Испарительное охлаждение – типы оборудования, состав, особенности применения

Градирни и испарительные конденсаторы являются эффективными и экономически выгодными средствами отвода тепла от систем кондиционирования воздуха, холодильных установок и промышленных систем охлаждения технологических процессов. Эти аппараты применяются более полувека. Испарительные охладители компактны, малошумны, потребляют не много энергии и могут экономить до 95% оборотной воды. Они просты в эксплуатации и обслуживании, эффективны и безопасны.

Испарительное охлаждение основано на естественном принципе. В градирнях открытого типа охлаждаемая вода равномерно распределяется по оросительному блоку, а воздух продувается или протягивается через этот блок. В процессе небольшое количество воды испаряется, что способствует охлаждению оставшейся воды. Охлажденная вода стекает с оросительного блока в отстойник градирни, а тепло отводится потоком выходящего воздуха.

Испарительные конденсаторы и градирни закрытого типа имеют теплообменник внутри корпуса вместо оросительного блока. Вода распределяется снаружи по змеевику теплообменника и тепло отводится от хладагента или теплоносителя, циркулирующего в трубках.

Испарительное охлаждение сочетает в себе высокую тепловую эффективность и экономичность, обеспечивая охлаждение до низких температур с минимальным энергопотреблением и расходом воды. Охлаждение до низких температур имеет важное значение во многих технологических процессах для достижения высокой эффективности системы. Эти процессы требуют меньше энергии, поэтому испарительное охлаждение способствует сохранению природных ресурсов и окружающей среды.

Конфигурации оборудования

Существует три основных конфигурации систем испарительного охлаждения: поперечный ток воды и воздуха, противоток и комбинированный поток. В испарительных охладителях с поперечным током вода стекает вертикально вниз по оросительному блоку или теплообменнику, а воздух проходит через него в горизонтальном направлении. В противоточных установках вода течет вертикально вниз, при этом воздух проходит вертикально вверх.

поперечный ток и противоток воды и воздуха
Поперечный ток и противоток воды и воздуха через оросительный блок

В комбинированных градирнях, которые также называют гибридными, используются как змеевик теплообменника, так и оросительный блок. Добавление оросительного блока к традиционной градирне закрытого типа уменьшает испарение в змеевике теплообменника, что снижает вероятность образования накипи и обрастания. Гибридные градирни сочетают в себе параллельный ток воздуха и воды через змеевик теплообменника и поперечный ток через оросительный блок. Охлаждаемая жидкость или газ протекает по змеевику снизу вверх. Таким образом, обеспечивается вертикальный противоток технологической среды с потоком охлаждающей воды и воздуха, что повышает эффективность градирни.

Противоток и комбинированный ток воздуха и воды
Противоток через змеевик теплообменника и комбинированное исполнение

Системы распределения воды

Распределение воды в испарительных охладителях осуществляется двумя способами – под действием силы тяжести и с помощью систем распыления для распределения воды по оросительному блоку.

Система распределения воды под действием силы тяжести представляет собой водный бассейн, расположенный в верхней части установки над оросительным блоком или змеевиком. На дне бассейна выполнены перепускные отверстия, через которые воды стекает на ороситель или теплообменник. Системы испарительного охлаждения с гравитационным распределением воды требуют минимального напора насоса, доступны для технического осмотра в процессе эксплуатации, просты в ремонте и обслуживании.

Системы распыления воды, используемые в противоточных градирнях, состоят из труб, оснащенных форсунками. Распылительная система устанавливается над оросительным блоком. Эти системы обычно требуют давления воды до 0,5 бар на входе и выполняются в виде отдельного блока для возможности демонтажа и проведения технического обслуживания.

Системы распределения воды
Распределительный бассейн и система распыления воды

Вентиляторы градирен

Поток воздуха через испарительный охладитель обеспечивается одним или несколькими вентиляторами. Вентилятор градирни или испарительного конденсатора может быть осевым или центробежным, каждый тип имеет свои преимущества.

Центробежный и осевой вентиляторы градирен
Центробежный и осевой вентиляторы градирен

Осевые вентиляторы потребляют энергии, чем центробежные, при сопоставимых размерах установки, что дает значительную экономию затрат в процессе эксплуатации.

Центробежные вентиляторы способны преодолеть большие размеры внешнего статического давления, что делает их пригодными для установок, расположенных как снаружи, так и внутри помещений. Центробежные вентиляторы градирни относительно тише, чем осевые вентиляторы, хотя разница минимальна и часто может быть нивелирована за счет применения специальных малошумных вентиляторов или специальных устройств для снижения уровня шума. Вентиляторы градирни могут быть установлены в двух вариантах – для создания форсированной и искусственной тяги.

Форсированная тяга

Вентилятор градирни установлен в верхней части аппарата. При таком исполнении уровень шума сводится к минимуму и обеспечивается максимальная защита от обледенения лопастей. Воздух протягивается через установку и нагнетается в атмосферу вентилятором. Использование коррозионностойких материалов обеспечивает долгий срок службы и сводит к минимуму необходимость технического обслуживания для компонентов обработки воздуха.

Искусственная тяга

Вентилятор градирни расположен в нижней части рядом с воздухозаборником, таким образом, свежий воздух продувается через установку. Такое расположение вентилятора облегчает доступ для планового технического обслуживания и сервиса. Более того, размещение вентилятора на входе в градирню в потоке сухого воздуха увеличивает срок его службы, т.к. электромотор и подвижные части изолированы от насыщенного влажного воздуха.