Контактные устройства для охлаждения оборотной воды промышленных предприятий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 532.529.5

О. С. Макушева, А. В. Дмитриев, А. Н. Николаев КОНТАКТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Ключевые слова: контактное устройство, оборотная вода, охлаждение, эффективность.

Предложены контактные устройства для увеличения эффективности охлаждения оборотной воды промышленных предприятий.

Keywords: the contact devices, circulating water, cooling, efficiency.

The contact devices for increasing the efficiency of cooling circulating water in industrial enterprises were suggested.

Системы охлаждения воды, и в частности наиболее распространенная их разновидность - системы оборотного водоснабжения, являются одним из важнейших элементов технологического комплекса предприятий многих отраслей промышленности. От качества и эффективности работы систем оборотного водоснабжения зависят производительность технологического оборудования, качество и себестоимость продукции, удельный расход сырья и энергии. Как показывает практика, наиболее широко применяющиеся аппараты для промышленного охлаждения воды - градирни построены 20-40 лет назад и к настоящему времени существенно изношены, насадочные устройства не обеспечивают требуемой эффективности охлаждения воды. Кроме того во многих старых проектах градирен часто жертвовали эффективностью охлаждения для экономии капитальных затрат на саму установку. Как известно, проблема эффективности оборотного водоснабжения, особенно остро ощущаются в теплый период года, т. к. чем ниже температура охлажденной воды, тем больше выход и выше качество получаемого продукта, решение её возможно лишь при комплексном подходе и рассмотрению всех факторов в их взаимосвязи [1].

Исследование гидродинамической структуры потоков в существующих конструкциях градирен показывает неравномерное распределение жидкой и газовой фаз в поперечном сечении рабочей зоны градирни, что существенно снижает эффективность процессов тепло- и мас-сообмена и снижает степень охлаждения в водооборотной системе. Известные конструкции контактных устройств отличаются низкой пропускной способностью или дороговизной. Как показывает анализ наиболее перспективных конструкций регулярных насадок, созданных в последние годы, каждое новое конструктивное решение дает незначительный выигрыш в эффективности охлаждения оборотной воды. Конструкции же, в основном, становятся все сложнее. При подаче воздуха в градирню наблюдается неоднородность соотношений расходов потоков по сечению насадки, что требует установки дополнительных распределительных систем. Немалое влияние на движение воздуха оказывают локальные неоднородности в гидравлическом сопротивлении слоя, стенки, балки и другие элементы каркаса насадки.

Разработка новых контактных устройств позволяет увеличить эффективность охлаждения циркуляционной воды, что в свою очередь способствует сокращению общего объема циркуляционной воды и, соответственно, снижению эксплуатационных затрат на электроэнергию и химическую подготовку оборотной воды. Реализация новых технологических решений в области техники и технологии позволит сократить выбросы влаги в окружающую среду и повысить экологическую безопасность в районах действующих предприятий. Сокращение выбросов капельной влаги из градирен приводит к экономии водных ресурсов, которые идут на восстановление объема циркуляционной [2].

Вариант конструкции контактных устройств повышенной пропускной способности, для пленочных тепломассообменных аппаратов предлагается авторами работы [3]. Контактное устройство для тепломассообменных процессов состоит из развернутых по отношению друг к другу пакетов, выполненных из вертикально ориентированных листов с выступами, образую-

щими каналы между листами для прохода контактирующих фаз. Причем каждый канал имеет в поперечном сечении вид правильного шестиугольника. Удвоенная толщина стенки, в местах соединения листов, в единый пакет придает дополнительную жесткость конструкции. На внутренней поверхности шестиугольных каналов имеются перегородки, которые создают закрученную структуру потока воздуха. Стекающая жидкость, равномерно распределяется по периметру каналов, под действием центробежной силы капли, срываемые потоком воздуха с пленки воды, снова оседают на неё, интенсифицируя процесс охлаждения. Взаимодействуя с воздухом, вода приобретает закрученное движение. Перегородки расположены на расстоянии друг от друга по всей высоте контактного устройства под некоторым углом к плоскости, перпендикулярной плоскости листа. Таким образом, вода движется по всей поверхности листов в виде равномерной пленки, что существенно увеличивает площадь контакта фаз. Высокая скорость закрученного потока воздуха существенно увеличивает коэффициент массопередачи.

Условием эффективной работы градирни с предложенным контактным устройством является организация однородного, покрывающего всю рабочую зону аппарата, газожидкостного слоя, исключающего возможность проскока воздуха без контакта с водой. Отсутствие сужений, расширений и резких поворотов при проходе потока воздуха обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление. Большое время пребывания жидкости обеспечивается за счет устройств, снижающих её среднерасходную скорость. Создание закрученного потока воздуха исключает капельный унос, снижающий максимальное значение рабочей скорости воздуха, и увеличивает коэффициенты массоотдачи, что дает возможность для широкого изменения нагрузок по воздуху и воде. Отсутствие мелких проходных сечений исключает их засорение, поэтому контактное устройство обеспечивает эффективную работу при наличии загрязнений как в воздухе, так и в оборотной воде, что снижает затраты на её подготовку, минимизирует перепады давления воздуха и воды. Разработанное устройство отличается простотой конструкции, нет деталей, изготовляемых с высокой точностью, следовательно, себестоимость изделия будет минимальной. Установленное свойство перераспределения потока воды по всей высоте контактного устройства объясняется конструктивными особенностями.

Низкая металлоемкость позволяет изготовлять его из прочных, антикоррозионных материалов. Важным достоинством является полное отсутствие поперечного перемешивания, что существенно увеличивает эффективность охлаждения оборотной воды промышленных предприятий. Следует также отметить, что в разработанном контактном устройстве отсутствует «пристеночный эффект», благодаря чему отпадает необходимость в секционировании его по высоте.

Таким образом, применение разработанных контактных устройств в градирнях обеспечивает эффективное охлаждение оборотной воды промышленных предприятий, обусловленное высокой поверхностью контакта фаз, позволит предотвратить сброс технической воды в природные источники и свести к минимуму подпитку водооборотной системы, что значительно улучшит экологическую ситуацию промышленных и прилегающих к ним районов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы (гос. контракты на проведение НИР 02.740.11.0062, 02.740.11.0685, 02.740.11.0753; П560) и гранта президента РФ 02.120.11.322-МК.

Литература

1. Галустов, В.С. Оптимизация систем оборотного потребления охлаждающей воды / В. С. Галустов // С.О.К. Сантехника Отопление Кондиционирование. - 2005

2. Наумов, С.В. Экологизация технологий оборотного водоснабжения / С.В. Наумов, А.А. Мухутдинов, О.А. Сольяшинова // Вестник Казан. технол. ун-та. - № 1. - 2010. - С. 208-211.

3. Пат. 96786 Российская Федерация, МПК7 С 07С 15/46. Контактное устройство для тепломассообменных процессов / Макушева О. С., Дмитриев А. В., Николаев А. Н.; заявитель и патентообладатель КНЦ РАН; опубл. 20.08.10., Бюл. № 23. - 2 с.

© О. С. Макушева - асп. КГТУ, [email protected]; А. В. Дмитриев - канд. техн. наук, доц. КГТУ; А. Н. Николаев - д-р техн. наук, проф. КГТУ.