Воздействие выбрасываемых из градирен аэрозолей на окружающую среду

При работе на промплощадке большого количества мокрых градирен и определенном сочетании погодных условий группа факелов может формировать в районе предприятия местный микроклимат с повышенной влажностью атмосферного воздуха. Кроме того, при наличии в атмосферном воздухе газообразных примесей выходящая из градирни влага может с ними взаимодействовать и образовывать вредные для окружающей среды соединения.

Капли воды распространяются в атмосфере в районе градирен и увлажняют поверхность земли и близрасположенные сооружения, а в зимний период вызывают их обледенение.

Градирни размещают по отношению к жилым застройкам с учетом розы ветров. При этом следует предусматривать санитарно-защитные зоны. Зона выпадения капельной влаги на поверхности земли — имеет форму элипса с большой осью, проходящей через центр градирни в направлении ветра. Наибольшая интенсивность выпадения капель на поверхность земли в этой зоне находится на большой оси элипса на расстоянии примерно двух высот градирни. Размер зоны зависит от высоты градирни, скорости ветра, степени турбулентности воздуха в приземном слое, концентрации и крупности капель, а также от температуры и влажности атмосферного воздуха.

При оценке вредности выноса хрома из градирен необходимо принимать во внимание концентрацию шестивалентного хрома в воздухе, создаваемого за счет других источников (фоновые концентрации).

При использовании в системах оборотного водоснабжения с градирнями очищенных сточных вод остаточные примеси вредных веществ и токсичных ингибиторов коррозии могут повлиять на санитарно-гигиенические условия в зоне выброса и распространения водного аэрозоля, выносимого из градирен.

На основе экспериментальной и расчетной оценки токсичности аэрозолей оборотных вод устанавливаются гигиенические нормативы — ориентировочные безопасные уровни воздействия аэрозолей (ОБУВ). Такие нормативы должны учитываться при определении допустимого выноса капельной влаги из градирен при расчетах минимальной санитарно-защитной зоны от градирен до жилой зоны.

Эксплуатация градирен в зимнее время

Особенно интенсивно происходит обмерзание входа окон градирен. Образующиеся в период низких минусовых температур наружного воздуха наледи во входных окна стесняют их проходное сечение, затрудняют, а иногда и прекращают проникновение воздуха в пределы градирен. В ряй случаев наледи распространяются внутрь градирен, что приводит к поломкам, а иногда и к обрушению оросителя.

При льдообразовании в проточной части градирни сокращается поверхность контакта охлаждаемой воды с воздухом, уменьшается расход воздуха и в результате ухудшается охладительный эффект этих сооружений. В вентиляторных градирнях уменьшение расхода воздуха, прокачиваемого через градирню, приводит к сдвигу «рабочей точки» на характер стике вентилятора влево, а следовательно, к использованию этого оборудования при низких значениях КПД. Кроме того, наледи в оросителе, а также во входных окнах, могла быть причиной крайне неравномерной эпюры скоростей движения воздуха перед вентилятором, что может повлечь за собой повышенный износ и даже поломки ступицы и лопастей вентилятора. Нередко к этому нежелательному явлению приводит и образование наледей внутри градирни в конфузоре и диффузоре при эксплуатации градирни в зимнее время с неисправным водоуловителем.

Проблема предотвращения льдообразования является общей как для вентиляторных, так и для башенных градирен и средства борьбы с этим нежелательным явлением мог быть в некоторой мере одинаковыми. В вентиляторных градирнях льдообразование может происходить интенсивнее так как температура охлажденной воды у этого типа сооружений, как правило, ниже, а скорость движения воздуха выше (относительный расход воздуха к больше), чем в башенной. Зимняя эксплуатация башенных градирен является более сложной, что связано с трудностями регулирования в них расхода воздуха (башенного эффекта) и со значительно более неравномерным распределением воздуха по горизонтальному сечению из-за большей площади в сравнении с вентиляторными градирнями. Обобщение методов предотвращения льдообразования в градирнях по опыту эксплуатации и литературным данным показывает, что эти методы сводятся в основном к следующему:

1. Перераспределение воды по площади градирни — повышение плотности орошения в центральной части оросителя за счет полного прекращения подачи воды на его периферийную часть.
2. Создание повышенной плотности орошения — «водяной завесы» на периферии оросителя с уменьшением или полным прекращением подачи воды на его центральную часть.
3. Установка против входных окон на 0,5-0,7 м над уровнем земли на расстоянии 1,5-2 м от градирни разбрызгивающих устройств, через которые подается часть (25-30%) поступающей на градирню нагретой воды.
4. Установка разбрызгивающих устройств над верхней кромкой входных окон внутри градирни.
5. Прокладка трубопровода с разбрызгивающими устройствами на уровне верхней кромки входных окон снаружи градирни при подаче в него части (25-30%) нагретой воды.
6. Установка защитного экрана входных окон на расстоянии примерно 2 м от градирни при размещении верхней кромки экрана на уровне или несколько ниже (на 0,5-1 м) верхней кромки входных окон и при установке разбрызгивающих устройств по п. 5.
7. Устройство обогревающего трубопровода по периметру входных окон и по стойкам несущего каркаса при подаче в него части нагретой воды, поступающей на градирню.
8. Расположение крайних стоек опорной конструкции оросительного устройства внутри градирни на расстоянии 1,5-2 м от вертикальной плоскости входных окон.
9. Устройство над входными окнами плотного козырька (навеса) для улавливания воды, стекающей по внутренней поверхности обшивки, и для отвода этой воды во внутрь градирни.
10. Устройство наружных тамбуров перед входными окнами градирен, навесных щитов, перекрывающих часть входных окон, поворотных щитов во входных окнах и внутреннего экрана вытяжной башни.
11. Подача всей охлаждаемой воды на часть секций градирен с полным отключением остальных, т. е. работа части секций с повышенными удельными гидравлическими нагрузками.
12. Подача всей охлаждаемой воды на все секции, но с выключенными вентиляторами.
13. Изменение режима работы вентиляторов — снижение их производительности посредством уменьшения частоты вращения электродвигателя, с помощью гидромуфт скольжения или изменения угла атаки лопастей вентилятора.
14. Реверс вентилятора — прокачка воздуха через ороситель в обратном направлении.
15. При остановке градирни — подача воды по байпасу в peзервуар градирни.

Эффективным методом ликвидации наледей во входных окнах градирен является работа вентилятора в режиме реверса при полной или половинной скорости вращения лопастей. В этом случае воздух всасывается через верх градирни и выбрасывается через входные окна. При низкой температуре атмосферного воздуха каждый вентилятор должен работать в режиме реверса в течение 15-20 мин в каждые 2-3 ч. Если вентиляторы работают в реверсивном режиме более 30 мин, льдообразование может начаться на лопастях вентилятора, ступице и водоуловителе.

При реверсе необходимо учитывать, что выбрасываемый из входных окон теплый воздух может образовывать туман в районе расположения градирен и при прекращении реверса возможно образование инея и наледей на расположенных вблизи градирни сооружениях.

Метод особенно рекомендуется для тех случаев, когда градирня работает периодически или при незначительных нагрузках в холодное время года. Он предусматривает при плотно закрытых входных окнах рециркуляцию воды в системе через водосборный бассейн., не прокачивая ее через ороситель градирни при пуске до тех пор, пока температура воды не достигнет примено 27°С. Затем байпас закрывается полностью или частично и поток воды прокачивается через градирню, как это делается при нормальной эксплуатации.

Метод оказался весьма удобным и эффективным для улучшения работы в зимний период вентиляторных градирен. Поперечно-точные градирни в большей мере подвержены обледенению, чем градирни с противоточным движением воды и воздуха. Для предупреждения обмерзания жалюзи входных окон поперечно-точных вентиляторных градирен может быть целесообразным выключение на зимний период крайних рядов насадков или сопел водораспределительного устройства и закрытие верхней части жалюзи.

Нагнетательные вентиляторы подвержены обмерзанию. Это может вызываться двумя причинами: попаданием на вентилятор водяных капель изнутри градирни, если он не отнесен на достаточное расстояние от оросителя, и рециркуляцией уходящего из градирни воздуха, содержащего мелкие капли воды (унос) и пар, который конденсируется при смешении с холодным наружным воздухом. В первом случае можно избежать обледенения лопастей вентилятора, выключив на зиму ближайшие к входным окнам сливные трубки или сопла водораспределительного устройства; во втором случае может быть применена смазка лопастей каким-либо составом, предохраняющим от обледенения. Следует указать, что неравномерное образование льда на лопастях может приводить к разбалансировке и вибрации вентилятора. В малогабаритных градирнях «Росинка» нагнетательный осевой вентилятор расположен в специальной трубе — воздуховоде, являющейся одновременно его обечайкой, что исключает обледенение лопастей.

Требования к материалам для градирен

Строительные конструкции и технологическое оборудование градирен подвергаются интенсивному механическому воздействию потоков воды и воздуха в специфических условиях работы, вызывающих ускоренный их износ: влажность паровоздушной среды внутри градирни достигает 100% при температуре до 50°С; температура воды, орошающей конструкции, составляет обычно до 50°С, но на некоторых производствах достигает 60°С и более; значительные внутренние напряжения в конструкциях, возникающие в зимнее время при замораживании в водонасыщенном состоянии пористых строительных материалов; попеременное увлажнение и высушивание конструкций в летнее время; изменение физико-химических свойств строительных материалов под воздействием агрессивных примесей, нередко присутствующих в оборотной воде и атмосферном воздухе, а также солнечной радиации; напряжения, возникающие в конструкциях от вибрации при работе вентиляторов и скоростного напора ветра.

Агрессивность воздействий усугубляется их циклическим характером, зависящим от климатических факторов (колебания наружних температур, изменения направления и скорости ветра, интенсивности солнечной радиации и др.) и технологических условий эксплуатации градирен (тепловой нагрузки, частоты и длительности перерывов в работе и др.).

При температуре оборотной воды более 50°С для изготовления строительных конструкций и технологического оборудования градирен применяют материалы, способные работать в такой среде длительное время (15-20 лет) без разрушения, специальные меры защиты конструкций от температурных воздействий или предварительного охлаждения воды.

При особенно агрессивной по отношению к строительным материалам оборотной воде целесообразна ее обработка для исключения или уменьшения степени агрессивности.

Нагрузки, воздействующие на конструкции градирен, принято подразделять на основные и особые сочетания нагрузок. Основные сочетания нагрузок состоят из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Особые сочетания нагрузок состоят из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

К постоянным нагрузкам относятся: вес сооружения (вес несущих и ограждающих конструкций); вес и давление грунтов (насыпка и засыпка). К длительным относятся нагрузки: от водораспределительной системы; от оросителей и веса водяной пленки; от водоуловителей; от веса вентилятора, электродвигателя, конфузора и диффузора; от пыли; от снега. Сопла из пластических масс не подвергаются коррозии в условиях работы градирен, они проще и дешевле в изготовлении и имеют меньшую шероховатость внутренней поверхнос) ти, что при прочих равных условиях увеличивает их пропускную способность. При выделении из воды взвешенных частиц и минеральных солей отложения на поверхности таких сопел не образуются.

Применение градирен в процессах очистки воды

Для применения в качестве дегазаторов наиболее подходящими являются градирни с незасоряющимися, высокопроницаемыми пластмассовыми оросителями, обеспечивающими в то же время достаточно большую поверхность контакта воды, воздухом при интенсивной их турбулизации.

В зависимости от типа вентиляторной градирни на 1 м3 охлаждаемой (аэрируемой) воды подается от 500-700 до 1000 — 1500 м3 воздуха, что значительно больше требуемого относительного расхода воздуха для удаления из воды растворенных газов.

В оборотной воде содержится, как правило, достаточное количество органических загрязнений. Они поступают в систему с добавочной водой и технологическими продуктами при неплотностях теплообменной аппаратуры.

Необходимое количество воздуха и благоприятная температура среды при наличии питательных веществ в охлаждаемой воде обусловливают образование на оросителе градирен биологической пленки, которая может быть использована для проведения процесса окисления органических веществ. В нашей стране градирни, специально эксплуатирующиеся в режиме биоокислителей, не применяются, а сам процесс окисления, протекающий в этих сооружениях, пока не вышел из стадии экспериментальных исследований. При этом на многих предприятиях при эксплуатации промышленных охлаждающих систем оборотного водоснабжения с градирнями наблюдается значительное улучшение санитарно-гигиенического состояния оборотной воды по сравнению с добавочной водой.

Основным сдерживающим фактором эксплуатации градирен специально в режиме биоокислителей является опасность загрязнения окружающей среды в районе расположения градирен выбросами вредных веществ с отработанным атмосферным воздухом, что требует разработки специальной конструкции градирни для проведения процессов окисления сточных вод. Другим важным фактором является то, что при подаче в систему оборотного водоснабжения недостаточно доочищенных по органическим загрязнениям сточных вод, из расчета на их окисление на охлаждающих градирнях, не решена проблема предотвращения биологических обрастаний теплообменного оборудования. Кроме того, не определена область применения градирен, как биоокислителей, их окислительная мощность в зависимости от категории сточных вод и др. При этом следует отметить, что никакое другое сооружение систем водного хозяйства промышленности, кроме градирен, не может осуществлять одновременно четыре функции — охлаждение воды, биохимическую очистку от органических примесей, отдувку летучих органических веществ и осветление путем отстаивания воды в водосборных бассейнах под градирней.