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.

Схема работы градирни

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.

Подробнее о вентиляторах градирни

При соотношении 1 м3 воды к 600 м3 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 0С)

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 0С и/или малом расходе воды.

Преимущества:

  • могут работать на горячей воде с t ≥ 60  0С;
  • 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.
Другие статьи