Что такое шлейф градирни и зачем нужно от него избавиться?

Немного теории охлаждения

Испарительные градирни, позволяют охлаждать значительные объемы воды при относительно небольших затратах путем испарения небольшого процента воды. Испарению способствует значительный объем воздуха, циркулируемый вентиляторами, обычно расположенными в верхней части градирни. Воздух вступает в тесный контакт с охлаждаемой водой.

Воздушный поток, выходящий из вентиляторов, обычно теплее и влажнее, чем окружающая атмосфера.
Потоки насыщенного воздуха, выходящие из градирен, установленных для обслуживания промышленных предприятий, стали, в некоторых случаях, традиционной характеристикой ландшафта.
Это явление абсолютно безвредно. Тем не менее, в то время как летом результирующие эффекты явно не имеют значения, в более холодное время года они могут стать основанием для раздоров с соседями, чьи помещения подвергаются нападениям сырости, а их дворы становятся скользкими и ледяными. Аналогичным образом, могут возникнуть разногласия с органами власти, отвечающими за движение, если это явление повлияет на дороги. 

Технология снижения величины парового шлейфа градирни может повысить эффективность градирни, снизить расход воды и уменьшить количество нежелательных водяных паров создаваемых противоточными градирнями, также, шлейф из градирни может создать проблемы с видимостью и безопасностью в местах, где видимость критична.

Теория работы оборудования для испарительного охлаждения воды хорошо известна: охлаждаемая жидкость (вода) вынуждена тесно контактировать с существенным потоком воздуха. Часть воды испаряется, поглощается и уносится воздухом. При выходе из градирни воздух заметно теплее, он содержит больше воды и имеет более высокую точку росы. Особенно в зимние месяцы, когда температура наружного воздуха падает, как только поток воздуха — теплый и насыщенный влагой — вступает в контакт с атмосферой снаружи градирни, он мгновенно охлаждается. Когда температура воздушного потока падает ниже точки росы, часть содержащейся в нем воды конденсируется, вызывая характерное визуальное явление, которое представляет собой паровой шлейф. Более тяжелые капли падают, вызывая эффект дождя.

Как управлять шлейфом?

Краткое введение выше необходимо, чтобы показать принципы, лежащие в основе одного из вариантов системы управления.
Прежде всего, существует опыт установки системы последующего нагрева для выходящего пара. Нагрев происходит в теплообменнике воздух/вода, расположенного на выходе пара. В этом случае теплоносителем выступает сама вода подаваемая на охлаждение, естественно, перед самим охлаждением.
Теплообменник, расположенный на выходе, создает постоянное сопротивление потоку на стороне воздуха и, следовательно, требует большего расхода энергии от вентиляторов (даже летом, когда это не нужно), а также, потребуется дополнительная площадь теплообменной поверхности (от 2 до 4 рядов).
Существуют различные проблемы, которые мы постараемся изложить ниже.

а) Зимой с воздухом при 0 ° C температура пара находится в диапазоне между температурой воды на входе и выходе (см. пролегание кривых насыщения на психометрической диаграмме). Вследствие этого тепловой поток, передаваемый в водяной пар, невелик, а последующее повышение температуры и отклонение от линии насыщения одинаково малы. Единственный реальный эффект — это физическое аэродинамическое сопротивление на выходе пара, что снижает плотность пара и способствует его поглощению атмосферой.

б) Как решить проблему с теплообменником? Если вода остается в теплообменнике, даже когда насосы не работают, существует риск разрыва из-за замерзания (время замерзания воды в трубах теплообменника значительно ниже, чем время замерзания воды в остальной части система, включая магистральные трубы). И наоборот, если теплообменник необходимо сливать каждый раз, когда система останавливается, кислород неизбежно попадет в систему, и поэтому следует учитывать риск коррозии; теплообменник из нержавеющей стали был бы идеальным, но очень дорогим.

Существует альтернатива. Исходя из предположения, что для отвода теплоты в холодные месяцы требуется меньше воздуха, была разработана следующую система:

Вентиляторы зимой, должны работать на полной скорости все время, температура точки росы пара снижается при контролируемом поступлении определенного количества воздуха снаружи.
При понижении температуры точки росы разница температур между наружным воздухом и паром уменьшается примерно на 5 град., и фактическое время охлаждения пара увеличивается.

Большая часть конденсата, вызванного внезапным охлаждением паров, происходит внутри приточной камеры, которая является частью башни.
Чем ниже температура наружного воздуха, тем больше потребность во внешнем воздухе, т. е. в тех условиях, когда воздух, необходимый для башни нужен в малом объеме. Подача наружного воздуха контролируется сервоуправляемыми заслонками.
Практически говоря, эта система может быть применена к оборудованию для испарительного охлаждения с большим преимуществом, когда система с принудительной тягой работает и используются вытяжные вентиляторы.
Там, где это возможно, приточная камера должна устанавливаться между системой распределения воды и каплеуловителями или между каплеуловителями и вентилятором, если она оснащена сервоуправляемыми заслонками. В летние месяцы заслонки остаются закрытыми и отключенными системой.
В зимние месяцы пропорциональный термостат для проверки температуры воды будет контролировать открытие заслонок. Когда он полностью открыт, он также будет отвечать за пропорциональную остановку вентиляторов, где это необходимо.
Конечно, система может быть оснащена теплообменниками воздух/вода на заслонках.
В этом случае разница температур между охлаждаемой водой и внешним воздухом выше, что дает следующие преимущества:

а) температура пара повышается, а температура точки росы остается неизменной (отклонение от кривой насыщения);
б) тепло отводится сухой системой, поэтому для удаления не требуется испарение.
в) К сожалению, вышеупомянутые проблемы замороженных труб и коррозии остаются.