Как работает градирня

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) .

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.

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.

Типы градирен

По типу системы орошения, градирни можно разделить на:

— плёночные;

— капельные;

— брызгальные;

— сухие.

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 перекрестный ток.

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.

Минусы:

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.

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.

Ну а вот как там все выглядит внутри: