаторы с воздушным охлаждением, являются нормой. Но это развитие происходит в то время, когда многие из новых электростанций комбинированного цикла и других объектов в этом отношении укомплектованы людьми, плохо знакомыми с отраслью. Фундаментальное понимание имеет решающее значение для правильной работы охлаждающей воды и других систем.

Основы градирни

В целях данного обсуждения мы сосредоточимся на наиболее распространенной промышленной градирне, как показано ниже.

Рисунок 1. Схема одной камеры противоточной градирни с принудительной тягой. Источник: Пост, Р. и Б. Бюкер, «Основы охлаждающей воды электростанций»; предконференционный семинар к 37-му ежегодному семинару по химии электроэнергетических компаний, 6–8 июня 2017 г., Шампейн, Иллинойс. Чтобы узнать о будущих EUCW, посетите веб-сайт www.conferences.illinois.edu/eucw.

Как показано на рисунке, теплые сточные воды из теплообменников установки попадают в градирню и распыляются над наполнителем градирни. Воздух поступает в нижнюю часть башни и контактирует с водой в противотоке, чтобы максимизировать теплопередачу. Охлажденная вода собирается в поддоне и возвращается в теплообменники, а отработанный теплый воздух выбрасывается в атмосферу.

Ключевым компонентом градирен является наполнитель, который дополнительно помогает максимизировать контакт воздуха и воды. Ниже показаны два типа: современная заливка разбрызгиванием и пленочная заливка высочайшей эффективности.

Рисунок 2. Современная пластиковая заливка. Фотография предоставлена ​​Brentwood Industries и Rich Aull из компании Richard Aull Cooling Tower Consulting, LLC.

Рисунок 3. Высокоэффективный пленочный заполнитель с поперечными канавками. Фотография предоставлена ​​Brentwood Industries и Rich Aull из компании Richard Aull Cooling Tower Consulting, LLC.

Доступен ряд промежуточных вариантов, выбор которых зависит от прогнозируемого качества охлаждающей воды и возможности загрязнения среды, о чем автор расскажет в будущей статье для Power Engineering.

В следующем разделе рассматриваются основы теплопередачи в градирне.

Некоторые основные расчеты теплопередачи

На рисунке 4 показаны реальные условия, которые можно наблюдать в работающей градирне в мягкий весенний день.

Рисунок 4. Пример реальных условий для градирни. Источник: Поттер, М.К. и К.В. Сомертон, «Очерки термодинамики для инженеров» Шаума; МакГроу-Хилл, Нью-Йорк, 1993 г.

Обратите внимание, что относительная влажность (ОВ) приточного воздуха составляет 50 процентов, а относительная влажность выхлопного воздуха башни — почти 100 процентов. Эти данные помогают проиллюстрировать, что основной метод теплопередачи в градирне заключается в испарении небольшой доли (2–3 процента) циркулирующей воды. Хотя математические расчеты потока в градирне могут быть довольно сложными, было разработано несколько простых уравнений, позволяющих напрямую аппроксимировать потоки испарения, продувки и подпитки в градирне.

Стандартная формула испарения:

E = (f * R * ДДТ)/1000, где уравнение. 1