Технология «ЭГРА» — новое направление в градирнестроении

Одним из важнейших условий эффективной работы любой градирни является подача необходимого количества воздуха в активную зону агрегата.

Побудителем воздушного потока в башенных градирнях является самотяга башни. В вентиляторных – принудительная подача. В первом случае приходится строить громоздкие дорогостоящие башни, во втором – тратить значительные дополнительные средства на привод и техническое обслуживание вентилятора.

В то же время циркулирующие в водооборотных циклах потоки зачастую несут в себе большое количество энергии в виде остаточного давления. Попытки полезного использования этой энергии предпринимались неоднократно как в России, так и за рубежом. Для этой цели наилучшим образом подходит эффект эжекции в силу своих специфических свойств. Самым характерным представителем аппаратов этого типа является малогабаритный эжекционный охладитель фирмы «Baltimore Aircoil» (США), послуживший прототипом для всех последующих конструкций.

Начиная с 90-х годов и в России стали появляться подобные аппараты – «Муссон» (ООО «Политехника», г. Ярославль), «Прагма» (ООО «Инженерный центр ВК», г. С.-Петербург), градирня фирмы «Новые технологии» и др. Однако охладители балтиморовского типа так и не смогли составить серьезную конкуренцию существующим типовым градирням, ввиду их низких эксплуатационных характеристик – недостаточной глубины охлаждения, большого каплеуноса (до 3% и более), незначительных перепадов температур (не более 5 оС), высокого потребного давления (0,3—0,5 МПа), малой единичной производительности и др.

К немногочисленным достоинствам этих агрегатов можно отнести простоту конструкции, малые габариты и, соответственно, низкую себестоимость. Все это и предопределило область их применения – предприятия с небольшими расходами воды, где существенные перерасходы электроэнергии на обеспечение высокого давления не столь ощутимы. Тем не менее идея полезного использования бросовой энергии оставалась весьма заманчивой.

В этой связи специалисты НПФ «Пульсар» с конца 90-х годов прошлого века начали проводить углубленные исследования процесса тепломассообмена при эжекции. При этом был сделан акцент на проблемах средних и крупных потребителей оборотной воды, включая объекты большой энергетики. Для снижения энергоемкости процесса в НПФ «Пульсар» была разработана форсунка струйно-вихревого типа марки ФУВ-2, обеспечивающая необходимые коэффициенты эжекции в диапазоне рабочих давлений 0,15—0,25 МПа (патент РФ на изобретение №2486965). С использованием этих форсунок были разработаны конструкции специальных эжекционных узлов цилиндрической и щелевидной формы с ориентацией факела диспергированной жидкости снизу вверх.

Эти технические решения определили наиболее эффективную схему движения теплоносителей и новый способ организации процесса тепломассообмена, который также запатентован. В результате многолетней работы была создана технология «ЭГРА», являющаяся основой для нового направления в градирнестроении. Сущность технологии изложена в десяти патентах РФ на изобретения. Технология позволила разработать целый ряд принципиально новых эжекционных градирен серии «ЭГРА». Модульные градирни различной модификации малой и средней производительности с расходом до 1200 м3/час (патент РФ на изобретение №2462675).

Секционные градирни средней и большой производительности с расходом до нескольких тысяч кубометров в час (патент РФ на изобретение №2506512). Многоконтурные градирни большой производительности с расходом от 4,5 до нескольких десятков тысяч кубометров в час (патент РФ на изобретение №2473855). Градирни серии «ЭГРА» практически по всем показателям превосходят в 1,5—2 раза известные аналоги. На первом этапе развития «технологии» были спроектированы, построены и успешно эксплуатируются на предприятиях РФ шесть эжекционных градирен серии «ЭГРА».

На основе опыта их эксплуатации и многолетних исследований с 2016 года НПФ «Пульсар» приступил к проектированию и строительству градирен серии «ЭГРА» второго поколения. Для этих целей была разработана конструкция новой форсунки струйно-вихревого типа марки СВ-3 с эжектирующим факелом (патент РФ на изобретение №2462675). Форсунка имеет улучшенные показатели по всем основным характеристикам, в том числе обеспечивает более высокие коэффициенты эжекции при снижении рабочих давлений. Гидравлические характеристики форсунок представлены на рис. 1.

Второе поколение эжекционных охладителей серии «ЭГРА» началось с секционной градирни открытого типа, конструкция которой кардинально отличается от всех предшествующих и не имеет близких аналогов как в России, так и за рубежом (патент РФ на изобретение №2560453). Данная градирня имеет улучшенные эксплуатационные и технические характеристики на уровне современных вентиляторных градирен, а по ряду показателей и превосходит их.

В частности, обеспечивает снижение энергоемкости процесса, существенно повышает надежность агрегата и имеет гибкую систему регулирования режимов работы в зависимости от тепловых нагрузок и климатических условий. Градирня оснащена эффективной противообледенительной системой, позволяющей эксплуатировать ее даже в северных широтах. Такая градирня спроектирована для водооборотного цикла космодрома «Восточный».

Помимо строительства новых градирен технология «ЭГРА» дает возможность не менее эффективно реконструировать и старые градирни, улучшая эксплуатационные показатели и продлевая срок их службы. Встраивание только в пределах «мертвой зоны» башенных градирен эжекционного блока позволяет снизить температуру охлажденной воды на 2—3 оС (патент РФ на изобретение №2674857). Если же реконструировать весь тепломассообменный узел типовой башенной градирни по технологии «ЭГРА», то это позволит снизить температуру охлажденной воды на 3—5 оС.

До настоящего времени на предприятиях РФ эксплуатируется большое количество башенно-вентиляторных градирен СК-400 и СК-1200. В НПФ «Пульсар» разработан проект реконструкции таких градирен, позволяющий демонтировать вентиляторную установку, обеспечив при этом перепады температур на входе и выходе агрегата порядка 7—9 оС.

По этой технологической схеме уже осуществляется реконструкция градирни СК-400 на одном из химических предприятий в г. Кемерово. По такой же схеме на месте старых могут быть построены и новые эжекционные градирни серии «ЭГРА» в виде автономного модуля (патент РФ на изобретение №2683611). На сегодняшний день градирни серии «ЭГРА» уже являются полноценной альтернативой типовым вентиляторным и башенным градирням.

Однако в РФ и других развитых странах не менее половины от общего расхода оборотной воды охлаждается в башенных и вентиляторных градирнях, величина рабочих давлений в которых на уровне водораспределительной системы, как правило, лежит в диапазоне 0,04—0,1 МПа. Поэтому разработка конструкций эффективных эжекционных узлов и форсунок для них, работающих на пониженных давлениях, является важной задачей.

В данный момент ее решением занимается ООО «Центр прикладных исследований «Пульсар» (дочернее предприятие НПФ «Пульсар») в структуре инновационного центра «Сколково». Успешное решение этой проблемы позволит использовать достижения технологии «ЭГРА» практически во всех отраслях промышленности и способствовать развитию энергосберегающих технологий.

* При величине потребных давлений (базовым для расчета вентиляторных градирен принят насос марки Д3200-33-2 с подачей 3200 м3/ч, напором 33 м и мощностью электродвигателя 400 кВт).

** Величина превышения температуры охлажденной воды над температурой воздуха по смоченному термометру.

*** При использовании малогабаритных эжекционных узлов (конструкции ЦПИ «Пульсар»), оснащенных новыми форсунками, работающими в диапазоне пониженных давлений

Применение градирен серии «ЭГРА» обеспечивает следующие преимущества

По сравнению с вентиляторными градирнями:

• экономия электроэнергии может достигать 30%;
• сокращаются расходы по техническому обслуживанию агрегата на 25% и более;
• межремонтные периоды увеличиваются в 2—3 раза;
• себестоимость строительства на 25—30% ниже типовых вентиляторных градирен той же производительности.

По сравнению с башенными градирнями:

• снижение температуры охлажденной воды в башенных градирнях уменьшает себестоимость выработки электроэнергии на тепловых и атомных станциях за счет повышения КПД турбинных циклов;
• капитальные затраты на строительство ниже на 30—40%. Кроме того, все градирни серии «ЭГРА» обладают повышенной надежностью и обеспечивают удобство технического обслуживания агрегата даже в процессе его работы.

На сегодняшний день только технология «ЭГРА» позволяет проектировать и строить эжекционные градирни любой производительности для крупных предприятий, в том числе энергетических объектов (ТЭЦ, ГРЭС и АЭС).