СО 34.22.302-2005

ФИЛИАЛ ОАО «ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЕЭС» - «ФИРМА ОРГРЭС»
МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ГРАДИРЕН ИСПАРИТЕЛЬНОГО ТИПА
СО 34.22.302-2005
Разработано Филиалом ОАО «Инженерный центр ЕЭС» - «Фирма ОРГРЭС»
Исполнитель В.А. КАЛАТУЗОВ
Утверждено главным инженером Филиала ОАО «Инженерный центр ЕЭС» - «Фирма
ОРГРЭС» В.А. КУПЧЕНКО 03.10.2005 г.
Настоящая Методика разработана на основании опыта эксплуатации, наладки и испытаний
градирен систем технического водоснабжения тепловых электростанций.
Целью работы является установление единого порядка расчета и построения нормативных
характеристик градирен испарительного типа.
Методика предназначена для эксплуатационного персонала электростанций, предприятий
решающих вопросы планирования выработки электрической мощности и участвующих в
согласовании располагаемых мощностей электростанции, для диспетчерских служб.
Методика обязательна для проектных организаций при проектировании электростанций,
выполнении проектов реконструкции и модернизации градирен и оборудования
циркуляционных систем технического водоснабжения.
1 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
 - температура воздуха по мокрому термометру, °С;
 - относительная влажность воздуха, %;
h1 - начальная энтальпия воздуха на входе в градирню, ккал/кг;
h2 - энтальпия воздуха на выходе из градирни, ккал/кг;
1 - температура воздуха по мокрому термометру, соответствующая начальной его
энтальпии, °С;
2 - температура воздуха по мокрому термометру на выходе из градирни, °С;
t1 - температура воды, поступающей в градирню, °С;
t2 - температура охлажденной воды, выходящей из градирни, °С;
h1 - граничная энтальпия воздуха при температуре воды, поступающей в градирню, ккал/кг;
h2 - граничная энтальпия воздуха на выходе из градирни при температуре воды, выходящей
из градирни, ккал/кг;
h = h2 - h1 - разность краевых энтальпий, ккал/кг;
q - плотность орошения, м3/м2ч;
t - перепад температур воды, °С;
 - относительный расход воздуха, кг/кг воды;
сж - теплоемкость воды, ккал/кг °С;
k - коэффициент уравнения, равный в среднем 0,96;
1 и 2 - удельные веса воздуха: начальный и конечный, кг/м3;
 - общий коэффициент сопротивления градирни;
Fв
= 1 - отношение площади живого сечения оросителя к площади орошения градирни;
Fор
Нд - действующая с точки зрения тяги высота вытяжной башни градирни, м. Она находится
согласно формуле Нд = Нб + 0,5Нор;
Нб - высота башни над оросителем, м;
Нор - высота оросителя, м;
g - ускорение силы тяжести, м/с2;
ж - удельный вес воды, кг/м3;
1   2
; кг/м3;
2
 - разность удельных весов воздуха на входе и выходе из градирни, равная 1 - 2, кг/м3.
ср - средний удельный вес воздуха, равный
2 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1 Основным конечным технологическим показателем работы градирен является
температура охлажденной воды. Температура охлажденной воды в основном зависит от:
- режимных гидравлических и тепловых нагрузок;
- метеорологических параметров;
- конструкций градирен, их геометрических соотношений, их взаимного расположения и
влияния;
- интенсивности теплообмена и массообмена;
- значений аэродинамического сопротивления и удельного расхода воздуха.
2.2 Значения температур охлажденной воды, поступающей в конденсаторы паровых турбин,
оказывают значительное влияние на технико-экономические показатели работы электростанций.
Одновременно конечные значения температур охлажденной воды зависят от большого
количества параметров. В связи с этим для эффективной эксплуатации градирен и
электростанций, определения причин ухудшения их состояния необходимы нормативные
характеристики, позволяющие вести контроль за работой градирен.
2.3 Контроль качества работы градирен в эксплуатационных условиях может быть обеспечен
только при наличии достаточно точных технологических характеристик (графиков охлаждения
воды) для каждого типа, размера и конструктивного исполнения градирен.
2.4 Точность характеристики определяется совпадением температур охлажденной воды,
действующих градирен с температурами охлажденной воды, рассчитанными по характеристике
для одинаковых метеорологических и режимных условий, при которых работает градирня.
Исходя из этого, расчет и построение точных характеристик следует производить с
использованием натурных результатов испытания градирен.
2.5 Построение нормативных характеристик производится на основании результатов
балансовых испытаний градирен.
2.6 Нормативные характеристики обязательны для:
- эксплуатационного контроля работы градирен;
- выбора наиболее экономичных решений при модернизации градирен;
- определения экономичных режимов их эксплуатации в циркуляционной системе
технического водоснабжения;
- разработки нормативов топливоиспользования;
- оценки проектных решений строительства и реконструкций градирен.
2.7 Нормативные характеристики определяют:
- совершенство конструктивного исполнения градирен;
- достоверность результатов лабораторных стендовых испытаний технологических
конструкций градирен.
2.8 В основу расчета и построения нормативных характеристик градирен по натурным
данным положен принцип использования подобных критериальных зависимостей.
Эффективность охлаждения воды в градирне зависит от интенсивности действия двух
процессов: теплообмена и массообмена. Теплообмен происходит при соприкосновении воды с
воздухом, а массообмен - в результате испарения воды с ее развернутой поверхности.
Известна аналогия между теплообменом и массообменом, их взаимосвязь. Оба процесса
протекают одновременно в общем гидродинамическом поле скоростей воды и воздуха, образуя
при взаимодействии единый процесс переноса тепла.
Общий процесс теплопереноса сопровождается изменением энтальпий (теплосодержаний)
воздуха на границе и в ядре потока по пути его движения в оросителе градирни (например, по
высоте оросителя при противотоке). Причем, для постоянного барометрического давления
энтальпия воздуха h является функцией одного переменного аргумента, поскольку имеет
однозначную зависимость от температуры адиабатического испарения воды (мокрого
термометра) .
Между уравнениями теплоотдачи и массоотдачи имеется зависимость относительных
безразмерных разностей энтальпий от подобных разностей температур:
2  1
h h
(2.1)
 в2  а 2 2 1 .
t 2  1
h2  h1
Для зависимости (2.1) константы преобразования составляют: а 2 = 0,723 и в2 = 0,27.
Функция (2.1) справедлива в широком диапазоне изменения режимных и метеорологических
параметров:
- плотность орошения градирен - 2,1 - 10,0 м3/м2ч;
- скорость воздуха в оросителе - 0,4-1,8 м/с;
- перепад температур воды - 2,6-12,0 °С;
- температура воздуха по сухому термометру - от -5,0 до +36,5 °С;
- по влажному термометру - от -5,0 до +23,0 °С;
- относительная влажность воздуха - от 10 до 90%;
- температура поступающей воды от +17,0 до +45,0 °С;
- температура охлажденной воды от +10,0 до +36,5 °С;
- температура воздуха в башне градирни над оросителем от +10,0 до +36,5 °С.
В правой части функций (2.1) разность краевых энтальпий h = h2 - h1 определяется из
уравнения теплового баланса градирни:
с t
(2.2)
h  ж ,
k
где t - перепад температур воды, °С;
 - удельный расход воздуха, кг/кг воды;
сж - теплоемкость воды, ккал/кг °С;
k - коэффициент уравнения, равный в среднем 0,96.
Удельный расход воздуха  является критерием динамики двухфазного потока (водавоздух).
Для башенных градирен его величина определяется по уравнению Л.Д. Бермана:

11,3 Fв
q Fор
Н д ( 12   22 )
.

(2.3)
3 ПОРЯДОК ПОСТРОЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
3.1 Построение нормативных характеристик производится на основании результатов
балансовых испытаний градирен. Балансовыми испытаниями определяются параметры и их
соотношения, формирующие процессы тепломассообмена и охлаждения и их динамику в
зависимости от изменения внешних воздействующих условий.
3.2 Нормативные характеристики представляются в виде графической зависимости
температуры охлажденной воды от изменения тепловой нагрузки градирни и температуры
воздуха по мокрому термометру. Температура мокрого термометра представляет на графике
линию теоретического предела охлаждения, что позволяет оценивать возможности градирни по
приближению температуры охлажденной воды к теоретически возможной глубине ее
достижения.
3.3 По опытным данным входящий в него общий коэффициент сопротивления  для
башенных градирен в значительной степени колеблется. Как известно, на величину
коэффициента  оказывает влияние скорость ветра (примерно по линейной зависимости).
Поэтому необходимо для расчета определить среднеарифметический коэффициент  по
результатам балансовых испытаний градирни, соответствующий средней скорости ветра.
Расчеты технологических характеристик производятся для этого среднеарифметического
постоянного значения .
Согласно опытным данным, общий коэффициент сопротивления градирни можно
определить и по уравнению:
  а(t 2  1 )  вt 

Н д   t 2  1 2
 C .


3qt  54, 4 

(3.1)
Подставляя опытные значения величин в правую часть уравнения, для каждого опыта
определяется , и по всем опытам - среднеарифметическая его величина, которая примерно
равняется среднеарифметической величине , полученной по результатам балансовых
испытаний градирни. Такое сопоставление необходимо для проверки точности определения 
перед началом расчета характеристики градирни.
3.4 Нормативная характеристика охлаждения воды в градирне выражается аналитической
зависимостью:

где A 

1 
3A
 ax  вt 
,
2
2a 
 x 

 54, 4   C 





(3.2)
 qt

, где  
.
Нд 
1  0,5
Коэффициенты "а" и "в" находятся по результатам балансовых испытаний путем
t
t
графического построения функции
, из которой находится коэффициент "n"
n
t1  1
t  
как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. По коэффициенту "n" определяются
коэффициенты:
а = n - 0,135 и в = n - 1.
3.5 Пример: по балансовым испытаниям гиперболической градирни площадью 1600 м 2 с
полимерным оросителем решетчатой конструкции ИК-100 (ИРВИК) высотой 1,2 м получилась
t
 t 
f
прямая зависимости
.
t  
 t1  1 
Тангенс угла наклона ее к оси абсцисс составляет n = 1,21.
По известному n определяются:
а = 1,21 - 0,135 = 1,075 и в = 1,21 - 1,00 = 0,21.
По среднему барометрическому давлению атмосферного воздуха площадки расположения
градирни определяется постоянная С по формуле
С = 1,72 - РБср.
Например: для г. Липецка РБср = 745 мм рт. ст. = 1,01 кг/см2, следовательно, С = 1,72 - 1,01 =
0,71.
Из балансовых испытаний известны общий коэффициент сопротивления градирни ср и
действующая высота тяги башни Нд, по которым определяется величина

. Величина Нд
Нд
находится по формуле
Нд = Нб + 0,5Нср,
где Нб - высота башни над оросителем;
Нср - высота оросителя, м.
Из балансовых испытаний рассматриваемой градирни средний коэффициент
аэродинамического сопротивления ср = 73,7 при средней скорости ветра 3,46 м/с, Н д = 50,7 м.
Соотношение

73,7

 1, 206.
Нд
50,7
Полученные значения а и в, С и А подставляются в формулу (3.2), которая приобретает вид
зависимости конкретной градирни:


qt
  0,5  х  1,95  2, 22
.
2
 x 


 54, 4   0,71 





По полученной зависимости производится построение линий тепловых нагрузок основного
графика для произвольно выбранных значений тепловой нагрузки, например, для 30, 50, 70, 90,
110 и 130 Мкал/м2ч или при соответствующем пересчете кВт/м2ч.
Для каждого значения тепловой нагрузки уравнение сначала решается относительно  при
различных значениях х = t2 + . Значения х выбираются в диапазоне от +10 до +70 °С с
интервалом 10 °С.
По найденным значениям  определяется соответствующая температура охлажденной воды
t2 = х - .
По полученным  и t2 производится построение линий основного графика для значений
тепловой нагрузки qt: 30, 50, 70, 90, 110 и 130 Мкал/м2ч.
3.5.1 Поправочный график на температурный перепад рассчитывается по зависимости:
в
t  0,84(10  t) .
а
3.5.2 Для построения поправочного графика на влажность воздуха расчет повторяется для

, где  1  0,5
влажность воздуха задается произвольно в относительных единицах, например, 0,20; 0,40; 0,60;
0,80 и 1,0.
Вычисляются разности рассчитанных температур охлажденной воды по формуле (3.2) для
различной  и найденных температур по основному графику при  = 0,5. По этим разностям
выполняется построение поправочного графика на влажность воздуха.
Построенные графики: основной и поправочные на  и t сверяются с опытными данными
испытания градирни, для которой они рассчитывались.
По разности между фактическими температурами охлажденной воды и найденными по
основному графику с поправками на  и t уточняется поправочный график на влияние ветра.
Вид построенной нормативной характеристики показан на рисунке 1.
произвольно заданных параметров относительной влажности воздуха  
Рисунок 1 - Нормативная характеристика градирни
На основном графике (А) характеристики показана основная зависимость температуры
охлажденной воды от температуры наружного воздуха по смоченному термометру  и удельной
тепловой нагрузки градирни qt.
Данный вид характеристики удобен не только для нормирования градирни, но и оценки ее
конструктивной эффективности по приближению к теоретическому пределу охлаждения. Это
основная зависимость, обозначена буквой "А" и построена для постоянных значений:
- температурного перепада t = 10 °С;
- относительной влажности воздуха  = 50%;
- скорости ветра 1,6 м/с.
К основному графику даны графики поправок:
- "а" на температурный перепад t;
- "б" на влажность воздуха ;
- "в" на скорость ветра w.
3.6 Определение температур охлажденной воды по характеристике производится в
следующей последовательности:
а) По основному графику "А" в зависимости от площади градирни и конструкции оросителя
определяется температура охлажденной воды t2 для заданной температуры воздуха по
смоченному термометру  и заданных значений удельной тепловой нагрузки градирни qt.
б) По графику "а" определяется поправка t для заданного температурного перепада t, так
как основной график построен для t = 10 °С.
в) На графике "б" определяется поправка  на влажность воздуха .
г) По графику "в" определяется поправка w на скорость ветра.
д) Найденные значения поправок суммируются со своим знаком с температурой
охлажденной воды, найденной по основному графику "A". Значение расчетной температуры
охлажденной воды составляет:
t 2p  t 2   t      w , С.