Все наверное видели подобного рода сооружения и знаете, что это вовсе не труба и из нее выходит не дым.

Но давайте все же посмотрим на принцип работы и внутренее устройство градирни.

Градирни - это специальные устройства для охлаждения большого количества воды посредством направленного потока воздуха. Также их называют охладительными башнями - это более понятно звучит.

Это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Высокая башня создает ту самую тягу воздуха, которая необходима для эффективного охлаждения циркулирующей воды. Вытяжные башни служат для создания естественной тяги благодаря разности удельных весов воздуха, поступающего в градирню, и нагретого воздуха, выходящего из градирни. Под оросителем располагается водосборный резервуар. Вода подается в водораспределительное устройство по размещаемым в центре градирни стоякам. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая - уносится ветром. Из-за этого в округе не образуется сырости, тумана и обледенений в зимнее время, хотя возможно появление льда вокруг оросительных устройств.

Градирни служили для добычи соли выпариванием. В настоящее время эти сооружения используются для незначительного охлаждения теплой воды. «Незначительное» означает, что после градирни вода не становится ледяной, как в чиллере (+7 градусов) . Температура поступающей воды в градирню — около 40-50 градусов, после градирни — 25-30 градусов (в лучшем случае) .

Фото 2.

Необходимость охлаждать теплую воду возникает, если того требует технологический процесс на производстве или в случае охлаждения воды для чиллера с водяным конденсатором.

Градирни бывают двух типов: собственно градирни и «сухие градирни» (« drycooler » / «драйкулер») .

ТЭC, АЭС, промышленные предприятия потребляют огромное количество технической воды, прежде всего, для охлаждения узлов и агрегатов. Вода при этом, естественно, нагревается. Поскольку зачастую вода двигается по замкнутому контуру (т. е. не сливается в реку, а снова идет для охлаждения агрегатов) , ее следует охладить. Это нужно, прежде всего, для повышения эффективности охлаждения — чем холоднее вода, тем лучше она будет охлаждать оборудование.

Для целей частичного охлаждения воды применяются градирни.

Фото 3.

Принцип работы градирни достаточно прост. Процесс охлаждения в градирнях происходит за счет частичного испарения воды и теплообмена с воздухом. Вода в градирне стекает по оросителю сбегает каплями или тонкой плёнкой. В это время вдоль оросителя проходят потоки воздуха. существует такая закономерность: в градирнях при испарении 1 % воды температура оставшейся понижается на 6 С. Потеря жидкости восполняется за счет внешнего источника. Причем свежая вода при необходимости подвергается обработке (фильтрации).

Наиболее сложным элементом башенной градирни является вытяжная башня, конструкция которой в основном определяется материалом, из которого ее сооружают.

Горячая вода поступает в градирню, где в зависимости от типа и конструкции градирни, происходит ее охлаждение, до необходимой температуры. Охлаждение воды может осуществляться:

Обратным потоком атмосферного воздуха (вентиляторные градирни);

За счет распыления горячей воды форсунками на специальный наполнитель с развитой площадью, по которому вода растекается тонкой пленкой и за счет медленного ее течения - охлаждается (башенные, атмосферные градирни);

За счет распыления воды в специальных каналах и естественном захвате атмосферного воздуха (эжекционные градирни).

В любом случае вода вступает в контакт с воздухом, которому отдает часть своего тепла и тем самым, понижая свою температуру. Приобретя необходимую температуру, вода поступает обратно для охлаждения теплообменных аппаратов или других приборов, у которых необходимо снизить температуру.

Фото 4.

Типы градирен

По типу системы орошения, градирни можно разделить на:

Плёночные;

Капельные;

Брызгальные;

По принципу подачи атмосферного воздуха, градирни делят на:

Вентиляторные, когда подача воздуха осуществляется вентиляторами.

Преимущества: качественное, быстрое охлаждение воды

Недостатки : большие энергозатраты

Башенные, когда тяга воздуха создаётся при помощи специальной конструкции башни и ее высоты

Преимущества : невысокие энергозатраты

Недостатки : медленное охлаждение воды

Открытые или атмосферные градирни, которые используют силу ветра и естественное движение воздушных масс при движении через башню

Преимущества : практически отсутствие энергозатрат

Недостатки : медленное охлаждение воды, большие размеры

Эжекционные, в которых применяется метод распыления воды в специальных каналах с естественным захватом воздуха

Преимущества : быстрое охлаждение воды за счет создания вакуума

Недостатки : высокие энергозатраты.

По направлению движения воды и воздуха:

Противоточные

Преимущества : в таких градирнях создается наибольший перепад температур и соответственно теплопередача за счет большого аэродинамического сопротивления.

Недостатки : большой капельный унос, особенно ощутим при недостатке возмещения оборотной воды и в густозаселенных местах;

Перекрестные

Преимущества : меньше капельного уноса.

Недостатки : невысокое аэродинамическое сопротивление;

Смешанные

Используется как противоток так и перекресный ток.

Фото 5.

Башенную градирню целесообразно использовать на больших промышленных предприятиях. Площадь сечения башни должна занимать не менее 30—40% площади оросителя. Башни градирен средней и малой производительности могут иметь очень разнообразную форму: цилиндрическую, усеченного конуса или в виде усеченной многогранной пирамиды. Башенные градирни обычно выполняются в виде оболочек гиперболической формы, которая оптимальна по условиям внутренней аэродинамики и устойчивости.

Вытяжные башни работают в очень тяжелых условиях: оболочка башен находится под воздействием влажного теплого воздуха в градирне и холодного воздуха снаружи в зимний период, на внутренних поверхностях образуется конденсат. Таким образом, важен выбор материала .
В башенных градирнях конвекция воздуха осуществляется за счет естественной тяги или ветра. Высота градирен, изготовленных из бетона, может достигать 100 метров. Площадь орошения в таком случае будет достигать 3500 кв.м. В основном, башенные градирни используются для охлаждения больших объемов воды ТЭС или АЭС.

Плюсы башенных градирен:

• экономичность (не нужна электроэнергия);


• простота эксплуатации;


• размещение близко к промышленному объекту.

• большая площадь для постройки;


• большая стоимость.

Схемы башенных градирен с различным характером движения воздуха в оросителе приведены на рис. Оросительные устройства во всех приведенных градирнях выполняют капельного, капельно-пленочного или пленочного типа. В настоящее время в основном строят градирни с пленочными и капельно-пленочными оросителями с противоточным движением воздуха, обладающие наибольшей охлаждающей способностью.

Рис. Схемы башенных градирен с различным характером движения воздуха
а — с поперечным; б — с поперечно-противоточным; в — с противоточным

Фото 7.

Опыт применения железобетона в градирнях показывает, что оболочки башен вследствие насыщения бетона изнутри влагой и многократного замерзания и оттаивания его под влиянием температур наружного воздуха в зимний период интенсивно разрушаются. Металлические каркасно-обшивочные башни строят в районах с суровым зимним климатом. Они имеют пирамидальную форму с основанием в виде многоугольника или квадрата.

Деревянный каркас используют в градирнях, имеющих небольшую площадь.

Фото 8.

форма поверхности которую описывает трубу в трехмерном пространстве называется параболический гиперболоид - поверхность второго порядка! Вода сбрасывается в фокусе фигуры и эффективность этой формы вычислена математически - то есть тот самый уникальный случай когда была сначал теория математическая, а потом практика

формула элементарна

Ну а вот как там все выглядит внутри:

Фото 9.

Фото 10.

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

Фото 14.

Фото 15.

Фото 16.

Фото 17.

Фото 19.

Фото 20.

Фото 21.

Фото 26.

Фото 27.

Москва. Фотография

) - устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями (англ. cooling tower ).

В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях , ТЭЦ , АЭС). В гражданском строительстве градирни используются при кондиционировании воздуха, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов. В промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластмасс, при химической очистке веществ.

Процесс охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха (вентиляторные градирни), а в случае с эжекционными градирнями охлаждение происходит за счёт создаваемой среды, приближенной к условиям вакуума специальными форсунками (обеспечивающими площадь тепломассообмена, каждая - 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, представляющие собой принцип двойного действия, охлаждая распыляемую жидкость не только снаружи, но и внутри) и особенностями конструкции. При испарении 1 % воды, температура оставшейся массы понижается на 5,48 °C, а в случае с описанным эжекционным принципом охлаждения температура оставшейся массы понижается на 7,23 °C.

Как правило, градирни используют там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (озёра, моря).

Простой и дешёвой альтернативой градирням являются брызгательные бассейны, где вода охлаждается простым разбрызгиванием.

Характеристики

Основной параметр градирни - величина плотности орошения - удельная величина расхода воды на 1 м² площади орошения.

Основные конструктивные параметры градирен определяются технико-экономическим расчётом в зависимости от объёма и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферы (температуры, влажности и т. д.) в месте установки.

Использование градирен в зимнее время, особенно в суровых климатических условиях, может быть опасно из-за вероятности обмерзания градирни. Происходит это чаще всего в том месте, где происходит соприкосновение морозного воздуха с небольшим количеством теплой воды. Для предотвращения обмерзания градирни и, соответственно, выхода её из строя следует обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя и следить за одинаковой плотностью орошения на отдельных участках градирни (только для градирен с оросителем). Нагнетательные вентиляторы тоже часто подвергаются обледенению из-за неправильного использования градирни (для вентиляторных градирен). При использовании эжекционных градирен большая часть этих трудностей исчезает, потому что нет ни вентилятора, ни оросителя.

Классификация

В зависимости от типа оросителя, градирни бывают:

• плёночные;
• капельные;
• брызгальные;
• сухие.

По способу подачи воздуха:

• вентиляторные (тяга создаётся вентилятором);
• башенные (тяга создаётся при помощи высокой вытяжной башни);
• открытые (атмосферные), использующие силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха через ороситель.
• эжекционные, использующие естественный захват воздуха при распылении воды в специальных каналах.

По направлению течения сред (охлаждаемой воды и воздуха):

• с противотоком (наибольший температурный перепад, наибольшее аэродинамическое сопротивление);
• с перекрестным током (меньшее аэродинамическое сопротивление, меньше капельного уноса);
• с смешанным током (конструкция градирни содержит и противоток и перекрестный ток).

Вентиляторные градирни до последнего времени были наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивали более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживая большие удельные тепловые нагрузки (однако требуют затрат электрической энергии для привода вентиляторов). Эжекционные градирни выдерживают наибольшие гидравлические нагрузки и способны охлаждать воду с большим перепадом и с очень высоких температур (до 90 °С). Это обусловлено как отсутствием оросителя, так и большой суммарной площадью поверхности мелкодисперсных капель и высокими скоростями водо-воздушных потоков. Затраты электроэнергии на эксплуатацию систем оборотного водоснабжения с эжекционной градирней при грамотной организации схемы водоснабжения и автоматики не превышают затрат на типовые вентиляторные установки.

Самая производительная градирня в мире - градирня для АЭС Исар II в Германии . Она охлаждает 216 000 кубометров воды в час. Ее высота 165 м и основной диаметр 153 м.

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

О градирнях

Промышленным агрегатам, конденсаторам в холодильном оборудовании и аварийным электрогенераторам необходимо постоянное охлаждение. С этой целью используется . Она понижает температуру больших объемов воды посредством направленного потока воздуха. Вода, поступающая снаружи, охлаждается в градирне до необходимой температуры.

Виды

Градирня подбирается с учетом различных факторов:

• атмосферных условий;
• уровня понижения температуры;
• расхода воды;
• технических расчетов;
• химического состава воды (рабочей и добавочной);
• местонахождения оборудования на площадке.

В зависимости от температуры, предназначения охлажденной воды и способа отдачи тепла, градирни подразделяют на испарительные, сухие и гибридные. С учетом области применения выделяют:

• испарительные;
• вентиляторные;
• открытые;
• башенные (в том числе с естественной тягой воздуха);
• сухие;
• гибридные.

Испарительные градирни

Оснащены специальным оросителем, отделителем капель, водосборным баком, теплообменниками, вентилятором и коллектором. Среди преимуществ оборудования отмечают высокую экономию потребления электроэнергии (до 80 %), надежность системы, малый расход материалов и минимальные ремонтные траты. Градирня данного типа имеет длительный срок службы - до 30 лет. К минусам относят сложность промывки и очистки, нарастание водяных отложений на поверхности труб.

Вентиляторная градирня

Воздух подается с помощью одного или нескольких вентиляторов. Лопасти движутся и втягивают теплый воздух через окна. Вода стекает по стенкам в резервуар, при этом теплые пары отводятся в атмосферу посредством диффузора. Также в атмосферу уносится водная взвесь, и чтобы не допустить существенных потерь оборотной воды, используют каплеуловитель. С помощью вентиляторной градирни качественно и быстро охлаждают воду. Она может быть установлена в разных климатических и технических условиях. Простота эксплуатации и ремонтопригодность выгодно отличают такое оборудование. Лишь затраты на электроэнергию являются недостатком агрегата.

Градирня открытого типа

Оборудование работает на основе естественной конвекции воздушных масс и ветра. Каналы для орошения ограждены специальными жалюзи, предотвращающими вынос жидкости из бассейна. Работа градирен зависит от ветра, что обуславливает ограничение использования для предприятий, чей производственный цикл нуждается в поддержании постоянной температуры оборотной воды. Устройства эффективно охлаждают воду, при этом требуется минимальное количество электроэнергии. Для открытой градирни требуются большие площади и высокая инерционность.

Башенная градирня

Это наиболее эффективное оборудование для охлаждения оборотной воды на промышленных предприятиях. В такой градирне тяга для циркуляции воды образуется естественным путем с помощью вытяжной башни. Оборудование способно обеспечивать большой объем охлажденной воды, превышающий необходимый для нужд предприятия. Градирня отличается простотой эксплуатации и минимальными затратами на охлаждение жидкости. Оборудование может быть размещено в непосредственной близости от объекта промышленности. К недостаткам относят сложность конструкции, существенные строительные расходы и высокую инертность.

Сухая градирня

Вода охлаждается посредством теплообменников, вентиляторных устройств и сливных клапанов. Вспомогательным оборудованием выступают насосы и воздушные фильтры. Сухая градирня охлаждает воду при помощи воздуха, подаваемого вентилятором малой мощности. Из-за незначительной глубины охлажденной воды такие агрегаты используются редко. Сухая градирня стоит дороже других видов. Главными ее плюсами является безопасность для окружающей среды: она не загрязняет атмосферу химическими отходами и не увеличивает влажность.

Гибридная градирня

Оборудование используется для мокрого и сухого охлаждения воздушных масс. В процессе работы осуществляется экологический отвод тепла в атмосферу. Сухая градирня имеет башню и вентиляторы по периметру. Данное устройство оснащено двумя и более секциями теплообмена. Охлаждение обеспечивается оборотной водой и через стенку.

Для поддержания технических характеристик на заданном уровне необходимо каждые полгода проводить профессиональное обслуживание установок. Также следует контролировать работу двигателя вентиляторной системы, насоса, производить смазку редуктора и подшипников, отслеживать параметры воды, влияющие на состояние оросителя.

Установка градирни

На промышленных территориях градирни рекомендуется устанавливать с учетом беспрепятственного поступления свежего воздуха, особенно, если конструкции работают на естественной тяге. Также необходимо учитывать Розу ветров и тот факт, что зимой капли воды и пар относятся в сторону. При установке используют данные об уровне влажности и туманности, характерном для данного региона.

Назначение

В отраслях промышленности, связанных с производством пластмасс и холодильных агрегатов, необходимо обеспечить постоянное охлаждение устройств. С этой целью применяют специальное оборудование – градирню.

Такие конструкции используют для снижения температуры посредством аппаратов теплообменного типа, входящих в состав разных систем оборотного водоснабжения. Первоначально, градирня была придумана для добычи соли методом выпаривания, поэтому в переводе с немецкого она означает «сгущать соляной раствор». В большинстве случаев, градирни устанавливают там, где нет возможности сбрасывать охлажденную воду в естественные водоемы, и отсутствует искусственный пруд.

При работе градирен необходимо использовать различные фильтры, поскольку охлаждающая техническая вода в оборотном процессе нередко несет в себе множество взвешенных частиц: ил, песок, ржавчину, окалину. Эти частицы забивают форсунки и приводят к порче оборудования.

Большинство из существующих градирен, задействованных в системах водоснабжения по оборотному типу, установлены более 30-50 лет назад. Это морально и физически устаревшие конструкции. Раньше при проектировании старались экономить на материалах, не придавая особой важности процессу охлаждения производственного оборудования.

Современные конструкции отличаются высокой производительностью и эффективностью, они проектируются с учетом новых требований к эксплуатации оборудования, возводятся с применением оптимизированных материалов.

Использование градирен зимой

При эксплуатации конструкций в зимнее время, особенно в суровом климате, существует риск обмерзания. Такая проблема может возникнуть при соприкосновении холодного воздуха с тонкой пленкой воды и образования льда. Чтобы предотвратить обмерзание и выход из строя градирни, необходимо обеспечить правильное распределение охлаждаемой воды по оросителю, и отслеживать уровень плотности жидкости на разных участках.

Принцип работы градирни

Охлаждение больших объемов воды осуществляется за счет частичного испарения и теплообмена с потоками воздуха. Масса воды в градирне стекает по оросителю тонкой пленкой или сбегает каплями. При этом вдоль оросителя проходят потоки воздуха. Отмечается закономерность, что при испарении 1% температура оставшейся воды охлаждается на 6 градусов. Испарившуюся жидкость восполняют посредством забора из внешнего источника. При необходимости воду из водоема фильтруют. Горячая вода после производственного процесса подается в градирню, в которой, в зависимости от типа конструкции, осуществляется понижение температуры отработанной воды.

Способы охлаждения:

• Обратным воздушным потоком (применяется в вентиляторных градирнях).
• Распылением форсунками на наполнитель, по которому водные потоки стекают тонкой пленкой. Медленное стекание обеспечивает охлаждение (атмосферные и башенные градирни).
• За счет естественного захвата воздуха и распыления в специальных каналах (эжекционные градирни).

Принцип действия везде одинаков – горячая вода вступает в контакт с воздушной массой, которой отдает часть тепла, посредством чего снижается температура технической воды. Охлаждаясь, жидкость опять используется для теплообменных аппаратов и иных устройств, у которых необходимо понизить температуру.

Различают градирни открытого и закрытого типа. В открытых вода по форсункам распыляется на насадку, где навстречу воде через воздухозаборные решетки движется воздух. Часть воды испаряется, и она охлаждается.

Закрытые градирни оснащены испарительным охладителем и конденсатором. Вместо насадки в испарителе используется теплообменник, по которому циркулирует жидкость, требующая охлаждения. Испарительный охладитель работает в мокром и сухом режимах.

Мокрый считается летним режимом, при нем охлаждаемая жидкость циркулирует в теплообменнике, который орошает вода из форсунок, а также охлаждает воздух при вращении вентилятора. Сухой или зимний режим предусматривает циркуляцию охлаждаемой жидкости в теплообменнике и охлаждение холодным воздухом.

Гради́рня - устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями (англ. cooling tower ).

В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях , ТЭЦ , АЭС ). В гражданском строительстве градирни используются при кондиционировании воздуха, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов. В промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластических масс, при химической очистке веществ.

Процесс охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю , вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха (вентиляторные градирни), а в случае с эжекционными градирнями охлаждение происходит за счёт создаваемой среды, приближенной к условиям вакуума специальными форсунками (обеспечивающими площадь тепломассообмена, каждая - 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, представляющие собой принцип двойного действия, охлаждая распыляемую жидкость не только снаружи, но и внутри) и особенностями конструкции. При испарении 1 % воды, температура оставшейся массы понижается на 5,48 °C, а в случае с описанным эжекционным принципом охлаждения температура оставшейся массы понижается на 7,23 °C.

Основной параметр градирни - величина плотности орошения - удельная величина расхода воды на 1 м² площади орошения.

Основные конструктивные параметры градирен определяются технико-экономическим расчётом в зависимости от объёма и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферы (температуры, влажности и т. д.) в месте установки.

Использование градирен в зимнее время, особенно в суровых климатических условиях, может быть опасно из-за вероятности обмерзания градирни. Происходит это чаще всего в том месте, где происходит соприкосновение морозного воздуха с небольшим количеством теплой воды. Для предотвращения обмерзания градирни и, соответственно, выхода её из строя следует обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя и следить за одинаковой плотностью орошения на отдельных участках градирни (только для градирен с оросителем). Нагнетательные вентиляторы тоже часто подвергаются обледенению из-за неправильного использования градирни (для вентиляторных градирен). При использовании эжекционных градирен большая часть этих трудностей исчезает, потому что нет ни вентилятора, ни оросителя.

На ТЭЦ для охлаждения циркуляционной воды наиболее часто приме­няются градирни, при этом не требуется источник водоснабжения (река, озеро) расположенный вблизи станции. Их особенностью является компактность. Применяют гра­дирни как при расширении КЭС (если невозможно развитие прямоточного или прудового охлаждения), так и при строительстве КЭС.

По способу перемещения воздуха градирни разделяются на башен­ные, вентиляторные и открытые, а по способу образования поверхности охлаждения – на плёночные, капельные, брызгальные. В зависимости от направления движения воды и воздуха градирни выполняются противоточные, поперечноточные и смешанного типа (рис. 11.5). В башенных градирнях движение воздуха создаётся вытяжной башней, в вентиляторных – вентилятором, а в открытых – естественным движением воздуха (ветром).

Для увеличения контакта воды с воздухом применяются оросительные устройства, которыми вода, подаваемая из конденсатора, разделяется на струи или капли и стекает вниз по щитам. Охлаждение воды происходит за счёт испарения и контакта с воздухом, поступающим в ороситель­ные устройства через окна. Нагретый и насыщенный водяным паром воз­дух отводится из градирни.

В плёночных градирнях оросительное устройство выполняется в виде щитов, выполненных из досок, асбоцементных листов или пластмассовых элементов, выполненных в форме сот. Устанавливаются они вертикально или с небольшим уклоном. Плёнки нагретой в конденсаторах турбин воды стекают по листам и при соприкосновении с воздухом охлаждаются. Воздух движется между листами.

В капельных градирнях оросительное устройство выпол­няется из горизонтальных брусков треугольного или прямоугольного сечения, размещаемых в несколько рядов по высоте. Расположение брусков может быть коридорное, шахматное или каскадное. Капли воды падают с бруска на брусок и при соприкосновении с воздухом охлаждаются. В брызгальных градирнях вода распыливается соплами и в струях фонтанов охлаждается движущимся над брызгальном устройством воздухом. Охлажденная вода собирается в бассейне. Пленочные градирни имеют лучшие технические и экономические показатели благодаря большей поверхности охлаждения воды, стекающей в виде пленок по щитам и меньшему аэродинамическому сопротивлению

Для энергетики РФ характерно применение плёночных башенных градирен с естественной тягой. Вода циркуляционными насосами прокачивается через конденсатор турбин и подаётся к распределительным трубам, расположенным над оросительным устройством. Интенсивность охлаждения плёночной градирни по сравнению с капельной в 1,5÷2 paза выше. Вытяжные башни современных градирен выполнены из монолитного железобетона гиперболической формы. Ранее изготовлялись деревянными. Распределительные трубы пленочных градирен имеют сопла, распыливающие воду при давлении 0,015÷0,018 МПа. Основным размером градирни служит площадь оросительного устройства в горизонтальном сечении, которая достигает 4000÷6000 м 2 , иногда до 9000 м 2 . К оросительному устройству вода подаётся на высоту 9÷18 м, глубина бассейна - 2 м, высота вытяжной башни крупных градирен - 90÷150 м, диаметр выходного сечения - 45÷60 м.

Воздух поступает в нижнюю часть башни через окна высотой 3÷12 м, расположенные по ее периметру. Оросительные щиты выполняются высотой 120 и 250 см, ширина щитов 1,6 м, толщина - 5÷6 см, расстояние между щитами - 2,5 см.

Капельные градирни устанавливаются при неограниченной площади и применяются для охлаждения небольшого количества воды. В этих градирнях вода поступает в систему самотечных лотков, в днище которых установлены цилиндрические насадки. Под насадками расположены пластмассовые или фарфоровые тарелочки, с которых вода в виде струй и капель поступает на горизонтальные планки треугольного или прямоугольного сечения. По высоте они размещаются в несколько рядов. После них вода собирается в бассейне.

Капельно-плёночные градирни на периферии имеют оросительное устройство капельного типа, а в центральной части – устройство плёночного типа, имеющее более низкое гидравлическое сопротивление.

На ТЭЦ применяются крупные градирни площадью оросительного устройства (в горизонтальном сечении) 4000÷6500 м 2 и 9000 м 2 . Их производительность определяется по летнему режиму при расчётных теплофикационных параметрах пара. В зимнее время температура охлаждённой в градирне воды, не должна быть ниже 10÷12 °С, чтобы исключить обмерзание. Это обеспечивается перекрытием окон щитами и установкой по периметру градирни тепловой завесы.

Вентиляторные градирни применяют в южных районах. Их используют на передвижных электростанциях. Особенность вентиляторных градирен – повышенный эффект охлаждения и простота регулирования температуры охлаждаемой воды. Они имеют меньшие размеры, но расход электроэнергии значительно выше и составляет до 0,5÷0,7 % вырабатываемой энергии. Движение воздуха создаётся пропеллерным вентилятором с вертикальной осью и приводом от электродвигателя. Стоимость вентиляторных и башенных градирен примерно одинакова.

Открытые градирни имеют небольшую производительность и повышенные потери воды при уносе. Применяются на малых ТЭС.

Охлаждение воды в градирнях происходит в основном за счёт испарения. Количество G и теряемой при испарении воды связано с расходом G о.в охлаждающей воды следующим соотношением:

Отсюда доля g и теряемой при испарении воды

, (11.21)

т.е. около 2 % расхода циркуляционной воды. С учётом конвективного теплообмена потеря воды в градирне снижается до 1,2÷1,5 %.

За счет давление воды, создаваемого циркуляционными насосами, в системе с градирнями преодо­левается высота подъёма, гидравлическое сопротивление конденсатора и трубопро­водов; это давление составляет 0,2÷0,25 МПа и выше.

В связи с дефицитом воды перспективно применение воздушно-конденсационных установок системы Геллера-ФОРГО с поверхностными охладителями в сочетании с конденсаторами смешивающего типа (рис. 11.6). Особенностью схемы с поверхностными охладителями является то, что контур водоснабжения объединяется в конденсаторе с контуром питательной воды парогенераторов. Для охлаждения используется постоянная масса конденсата и чистой воды, проходящей в градирне внутри поверхностных алюминиевых охладителей, которые снаружи омываются воздухом. Охлаждающие колонки располагаются по периметру в нижней части башни в окнах для входа, охлаждающего воздуха. Если движение воздуха в градирне происходит за счёт естественной тяги, то она создаётся башней высотою 100 м и более.

Охлаждающая вода подаётся в конденсатор, конденсирует отработавший в турбине пар и затем делится на два потока: один подается на питание парогенераторов, а второй - на охлаждение в градирню.

Системы циркуляционного водоснабжения с сухими градирнями имеют высокую стоимость, однако их применение, перспективно из-за дефицита воды.

Схема системы оборотного водоснабжения с градирнями представлена на рис. 11.7.

где G о.в и G и - расходы охлаждаемой и испаряемой воды, т/ч; t 1 и t 2 - температура воды на входе в градирню и выходе из нее, °С; с в – теплоёмкость воды, кДж/(кгК).

где F a – активная площадь градирни, м 2 .

Удельная площадь градирен составляет 0,01÷0,02 м 2 /кВт, что в 300÷400 раз меньше по сравнению с площадью пруда-охладителя. Испарение воды приводит к увеличению концентрации солей в циркуляционной воде, и это требует применения продувки или химической обработки воды систем оборотного водоснабжения с градирнями. Для компенсации продувки и уноса воды в циркуляционную систему вводится добавочная вода.

Градирни применяют на промышленных предприятиях, атомных электростанциях и ТЭЦ для охлаждения технологического оборудования.

Работа любой градирни основана на охлаждении некоторого объема жидкости атмосферным воздухом. Именно отсутствие иного, нежели воздух, хладагента и отличает градирню от кондиционера, холодильника, или чиллера.

По принципу действия есть два основных типа:

• испарительные - открытые;
• сухие - закрытые.

Испарительная градирня открытого типа работает так: разбрызгивает горячую воду и смешивает ее с более холодным наружным воздухом. При этом часть воды превращается в пар и вместе с нагревшимся наружным воздухом выбрасывается в атмосферу, оставшаяся же вода охлаждается.

По способу подачи воздуха градирни испарительного типа бывают:

• поперечноточные;
• противоточные;
• брызгальные;
• эжекционные.

Принцип работы драйкулера, или градирни «сухого» (закрытого) типа заключается в понижении температуры. Жидкость проходит внутри замкнутого контура теплообменника и обдувается уличным воздухом. Такой же принцип используется в системе охлаждения двигателя автомобиля, когда охлаждающая жидкость проходит через радиатор, обдуваемый вентилятором. При этом непосредственный контакт жидкости с подаваемым воздухом отсутствует.

Для Вашего удобства приведем классификацию градирен по различным признакам в наглядной форме.

ОТКРЫТЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГРАДИРНИ

Открытые, или мокрые градирни обеспечивают охлаждение за счет непосредственного контакта воздуха и воды.

В зависимости от способа перемешивания различают следующие виды испарительных (мокрых) градирен:

• Оросительные (насадочные): поперечноточные и противоточные. Устройства осуществляют контакт подаваемого воздуха с охлаждаемой водой на развитой поверхности оросительного слоя (насадки). Если направление движения потоков воды и воздуха параллельное (противонаправленное), то градирня относится к противоточному типу. Если же поток воздуха движется перпендикулярно потоку воды, то градирня будет поперечноточного типа.

• Безнасадочные: брызгальные и эжекционные. Они работают за счет распыления воды и разделения ее на мелкие капли. Теплообмен у них происходит на поверхности капель.

Брызгальные градирни, или брызгальные бассейны отличаются от эжекторных давлением, под которым происходит процесс разбрызгивания.

В эжекционных градирнях разбрызгивание воды специальными форсунками происходит при давлении 0,3-0,4 МПа. Получившийся мелкодисперсный факел с частицами размером 0,2 мм движется с большой скоростью, порядка 16-20 м/с. За счет такого движения поток капель интенсивно увлекает (эжектирует) за собой атмосферный воздух, при этом перемешиваясь.

Рассмотрим более подробно два этих класса градирен и разберемся в их достоинствах и недостатках.

Поперечноточные градирни

В поперечноточной градирне вода из коллектора подается в специальный бак - потолочный распределитель. Оттуда уже без давления, самотеком она стекает вниз по узкому слою специального оросителя.

Теплообмен и испарения (обмен масс) происходит за счет большого количества воздуха, подаваемого вентилятором.

В таких градирнях воздух движется в слое оросителя горизонтально перпендикулярно падающей сверху вниз воде. Отсюда название: поперечноточная градирня. Вход воздуха может быть с одной или двух сторон, соответственно получится одно- или двухпоточная система.

Особенности поперечноточных градирен:

• Использование поперечноточных градирен зимой сильно затруднено. В безнапорной системе водораспределения отсутствует подпор, аэродинамическое сопротивление оросителя больше на 30 %. Именно поэтому основное распространение такие градирни получили в странах с теплым климатом: ОАЭ, Иран, Индия, Пакистан.
• Водоуловитель совмещен с жалюзи и выполняет двойную функцию: предотвращает унос и разбрызгивание капель воды.

Так как в нижней части оросителя образовывается слабо орошаемая зона, то весь слой оросителя целесообразно делать наклонным, чтобы сместить нижний ярус к центру и уменьшить обмерзание.

Экономически применение таких градирен оправданно при условии круглогодично теплого климата.

Тогда экономия места за счет возможности увеличивать высоту градирни и отсутствие давления в верхней точке водораспределительной системы окупают прочие недостатки. В последнее время такие градирни активно продвигаются на российском рынке под соусом новизны и энергоэффективности. Однако, в наших реалиях применение поперечноточных градирен в крупных водооборотных циклах - ошибка.

Еще о поперечноточных градирнях читайте в статье Модернизация поперечноточных вентиляторных градирен и книге В.С Пономаренко Градирни промышленных и энергетических предприятий стр. 234-237.

Тепловой расчет аналогичен теплогидравлическому расчету классической вентиляторной градирни, только коэффициент тепломассобмена на 20% меньше. Это значит, что при одинаковых условиях поперечноточные грдирни охлаждают хуже противоточных, из-за менее эффективного использования поверхности оросителя.

Преимущества:

• занимают меньше места, так как могут быть спланированы «в высоту»
• требуют меньшего давления в системе водораспределения

Недостатки:

• на 30% менее эффективный ороситель
• большая стоимость
• обмерзают зимой
• сложность с ремонтом, так как в России не производят запчастей

Противоточные градирни

Они делятся на 2 большие группы: башенные и вентиляторные. Разница в том, как создаются потоки воздуха: естественным, или принудительным способом.

Конструктивно в обоих типах горячая вода по водораспределению через сопла разбрызгивается вниз на ороситель. Она проходит через блоки оросителя, растекается на их поверхности и смешивается с уличным воздухом. Затем остывает и стекает в бассейн для сбора жидкости.

ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ ПРИНЦИП РАБОТЫ

Принцип работы вентиляторной градирни заключается в подаче большого количества воздуха за счет работы вентилятора с лопастями с диаметром до 20 метров. Такой вентилятор подает до 10 000000 кум.метров воздуха в час.

При соотношении 1 м 3 воды к 600 м 3 воздуха и более начинается эффективное охлаждение. Воздух поступает в градирню через специальные окна, распложенные снизу металлического каракаса. Их размер должен быть достаточен для прохода огромного объема воздуха.

Встреча воды, разбрызгиваемой соплами, и воздуха происходит на поверхности блоков оросителя. Их основная функция - сделать поверхность и время соприкосновения максимальными. Чтобы вентилятор не выдувал много воды используют специальный водоуловитель.

Видео градирни

Благодаря различным видам оросительных блоков и широкой гамме осевых вентиляторов такие градирни могут быть подобраны в большем диапазоне нагрузок по воде и обеспечивать глубокое охлаждение воды с перепадом до 30 °

Кроме того, есть возможность установки воздухорегулирующих жалюзи и реверса двигателя. Это позволит прекрасно эксплуатировать градирню в зимние морозы.

По типу оросителя различают следующие типы вентиляторных градирен:

• пленочные;
• капельные;
• капельно-пленочные.

Наиболее эффективные капельно-пленочные вентиляторные градирни. Они совмещают свойства капельных и пленочных оросителей и лучше всего охлаждают воду.

Для малых расходов оборотной воды вентиляторы градирни поставляются на предприятия в готовом виде, по этому признаку их называют малогабаритными или блочными мини градирнями.

Этот тип градирен характеризуется невысокими перепадами температур на входе и выходе, при этом и электропотребление сравнительно не высоко.

Преимущества:

• гибкость конструкции;
• отсутствие обмерзания;
• энергоэффективность;
• легкость ремонта;
• наличие большого ассортимента запасных частей.

Недостатки:

• требуется обученный персонал для обслуживания;
• необходимы дополнительные меры зимой.

БАШЕННАЯ ГРАДИРНЯ

Башенная градирня представляет собой железобетонную или металлическую трубу конической формы, внутри которой находится система подачи воды, ороситель и резервуар. Поток наружного воздуха через входные отверстия в нижней части трубы поднимается вверх через ороситель за счет создания естественной тяги в трубе.

Этот вид промышленных градирен обеспечивает большую тепловую мощность за счет гигантского количества воды, охлаждаемого с небольшим температурным перепадом (5-10 0 С)

В основном башни - это градирни ТЭЦ или АЭС.

К достоинствам башенных градирен можно отнести отсутствие потребления электроэнергии.

Гигантские капитальные затраты на строительство и большая занимаемая площадь - большие минусы при выборе этих градирен.

Так же стоит отметить, что ввиду отсутствия принудительной тяги и возможность развернуть поток воздуха, эксплуатация этих градирен требуют дополнительных приспособлений и мероприятий. Например, тамбур и жалюзи.

Преимущества:

• нет затрат электроэнергии при эксплуатации;
• предназначены для больших расходов воды.

Недостатки:

• малая глубина охлаждения;
• дорогое строительство;
• сложное строительство и ремонт;
• требуют специальных мероприятий для зимнего периода.

ЭЖЕКЦИОННАЯ ГРАДИРНЯ

Эжекционная градирня представляет собой корпус из стали, в котором размещен высоконапорный трубопровод с соплами (эжекторами) специальной конструкции. При распылении воды под давлением через эжектор, происходит подсос наружного воздуха в зону рязрежения. Воздух перемешивается с водой и охлаждает её.

Основными плюсами этого типа является полное отсутствие ограничения в температуре охлаждаемой воды. В оросительных системах обычно более +60 0 . Вода не охлаждается, так как полимер, из которого изготовлен ороситель, становится пластичным и может разрушаться. Но, есть ряд минусов, которые накладывают сильные ограничения на распространение данного типа градирен.

Во-первых, это необходимость создать давление в эжекторе. Отсутствие вентилятора градирни с лихвой компенсируется повышенной мощностью насосов. Как пример, для сравнительного объема охлаждающей воды мощность вентиляторной установки составляет 75 кВт, а мощность насоса при эжекции уже 160 кВт. Кроме этого, уменьшается срок эксплуатации трубопроводов системы.

Во-вторых, зимой невозможна циркуляция, так как мелкая водяная взвесь будет моментально замерзать. Требуется организовать байнасирование воды.

В-третьих, капельный унос у таких градирен выше в 1,5-2 раза, а применение водоуловителя создает дополнительное сопротивление и ухудшает охлаждение воды.

Применение эжекционных градирен выгодно при температуре воды более 60 0 С и/или малом расходе воды.

Преимущества:

• могут работать на горячей воде с t ≥ 60 0 С;
• не требуется обслуживать вентилятор;
• отсутствие механических подвижных частей.

Недостатки:

• большие энергозатраты на создание повышенного давления воды;
• большой капельный унос;
• сложность эксплуатации зимой.

СУХАЯ ГРАДИРНЯ

Радиаторная (сухая) градирня изобретена венгерскими инженерами Геллером и Фарго и изначально использовалась для охлаждения конденсаторов электростанций. Она представляет собой корпус с размещенным внутри теплообменником (радиатором), по которому циркулирует охлаждающая жидкость и одним, или несколькими вентиляторами, обдувающими радиатор потоком наружного воздуха.

Радиатор из оребренных, чаще всего медных или алюминиевых трубок, обуславливает то, насколько хорошо сухие градирни будут охлаждать воду.

Применение качественного радиатора из меди, с тонкими каналами делает стоимость сухой градирни очень большой. Уменьшая стоимость решения, приходится жертвовать и эффективностью.

Сухие градирни имеет смысл использовать, когда технология требует изоляции контура циркуляции от внешней среды, или при отсутствии возможности организовать подпитку в необходимых количествах. Тогда использование контура сухой градирни со смесью этиленгликоля является практически единственным решением. Еще выбор в пользу сухой градирни целесообразен при температуре теплоносителя, или оборотной воды на грани кипения. Например, в оборотных циклах АЭС или НПЗ.

В остальных случаях более дешевым и оправданным будет применение вентиляторной промышленной градирни, так как расход воздуха вентилятора открытой градирни в 5 раз меньше, чем у закрытой. Мощность вентилятора пропорционально меньше у открытых градирен.

Преимущества:

• закрытый контур, отсутствие попадания примесей в воду;
• возможность работы на кипящей воде;
• возможность работы на этиленгликоле;
• отсутствие капельного уноса.

Недостатки:

• низкая эффективность охлаждения;
• дорогая конструкция и материалы;
• требовательность к обслуживанию и чистке теплообменника.