Различия между закрытыми и открытыми охлаждающими башнями
Thread Content
Принцип охлаждения в открытых вентиляторных чиллерных заключается в том, что циркулирующая вода распыляется в виде струй на наполнитель из стекловолокна. Благодаря контакту воды с воздухом происходит обмен теплом. Вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха внутри чиллера, что позволяет вывести теплый воздух, уже обменявший тепло с водой, и тем самым достигается эффект охлаждения. При таком способе охлаждения первоначальные затраты довольно невелики, однако операционные расходы высоки (расход воды и электроэнергии). 2. Принцип охлаждения в замкнутой водяной башне заключается, говоря просто, в двух циклах: внутреннем и внешнем. Без наполнителя; основная часть — это поверхностный охладитель из медных труб. ①Внутренний цикл: соединяется с объектным оборудованием, образуя замкнутую систему циркуляции (циркулирующей средой является мягкая вода). Для охлаждения целевого оборудования тепло из него выводится в охлаждающую установку. ②Внешняя циркуляция: в охлаждающей башне для снижения температуры самой башни. Не соприкасается с водой во внутреннем цикле, а теряет тепло только через поверхностный охладитель из медных труб в конденсаторе. При таком способе охлаждения за счёт автоматического управления регулируется работа двигателя в зависимости от температуры воды. Два цикла: в сезоны весны и лета, когда температура окружающей среды высока, необходимо, чтобы оба цикла работали одновременно. В осенний и зимний периоды температура воздуха не высока, поэтому в большинстве случаев достаточен только внутренний циркуляционный режим. Закрытая охлаждающая башня, или закрытый тип охлаждающей башни, также называется замкнутой охлаждающей башней; сокращенно — закрытая башня. Закрытая охлаждающая башня произошла от испарительного охладителя; на самом деле это теплообменник, сочетающий в себе характеристики водяного охладителя и обычной охлаждающей башни. Это также теплообменник, находящийся между водяным и воздушным охладителями, поэтому некоторые производители называют его «испарительным воздушным охладителем». В настоящее время существует множество разновидностей такого охлаждающего оборудования. Общей чертой всех этих устройств является распыление воды снаружи теплообменника с перегородками, а также принудительная вентиляция. Тепло от охлаждаемой жидкости внутри теплообменника передается через стенки к распыляемой воде, а затем через принудительную конвекцию между водой и воздухом — к воздуху. Передача тепла от воды к воздуху происходит в основном за счет потенциальной теплоты испарения воды и теплообмена кинетической теплоты между водой и воздухом. Поскольку охлаждающая жидкость циркулирует в замкнутом контуре между перегревателем с промежуточными стенками и внешним технологическим оборудованием, такие устройства называются «замкнутыми конденсаторами» для отличия от обычных конденсаторов, в которых охлаждающая жидкость напрямую соприкасается с воздухом. В связи с этим обычные конденсаторы называются «открытыми конденсаторами».
В охлаждающих башнях вентиляторы обычно приводятся в действие с помощью электродвигателя, который через муфту, вал и редуктор передает крутящий момент. Вентиляторы способствуют быстрому охлаждению воды, поступающей в охлаждающую башню. Затем вода под давлением перекачивается на оборудование, которое требует охлаждения, а после этого снова возвращается в охлаждающую башню для дальнейшего использования. Таким образом достигается циклическое использование охлаждающей воды. Циркуляция промышленной охлаждающей воды между теплообменными устройствами и охлаждающими башнями осуществляется с помощью насосов. При проектировании, изготовлении, выборе и эксплуатации таких систем учитывается ряд факторов, связанных с надежностью, поэтому насосы обладают значительным запасом напора и расхода воды. Это проявляется в следующем: 1) объем воды в каждой системе циркуляции трудно определить с точностью. При расчете расхода воды инженеры учитывают все факторы, связанные с безопасной работой системы, и добавляют не менее 10–20% запаса к максимальному требуемому расходу воды, чтобы обеспечить достаточный уровень подачи воды через насосы. Таким образом, во всей системе всегда сохраняется избыток воды. 2. Во всей системе циркуляции воды каждый участок трубопровода и каждый изгиб трубы создают определенное сопротивление. Высота расположения охлаждающей башни, сопротивление теплообменных элементов, а также требования к давлению также способствуют возникновению сопротивления в системе. Это сопротивление невозможно рассчитать с высокой точностью; поэтому значения сопротивления, рассчитанные инженерами-технологами, являются лишь приблизительными. При выборе насоса необходимо учитывать более высокие значения, чтобы обеспечить безопасное выполнение производственных задач. Следовательно, к рассчитанному значению сопротивления следует добавить дополнительный коэффициент в размере 10–20% — таким образом, напор во всей системе будет достаточным. Но раньше вся эта энергия тратилась в системе впустую. А турбина использует всю эту избыточную энергию для приведения в движение вентилятора. Водяной вентилятор, как следует из названия, — это вентилятор, приводимый в действие силой воды, а не традиционным электричеством. В водяных охлаждающих башнях в качестве источника энергии для вентилятора вместо двигателя используется гидротурбина. Рабочая сила гидротурбины обеспечивается избыточным расходом воды и избыточным напором в системе. После модернизации горячая вода от насоса проходит через турбину и приводит её во вращение. Вал турбины напрямую соединен с вентилятором, что приводит к его вращению.
Охлаждающая башня — это устройство для циркуляционного охлаждения, которое поглощает теплоотходы, образующиеся в процессе производства, с помощью циркулирующей воды. Эта вода поступает внутрь башни и распыляется на наполнитель; при контакте с атмосферой тепло уходит в воздух, что способствует снижению температуры циркулирующей воды. Благодаря смешиванию и взаимодействию холодной и горячей жидкостей в колонне, за счет разницы температур происходит испарение воды из поверхности охлаждаемого объекта при контакте с охлаждающей водой, что обеспечивает его самоохлаждение. Ниже приведены стандарты контроля разницы температур воды при входе и выходе из охлаждающей башни: Разница температур воды при входе и выходе из охлаждающей башни является одним из наиболее эффективных показателей эффективности охлаждения; кроме того, это важный параметр при выборе охлаждающей башни. В обычных случаях для гражданских охлаждающих башен стандартными условиями работы являются температура воды при входе 37°C, а при выходе — 32°C; разница температур воды составляет 5°C℃ ； Рабочие условия проектирования промышленных охлаждающих башен обычно делятся на несколько диапазонов: 65°C–45°C, 43°C–33°C, 40°C–32°C и т. д. Разница температуры воды на входе и выходе из башни может составлять от 8°C до 20°C. Во время работы охлаждающей установки необходимо обеспечивать бесперебойную работу всех её компонентов; любые засорения крайне нежелательны. К распространенным причинам засорений относятся засорение труб и использование заполнителя, который забивается из-за чрезмерного наличия известкового налета. Если происходит засорение, его следует немедленно устранить, чтобы обеспечить свободный поток воды в охлаждающей башне и таким образом добиться эффекта охлаждения.
Общий термин «вентиляторная башня» используется для обозначения устройств для рассеивания тепла как прямого (с открытой циркуляцией), так и косвенного (с замкнутой циркуляцией) типа. Хотя большинство представляют себе «вентиляционную башню как устройство для охлаждения посредством прямого контакта с воздухом», существуют также косвенные вентиляционные башни, которые иногда называются «вентиляционными башнями с замкнутым циклом». Но это тоже является видом вентиляционных башен. Прямой или открытый охлаждающий котел представляет собой закрытую конструкцию, в которой циркулирующая вода распыляется в виде тумана на наполнитель из стекловолокна. Наполнитель обеспечивает более большую площадь контакта, что позволяет достичь эффекта теплообмена за счёт взаимодействия воды и воздуха. Кроме того, вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха внутри башни, вынося наружу горячий воздух, прошедший теплообмен с водой, тем самым обеспечивая охлаждение. Наполнение может включать несколько слоев; в основном это вертикальные слои воды, необходимые для распространения капель по поверхности (наполнение), или горизонтальные элементы брызг, которые создают множество небольших капель с большой площадью поверхности на разных уровнях (брызги). Косвенные или замкнутые охлаждающие башни не предполагают прямого контакта воздуха и жидкости, как правило, смеси воды или этилентетрагидрофурана, с тем, что необходимо охладить. Отличие заключается в том, что у открытых охлаждающих башен имеются две независимые циркуляционные системы. Одно из них — это вода во внешней цепи, находящаяся на втором тракте; это круговой поток за пределами трубчатого узла (неоткрытые катушки), где теплоноситель охлаждается и возвращается в замкнутый контур. Воздух циркулирует за счёт воды, находящейся в каскаде вокруг всего теплового трубка, обеспечивая эффект охлаждения, аналогичный тому, что достигается в открытых охлаждающих башнях. Действующий тепловой поток идет от внутренней теплоносительной сети, через стенки катушек, во внешнюю сеть, а затем нагревается за счет испарения воздуха и воды и выходит в атмосферу. Действия косвенных вентиляторов охлаждения очень похожи, за исключением момента запуска вентиляторов охлаждения. Этот процесс осуществляется с использованием охлаждающей жидкости в «замкнутом» цикле, без прямого контакта с атмосферой или внешней водой. В обратноструйной вентиляторной башне воздух движется вверх через наполнитель или трубчатые элементы, в то время как вода движется вниз. В водяной башне с поперечным потоком воздух движется горизонтально, а вода — вниз под действием силы тяжести. У охлаждающих башен есть ещё одна особенность: механические охлаждающие башни, используемые в авиационной сфере, опираются на вентиляторы, приводимые в действие электроэнергией, для притяжения или принудительного выталкивания воздуха из башни. Это способствует экономии энергии и защите окружающей среды. Рост числа дымоходов для естественной вентиляции в охлаждающих башнях обеспечивает подъем воздуха за счет плавучести. Охлаждающие башни с вентиляцией с помощью вентиляторов используют механическое создание потока воздуха для усиления эффекта плавучести. Многие ранние охлаждающие башни опирались на потоки воздуха, создаваемые направлением ветра. Если охлаждающая вода возвращается из системы охлаждения для повторного использования, необходимо добавить некоторое количество воды, чтобы компенсировать ту часть воды, которая испаряется в процессе циркуляции. Поскольку процесс испарения включает чистую воду, концентрация растворенных минералов и других твердых веществ в циркулирующей воде обычно увеличивается, если только не применяются меры по контролю над растворением таких веществ. Часть воды также теряется вместе с каплями от выходящих газов (дрейфующих капель), но это обычно удается снизить до очень малого количества с помощью устройств в виде барьеров, называемых устройствами для удаления дрейфующих капель, которые собирают эти капли. Сумма, необходимая для восполнения убытков, должна соответствовать сумме испарений, уносимой ветром, общему смещению уровня воды, а также потерям из-за взрывов под давлением ветра и других утечек воды, чтобы поддерживать стабильный уровень воды.