19 Розрахунок градирень

Оборотна вода деяких оборотних циклів (систем охолодження, газоочисток доменного, киснево-конверторного цехів, прокатних станів та ін.) охолоджується на градирнях вентиляторних або баштових. Вибір конструкції градирні і типу зрошувача здебільшого залежить від якості води, що підлягає охолодженню та її кількості [1, 4].

Кінцева мета розрахунку вентиляторних градирень – визначення густини зрошення q_ж і кількості градирень (або їх секцій, якщо градирні секційні), які забезпечують охолодження заданої витрати води від температури на вході t₁ до температури води на виході з градирні t₂ при заданих параметрах атмосферного повітря: температури повітря за сухим термометром , вологості повітря  та температури за вологим термометром .

У курсовому проекті приблизно можна приймати питоме гідравлічне навантаження q_ж рівним: у разі застосування зрошувачів плівкового типу – 8-12 м³/м²год, краплинного – 6-10 м³/м²год, бризкального - 5-6 м³/м²год.

Для охолодження оборотної води газоочисток доменного цеху слід приймати вентиляторні градирні з бризкальними зрошувачами. При цьому допускається наявність завислих речовин більше 120 мг/л, а також масла і нафтопродукти.

Із умов запобігання руйнуванню конструкційних матеріалів градирні температура води, яка надходить до неї, не повинна перевищувати 60⁰С.

Із умов надійності, зручності й економічності експлуатації рекомендується від 2 до 12 секцій або градирень в одному оборотному циклі водопостачання. Якщо за технологічними розрахунками число секцій або градирень виходить за вказані межі, слід обрати інший типорозмір градирні. Оптимальна кількість градирень або секцій – 4 - 8.

При розташуванні градирень на майданчику підприємства необхідно забезпечувати безперешкодний доступ атмосферного повітря до них і сприятливі умови для відведення зволоженого повітря, що викидається з градирні.

У вентиляторних градирнях слід використовувати здебільшого низьконапірні водорозподільчі системи.

Для запобігання потрапляння води на зовнішню поверхню градирні крайні ряди сопел доцільно встановлювати під вертикальним кутом 30-45⁰ усередину градирні. Таку конструкцію особливо рекомендовано при напорах води перед соплами більше 3 м.

Зрошувач бризкального типу являє собою щити, що направляють повітря, які водночас дещо збільшують поверхню стикання води з повітрям. Відстань між щитами - 500 мм.

Під час розрахунків слід ураховувати, що вода може бути охолоджена в градирні до температури більш низької, ніж температура атмосферного повітря за сухим термометром . Теоретичною межою охолодження води в градирні вважають температуру атмосферного повітря за вологим термометром . З наближенням температури води t₂ до теоретичної межі охолодження  необхідний розмір градирні збільшується. Тому під час проектування рекомендовано приймати розрахункову температуру t₂ виходячи з того, щоб різниця t₂- була не меншою 4-5⁰С.

Розрахунок градирні згідно зі СНиП 2.04.02-84 слід виконувати, виходячи з вимог до якості води і середньодобових температур атмосферного повітря за сухим і вологим термометрами, складених в результаті багаторічних спостережень, з забезпеченістю 1-10% за літній період року. Вибір забезпеченості можна проводити залежно від категорії водоспоживання. Для водоспоживачів у галузі чорної металургії забезпеченість слід обирати 1%.

Дані наведені в табл. 7, відносяться до літнього періоду року.

Температурні нормативи якості води оборотних систем слід обирати згідно з табл. 4.

Площа зрошування вентиляторних градирень з бризкальним або крапельним зрошувачем можна визначати за формулою [9], м²:

,

де Q - витрата води, що подається на охолодження, м³/год;

t₁ - температура води, що охолоджується, ⁰С;

t₂ - температура охолодженої води, ⁰С;

К - коефіцієнт, який залежить від типу зрошувача, температури повітря за вологим термометром, ширини зони охолодження і напору перед соплами. К визначають за табл. 9.

V_в – швидкість руху повітря через зрошувач, м/с;

 - густина зовнішнього повітря залежно від його температури за сухим термометром і відносної вологості, кг/м³;

 - температура повітря за вологим термометром (див. табл. 8), ⁰С.

Швидкість руху повітря в градирні складає близько 2 м/с. Наприклад, в градирнях площею 16 м² швидкість складає 2,1 м/с; 64 м² – 2,17 м/с; 144 м² – 2,12 м/с; 192 м² – 1,9 м/с; 400 м² – 1,86 м/с; 380 м² – 1,97 м/с; 1200 м² – 2,3 м/с.

Густину повітря для вологості 40 – 100 % приблизно приймають залежно від температури повітря за сухим термометром: при  = 20⁰С  = 1,17-1,18 кг/м³;  = 22⁰С  = 1,16-1,17 кг/м³;  = 24⁰С  = 1,15-1,16 кг/м³;  = 26⁰С  = 1,14-1,15 кг/м³;  = 28⁰С  = 1,13-1,14 кг/м³.

Указану формулу можна використовувати, якщо ширина зони охолодження складає t = t₁ – t₂ = 3⁰C – 20⁰C, висота зони охолодження t` = t₂ -  = = 3⁰C – 4⁰C, температура повітря за вологим термометром  = 15 – 22⁰С, відносна вологість повітря  = 30 – 70%.

Типи вентиляторних градирень наведено в табл. 10.

Таблиця 8 – Розрахункові параметри атмосферного повітря

Пункти спостереження	Забезпеченість параметрів атмосферного повітря, %
	1			5			10
									
Астрахань	30,4	52,0	23,2	28,8	55,0	22,4	27,8	56,0	21,6
Горький	26,8	48,0	19,6	24,0	52,0	17,8	22,7	56,0	17,3
Іркутськ	22,0	63,0	17,6	20,5	68,0	16,9	19,7	71,0	16,5
Казань	26,8	43,0	18,7	24,6	51,0	18,2	23,4	55,0	17,8
Краснодар	28,0	55,0	21,6	26,5	57,0	20,6	25,5	59,0	20,1
Красноярськ	24,4	55,0	18,6	22,5	61,0	17,7	21,4	64,0	17,2
Ленінград	26,0	56,0	20,1	23,2	60,0	18,3	21,7	63,0	17,4
Луганськ	30,1	30,0	18,8	27,0	37,0	17,8	25,7	44,0	18,0
Москва	27,0	55,0	20,8	24,5	57,0	19,0	22,9	59,0	17,9
Новосибірськ	25,4	54,0	19,3	23,3	59,0	18,2	22,0	63,0	17,6
Омськ	27,4	44,0	19,4	24,1	50,0	17,6	22,5	55,0	17,0
Свердловськ	25,8	49,0	18,8	23,2	57,0	17,8	21,5	62,0	17,0
Томськ	24,3	60,0	19,2	22,3	64,0	18,0	21,0	68,0	17,4
Тула	25,5	56,0	19,6	23,1	60,0	18,2	21,6	63,0	17,3
Уфа	27,6	44,0	19,5	25,3	48,0	18,3	23,8	53,0	17,8
Харків	28,5	38,0	19,2	26,4	45,0	18,8	24,9	52,0	18,6
Челябінськ	26,0	51,0	19,4	23,7	54,0	15,8	22,4	58,0	17,3

Таблиця 9 - Значення коефіцієнта К для вентиляторної градирні з крапельним або бризкальним зрошувачем

Напір води перед соплом, м	Температура повітря за вологим термометром,  0С
	16	17	18	19	20	21	22
t1-t2=50 C
4,5	461/408	485/422	506/436	528/450	549/466	570/485	592/505
3,5	441/392	461/406	481/419	502/433	522/448	543/467	563/486
2,0	407/369	426/381	445/403	464/407	483/422	502/439	521/458
t1-t2=100C
4,5	423/374	442/386	461/398	480/410	499/425	518/441	537/458
3,5	403/358	421/379	438/379	457/394	475/410	493/425	511/442
2,0	372/355	389/347	504/358	422/371	439/386	456/399	473/418
t1-t2=150C
4,5	380/335	397/346	414/357	432/370	450/384	457/398	484/417
3,5	361/321	377/332	394/343	411/355	428/369	448/383	461/402
2,0	322/302	348/311	364/322	379/333	395/346	410/360	426/379
t1-t2=200C
4,5	334/293	351/305	368/317	386/380	404/343	421/356	438/376
3,5	315/275	331/287	348/299	365/312	382/327	398/344	415/358
2,0	286/256	302/268	318/280	333/293	349/307	364/328	380/338

Примітка. У чисельнику наведені значення К для крапельного зрошувача, в знаменнику – бризкального.

Таблиця 10 – Типи вентиляторних градирень

Площа секції, м2	Розмір однієї секції, м2	Вид зрошувача hор	Висота зрошувача, м	Кількість секцій	Тип вентилятора	Подача повітря вентиля-тором	Номер проекту
16	4х4	Плівковий	3,81	2 - 6	2ВГ-25	140	901-6-56
		Краплинний	3,86	2 - 6		110
		Бризкальний	2,50	2 - 6		140
16	4х4	Плівковий	3,42	2 - 6	2ВГ-25	140	901-6-59
		Краплинний	3,60	2 - 6		110
		Бризкальний	3,40	2 - 6		135
24	4х6	Бризкальний	1,76	2 - 6	3ВГ-25	180	901-6-67.83
64	8х8	Плівковий	3,36	2 - 5	IВГ-50	585	901-6-51
		Краплинний	3,48	2 - 5		490
		Бризкальний	3,00	2 - 5		570
64	8х8	Плівковий	3,68	2 - 5	IВГ-50	580	901-6-29
		Краплинний	3,68	2 - 5		465
		Бризкальний	3,80	2 - 5		550
144	12х12	Плівковий	3,36	2 - 3	2ВГ-70	1290	901-6-48
192	12х16	Бризкальний	2,00	2 - 3	2ВГ-70	1425	901-6-62
192	12х16	Краплинний	3,67	2 - 3	2ВГ-70	1130	901-6-61
192	12х16	Краплинний	3,80	2 - 3	2ВГ-70	1240	901-6-43
		Бризкальний	3,60	2 - 3		1400