6.5. Chłodnie wody obiegowej

6.5.1. Wiadomości wstępne

W zakładach przemysłowych woda służy do różnych celów, ale najwięcej zużywa się jej do chłodzenia aparatów i urządzeń przemysłowych. Zastosowanie wody jako czynnika chłodzącego jest związane bądź z samym procesem technologicznym (skrapla­niem w skraplaczu pary odlotowej z turbin, skraplaniem otrzy­manych podczas reakcji chemicznych produktów), bądź to z za­bezpieczeniem pewnych elementów konstrukcji przed zniszczeniem wskutek wysokich temperatur, np. cylindrów silników spa­linowych.

Temperatura i ilość domieszek w wodzie chłodzącej zależą od jej przeznaczenia. W większości wypadków woda chłodząca nie powinna zawierać domieszek osiadających na elementach ochła­dzanych lub powodować ich korozji, a temperatura jej nie powin­na przekraczać wartości dopuszczalnej dla przyjętego sposobu chłodzenia. Wynika to z przebiegu procesów technologicznych, a także z warunków zapewniających niezawodność i ekonomiczność pracy urządzenia. Tak więc podwyższenie temperatury wo­dy chłodzącej powoduje w elektrowniach parowych wzrost zu­życia paliwa, w urządzeniach chłodniczych zmniejszenie wydaj­ności chłodniczej itp. Wymianę ciepła utrudnia osiadanie na chło­dzonych powierzchniach zawartych w wodzie domieszek pocho­dzenia mineralnego lub organicznego.

Jeżeli jest do dyspozycji wystarczająco pojemne źródło wody, np. jeziora, rzeka, zazwyczaj stosuje się przepływowy (otwarty układ chłodzenia, w którym woda chłodząca, czerpana ze źródła po jednokrotnym wykorzystaniu wraca do niego. Gdy zastosowanie otwartego układu chłodzenia jest niemożliwe lub ze wzglę­dów ekonomicznych niecelowe, wówczas stosuje się zamknięty układ chłodzenia. Polega on na tym, że wodę raz zaczerpniętą ze źródła wykorzystuje się wielokrotnie do chłodzenia. Wodę ogrza­ną w urządzeniu ochładzającym następnie chłodzi się powie­trzem, dzięki czemu może ona wrócić do obiegu. Wodę przepły­wającą w układzie zamkniętym nazywa się wodą obiegową. Za­leżnie od sposobu chłodzenia wodą obiegową urządzenia chłodzące dzieli się na:

• stawy ochładzające,

• baseny rozpryskowe,

• chłodnie.

6.5.2. Stawy ochładzające

Stawy ochładzające są zbiornikami wodnymi naturalny­mi lub sztucznymi. W pierwszym wypadku wodę chłodzi się w stawie lub jeziorze; czasami w kilku jeziorach połączonych ze sobą. W zbiornikach sztucznych do chłodzenia buduje się ba­seny sztuczne lub stawy utworzone przez przegrodzenie groblą koryta rzeki. Baseny sztuczne stosuje się do odprowadzania od wody obiegowej stosunkowo niewielkich ilości ciepła, tj. do 836 000 kJ w ciągu godziny. Dla odprowadzenia tej ilości ciepła powierzchnia lustra wody powinna wynosić 800÷1000 m². Chło­dzenie wody w stawie odbywa się wskutek parowania po­wierzchni wody i odpływu ciepła przez konwekcję do otaczają­cego powietrza.

Miejsca pobierania i odprowadzania wody do stawu tak się sytuuje, aby woda pobierana ze stawu zdążyła się ochłodzić.

6.5.3. Baseny rozpryskowe

Podobnie jak stawy ochładzające, baseny rozpryskowe, są na­turalnymi lub sztucznymi otwartymi zbiornikami wody; jednak wodę odprowadza się do nich nie bezpośrednio (jak do stawów), lecz przez system dysz rozpryskowych usytuowanych nad lu­strem wody w basenie (rys. 6-25). Rozpylanie wody dyszami po­woduje znacznie lepsze jej ochłodzenie. Ciepło jest pobierane od rozpylonych kropel wody przez otaczające powietrze. Ochłodze­nie wody w samym basenie jest w tym wypadku mniej istotne.

Niekiedy dysze rozpryskowe sytuuje się bezpośrednio nad po­wierzchnią sztucznego stawu i czynne są one tylko latem, kiedy powierzchnia stawu nie gwarantuje dostatecznego ochłodzenia wody.

Rys. 6-25. Przekrój basenu rozpryskowego (13)

1 - płyty betonowe, 2 - piasek, 2a - żwir, 3 - glina, 4 - stalowa konstrukcja wsporcza, 5 - podpory rolkowe, 6 - przewody rozdzielcze wody, 7 - rury łączące dysze z przewodami, 8 - dysze

6.5.4. Chłodnie wody obiegowej

Chłodnie wody obiegowej zależnie od konstrukcji oraz spo­sobu chłodzenia mogą być otwarte i zamknięte.

Chłodnie otwarte bywają zasadniczo dwóch typów: rozprysko­we i zraszające.

Chłodnie rozpryskowe (rys. 6-26) są małymi base­nami rozpryskowymi otoczonymi ze wszystkich stron żaluzjami drewnianymi. Żaluzje uniemożliwiają przedostawanie się na ze­wnątrz kropel wody porywanych przez powietrze ochładzające. Dysze rozpryskowe są umieszczone wysoko ponad lustrem wody zbiornika tworzącego dno chłodni. Rozpylona przez dysze ciepła woda w postaci kropel częściowo opada na dół, częściowo ścieka po zewnętrznej stronie żaluzji. Po drodze krople ochładzają się powietrzem zewnętrznym dopływającym przez żaluzje. Ochło­dzona w ten sposób woda gromadzi się w zbiorniku wodnym, skąd pompuje się ją z powrotem do urządzeń lub aparatów ochładzanych. Chłodnię rozpryskową o małej wydajności przed­stawiono na rys. 6-26.

Chłodnie zraszające (rys. 6-27) stosuje się do chło­dzenia większych ilości wody niż w wypadku chłodni rozpryskowych. Składają się z urządzenia zraszającego (zraszacza), urzą­dzenia rozprowadzającego wodę do poszczególnych zraszaczy, ża­luzji i zbiornika wodnego. Najprostszą chłodnię tego typu przed­stawiono na rys. 6-27. W pionowo ustawionej ramie drewnianej znajdują się co 0,5÷0,6 m poziome kraty wykonane z prętów stalowych. Na kratach ułożono warstwy słomy. Krata, wraz z uło­żoną na niej warstwą słomy, jest w tym typie chłodni urządze­niem zraszającym. Woda ciepła napływa na zraszacze z góry przez dysze zraszające. Woda ochłodzona gromadzi się w zbiorniku, skąd pompą jest przetłaczana z powrotem do urządzenia ochła­dzanego.

Rys. 6-28. Krata otwartej chłodni zraszającej

W większych chłodniach urządzenie zraszające stanowią kra­ty zbite z listew drewnianych (rys. 6-28). W celu lepszego roz­prowadzenia wody listwy są nieco wygięte.

Chłodzenie wody obiegowej osiąga się przez przepływ powie­trza zewnętrznego w kierunku poziomym, między kratami urzą­dzeń zraszających. Aby zapobiec porywaniu kropel ochłodzonej wody przez powietrze, chłodnie obudowuje się żaluzjami drew­nianymi, jak w wypadku chłodni otwartej rozpryskowej (patrz rys. 6-26). Otwarte chłodnie zraszające mają wysokość 6÷14 m.

Chłodnie zamknięte (wieżowe) dzielą się na rozpryskowe, zraszające i ociekowe. Charakterystyczną cechą chłodni zamknię­tych jest wysoka wieża wyciągowa, wykonana z drewna lub żel­betu. Umożliwia ona ciąg powietrza powstający wskutek różnicy gęstości bardziej chłodnego i suchego powietrza ochładza­jącego (zewnętrznego) oraz o­cieplonego i nawilżonego po­wietrza w wieży. Zależnie od typu i wydajności chłodni wysokość wieży licząc od poziomu terenu wynosi 15÷60 m, a w razie zastosowania żelbetu na­wet 120 m.

W wieżowej chłod­ni rozpryskowej (rys. 6-29) urządzeniem zraszającym jest jeden lub kilka rzędów dysz rozpryskowych umieszczo­nych wewnątrz drewnianej wieży wyciągowej, o przekro­ju kwadratowym lub prosto­kątnym. Dysze znajdują się na wysokości 1,5÷2 m od lustra wody w zbiorniku wody i są skierowane wylotami ku górze.

Wieża, począwszy mniej więcej od poziomu otworu dysz do sa­mej góry, ma ściany zbite z desek. Między dolnymi krawędziami ściany a górną powierzchnią zbiornika wody pozostawia się otwory wlotowe do przepływu powietrza ochładzającego (zewnętrznego).

W wieżowych chłodniach zraszających ogrzana woda napływa z góry; spływając w dół zrasza po dro­dze różnorodnie ukształtowane kraty zraszające, usytuowane w wieży tak jak w chłodniach otwartych zraszających. Przepływa­jąc między listwami powietrze ochładzane odbiera wodzie cie­pło.

Jeżeli zraszacze są zbudowane nie z poziomych listew, jak w wypadku chłodni zraszających, lecz z ustawionych w bardzo małych odstępach płyt, to chłodnia nazywa się chłodnią ociekową, gdyż woda ochładzana ocieka cienką warstwą po powierzchni płyt. Taki przepływ zwiększa skuteczność chłodzenia.

Do zalet chłodni wieżowych należą:

1) niezależność chłodzenia od sił i kierunku wiatru, co ze­zwala na zlokalizowanie chłodni na obszarach zabudowanych,

2) mniejsze powierzchnie w porównaniu z basenami rozpryskowymi,

3) odprowadzenie ocieplonego powietrza na większą wysokość niż w chłodniach otwartych,

4) znaczne zmniejszenie ilości unoszonej przez powietrze wo­dy w postaci kropel w porównaniu z chłodniami otwartymi, a zwłaszcza z basenami rozpryskowymi.

Do wad chłodni wieżowych zalicza się:

1) stosunkowo duży koszt w porównaniu z basenami rozpryskowymi i chłodniami otwartymi,

2) skomplikowana eksploatacja zimą wskutek oblodzenia chłodni,

3) zakwitanie wody.

Oblodzenia zewnętrznych powierzchni chłodni unika się przez ciągłe zwilżanie ich strumieniem ciepłej wody. Latem wskutek sprzyjających warunków cieplnych woda zakwita tworząc na powierzchniach stosunkowo znaczne nawarstwienia i powodując tym samym zarastanie chłodni. Wówczas należy wyłączyć chłod­nię i oczyścić ją.

W celu uniknięcia zakwitania wody dodaje się chloru do wo­dy obiegowej.

Rys. 6-29. Wieżowa chłodnia rozpryskowa

---