logo
АИУС

Оптимизация работы башенных градирен

Особенностью башенных градирен является почти равномерное распределение воздуха внутри них и отсутствие рециркуляции теплого воздуха, что может возникнуть в секционных вентиляторных градирнях. Однако, башенные градирни наиболее подвержены влиянию внешних аэродинамических воздействий. Отрицательное влияние ветра сказывается на работе башенных градирен вследствие попадания холодного воздуха-ветра через верх башни. Это уменьшает тягу и ведёт к ухудшению охлаждения воды37.

Поскольку в башенных градирнях практически невозможно управлять расходом охлаждающего воздуха, то пути оптимизации работы башенных градирен сводятся к способам регулирования расхода охлаждаемой воды.

Одним из таких способов может быть секционное распределение подачи воды38. Суть способа заключается в том, что при неравномерном охлаждении воды в градирне из-за аэродинамических воздействий большая часть воды, поступающей в градирню для охлаждения, подаётся на те секции, где охлаждение в данный момент лучше.

Таким образом, вода в градирню должна поступать через N секций, позволяющих регулировать расход воды Gi и перепад температуры ΔТi в i-й секции (i=1…N). Тогда среднемассовый перепад температуры воды в градирне Ф за счет охлаждения

, (10.1)

где – массовый расход воды, подаваемой в градирню.

Управление распределением воды по секциям необходимо вести таким образом, чтобы добиться максимума функционала (10.1) при условии

.

Тепловой коэффициент полезного действия градирни равен

,

где F – безразмерная функция отношения расходов – определяется конкретными особенностями каждой градирни и может быть найдена только экспериментальным путем, Ga – массовый расход воздуха через градирню, ΔТП = T2 – TП – предельная температура, на которую может охладиться вода.

Функцию F можно определить однозначно при помощи её аппроксимации с точностью до неизвестного коэффициента А1. Простейшей аппроксимацией F является аппроксиманта Паде

.

По расчетам, проведенным Боруховым В.Т., тепло- и массообмена в градирнях при малых расходах воды величина а из предыдущей формулы может быть принята приближенно равной 1. При этом процедура идентификации параметра А1 по натурным измерениям устраняет возможную погрешность в определении величины а. Далее, принимая общий расхода воздуха через градирню постоянным, что справедливо для башенных градирен, можно записать:

. (10.2)

Из (10.2) следует, что

, . (10.3)

Используя (10.3), оптимальные значения секционных расходов теплой воды определяются по формулам:

. (10.4)

Формула (10.4) получена с допущением, что при малых отклонениях расхода значения Ai не изменяются.

Рис. 10.2. Схема автоматического регулирования процессом охлаждения в башенных градирнях

Другим способом оптимизации управления градирней может быть применение импульсно-периодического режима орошения39. Импульсно-периодический режим орошения можно организовать следующим образом. Если на небольшой промежуток времени t1 ≤ τ2 (где τ2 – время прохождения паровоздушной смесью оросительного пространства градирни h2) прервать поток воды из водораспределительного устройства, то в силу инерционности конвективных потоков тяга градирни сохраниться, и достаточно быстро произойдет обновление паровоздушной среды в первой (зона для поступления воздуха) и во второй (зона оросительного устройства) зонах градирни. В подоросительное пространство за этот промежуток времени поступит извне относительно холодный, ненасыщенный парами воды воздух.

Если затем пропустить поток воды за время t2, то испарительное охлаждение воды будет значительно более эффективным. Выбор времени орошения t2 произволен, но должен определяться из условия максимальной эффективности работы градирни. Критерием оптимизации параметров импульсного режима орошения может служить параметр S, равный отношению потоков энтальпий

,

где ΔHν – поток энтальпии в нестационарном режиме; ΔH – поток энтальпии в стационарном режиме, необходимый для обеспечения нормальной работы конденсатора турбины, которую обслуживает градирня. Этот поток можно записать как

,

где с – удельная теплоёмкость воды; Gb – массовый расход воды, протекающей через градирню (гидравлическая нагрузка); ΔТ = T2 – T1 – перепад температур воды в градирне.

Проведенные эксперименты40 показали, что физические эффекты, связанные с переходом к периодическому режиму работы, позволят повысить тепловой КПД градирни примерно в полтора раза.

Реализация приведенных выше способов регулирования может быть выполнена с использованием системы автоматического регулирования процессом охлаждения в башенных градирнях, приведенной на рис. 10.2. Разработанная автоматизированная система включает в себя датчики температуры воды (Т), датчики расхода воды (G), датчики температуры воздуха при φ=100% (Тв – температура мокрого термометра), регулирующие клапаны с электроприводами (М), микропроцессорный управляющий контроллер (К), сервер базы данных и автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера.

Применительно к первому из изложенных выше способов регулирования общий алгоритм работы автоматизированной системы следующий. На каждом цикле регулирования сигналы о текущих значениях расходов и температур воды, а также о температуре мокрого термометра Тв, измеряются соответствующими датчиками и передаются в управляющий контроллер (К). В контроллере производится расчет оптимальных значений расходов воды в соответствии с приведенной выше методикой, после чего формируются необходимые управляющие воздействия на электроприводы регулирующих клапанов (М), изменяющих расходы охлаждаемой воды через секции градирен.

Информация о текущих значениях параметров воды (температуры, расходы), положениях регулирующих клапанов и состоянии оборудования системы автоматизации передается на сервер базы данных, где происходит ее архивирование.

Просмотр текущих и архивных значений технологических параметров, а также настройка системы при наладке и в процессе эксплуатации осуществляется при помощи АРМ оператора.

Применительно ко второму из приведенных способов регулирования общий алгоритм работы системы автоматического регулирования аналогичен изложенному выше за исключением алгоритма расчета и формирования команд управления регулирующими клапанами, реализуемого в микропроцессорном контроллере.

Целью работ по автоматизации в охладительных установках является выработка закона управления, повышающего текущий КПД охлаждающей установки. При этом основными факторами, влияющими на охлаждение воды в градирне, являются разность температур охлаждаемой воды и воздуха, скорость движения воздуха относительно поверхности воды и относительная влажность воздуха.