Градильня что это такое

Что такое градирня и как она работает?

градирня сверху

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.

градирня снизу

градирня сверху

Раньше 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 — около 25-30 градусов , зависит от технологических потребностей.

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

Градирни по способу отвода тепла: испарительные градирни cooling tower, сухие градирни drycooler и смешанные.

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.

  • 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).

По принципу подачи атмосферного воздуха, градирни делят на:

Благодаря своей эффективности, экономичности, простоте обслуживания башенные градирни используются на большинстве крупных промышленных предприятий, где требуется охлаждение больших объемов воды в оборотных системах.

Корпус таких водоохлаждающих сооружений представляет собой высокую вытяжную башню (отсюда и название этого типа градирен), в которой необходимая тяга воздуха создается естественным путем, без применения дополнительного энергоемкого оборудования.

Размеры, высота и форма башенных градирен могут быть разными: они подбираются в зависимости от климатических условий эксплуатации башни и ее требующейся производительности.

башенная градирня

  • железобетонные — башенные градирни такого типа могут быть до сотни метров высотой, с площадью орошения до 10 тыс. м2;
  • каркасно-обшивные — менее материалоемкие сборные конструкции, состоящие из прочного стального каркаса и листовых материалов (алюминиевых, оцинкованных, полимерных, стеклопластиковых).

Резервуар (бассейн нужного объема), оснащенный дополнительно переливным трубопроводом (для полного слива содержимого или регулирования его уровня), размещается в основании градирни. Именно в него поступает горячая вода, которая остужается до требующейся температуры.

Преимущества: экономичность в работе — при эксплуатации таких сооружений не требуется электроэнергия; высокая эффективность при простоте эксплуатации и обслуживания; продолжительный срок эксплуатации.

Недостатки: относительная дороговизна строительства и необходимость выделения площади под строительство – они полностью окупаются перечисленными выше достоинствами.

вентиляторная градирня

Принцип действия вентиляторной градирни основан на контакте охлаждаемой воды с мощными потоками атмосферного воздуха, которые создаются специальными вентиляторами.

  • секционные;
  • башенные.

Не следует путать вентиляторные башни с традиционными башенными градирнями, так как последние работают на естественной тяге воздуха, создаваемой самой башней, и вентиляторы в таких конструкциях не используются. В вентиляторных градирнях башенного типа естественная тяга, создающаяся высотой башни, усиливается мощными электровентиляторами, что существенно увеличивает производительность установки. Секционные вентиляторные градирни представляют собой ряд отдельных секций, в каждой из которых работают автономные вентиляторы. Предотвращение каплеуноса воды, которое неизбежно при повышенной скорости воздушного потока, осуществляется при помощи водоуловителей в виде решеток-жалюзи. Потери оборотной охлаждаемой жидкости минимизируют каплеуловительные устройства. Для тщательного контроля температуры рабочей жидкости на производствах, где этот показатель критичен, в вентиляторных градирнях устанавливают термопары, которые в автоматическом режиме регулируют частоту вращения вентиляторов в зависимости от температуры воды или другой охлаждаемой жидкости. Эффективность установок такого типа стала причиной их популярности.

Преимущества: относительно низкая стоимость строительства; повышенная глубина охлаждения; небольшая площадь застройки.

Недостатки: затраты на электроэнергию; повышенный каплеунос; затраты на обслуживание, т.к. данному типу градирен требуется эксплуатационный персонал.

сухая градирня

  • в трубки радиатора подается рабочая жидкость;
  • стенки трубок и металлические ребра теплообменника обдуваются атмосферным воздухом, приток которого обеспечивают вентиляторы;
  • через металл происходит активная отдача тепла от носителя к обдувающему радиатор воздуху;
  • из градирни поступает охлажденная жидкость.

Преимущества: экономия теплоносителя; соблюдение его чистоты; отсутствие коррозийных процессов внутри градирни.

Недостатки: высокая стоимость большие габариты невысокая эффективность охлаждения (температура рабочей жидкости на выходе в среднем на 6 °C выше, чем температура воздуха); возможность замерзания жидкости в теплообменнике при минусовых температурах; необходимость энергозатрат.

Типы градирен, их преимущества и недостатки, рекомендации по эксплуатации

производственные градирни

На любых промышленных предприятиях существует вопрос охлаждения жидкостей, которые непосредственно используют в производстве или получают в результате работы других установок (конденсат). Для решения этой проблемы существуют специальные воздушные охладители – промышленные градирни закрытого типа. Что такое градирня и как она работает? На эти вопросы мы постараемся ответить в этой статье.

Типы производственных градирен

Целью установки градирни на промышленных предприятиях является охлаждение больших объёмов воды при помощи воздушного потока. Отсутствие других охладителей, кроме воздуха, отличает градирню от других устройств этого типа.

разновидности

По принципу действия производители различают следующие типы градирен:

  • Испарительные водоохладители — открытая установка.открытая градирня
  • Сухие градирни — закрытая конструкция.закрытая градирня

Градирни открытого типа работают благодаря разбрызгиванию горячей воды и её смешиванию с охлаждённым наружным воздухом. При этом часть оборотной воды превращается в пар и уносится вместе с горячим воздухом за пределы градирни. Оставшаяся в резервуаре вода охлаждается.

схема

Сухая градирня охлаждает воду путём прохождения жидкости внутри закрытого отсека, где она принудительно обдувается потоками наружного воздуха. Вода проходит внутри трубок радиатора с ребристой поверхностью, что исключает прямой контакт жидкости с воздухом. Такие водоохладители позволяют поддерживать чистоту обрабатываемого материала и не вызывают проблем при установке.

схема

Виды и возможности открытых градирен

Испарительные водоохладители устанавливают на большинстве предприятий за счёт низкой стоимости этих конструкций. Однако их нельзя назвать универсальными, так как монтаж такой градирни требует большой открытой площади для размещения. Открытые градирни обладают и рядом других недостатков: загрязнение оборотной воды от наружного воздуха, невозможность установки вблизи зданий и вырабатывание больших масс пара.

Открытые охладительные установки обеспечивают снижение температуры воды путём её непосредственного контакта с воздухом. В зависимости от типа смешивания влаги с воздухом, производители выделяют несколько типов испарительных градирен:

  • Насадочные (поперечноточные и противоточные) .
  • Эжекционные.

Мокрые водоохладители первого типа (их также называют оросительными) создают контакт поступающего воздуха с водой на развитой поверхности оросительного слоя.

При этом, если вода и воздушные массы двигаются в противоположных направлениях, устройство относится к противоточному типу. Если воздух проходит сквозь воду перпендикулярно — это градирня поперечноточного вида.

Поперечноточная градирня

поперечноточная градирня

Как уже было сказано, конструкция поперечноточной градирни предполагает горизонтальное направление потоков воздуха и вертикальное стекание воды. Подача воздуха может происходить с одной или с двух сторон конструкции. Вода подаётся сверху из резервуара и стекает под собственным весом вниз по слою оросителя. За счёт большого количества поступающего воздуха, вода превращается в пар и охлаждается.

Противоточные градирни

противоточная градирня

Водоохладители, в которых жидкость и воздушный поток двигаются параллельно друг другу, но в противоположных направлениях, называют противоточными. Они делятся на два больших типа: башенные и вентиляторные градирни. Все модели противоточного типа имеют в конструкции трубопровод для подачи воды, ороситель для её разбрызгивания и резервуар для сбора охлаждённой жидкости. Воздух подаётся через естественные отверстия оросителя. Если подача идёт в режиме самотёка – это башенная конструкция, если нагнетается, то вентиляторная градирня.

    Конструкция вентиляторных градирен представляет собой внешний корпус с вентилятором в верхней части. Под ним расположен водоуловитель, система подачи воды с соплами, ороситель и резервуар. Внизу конструкции расположены отверстия для поступления воздуха. Отличие вентиляторных градирен по принципу работы состоит в том, что движение воздушного потока наверх обеспечивается за счёт тяги вентилятора. Чтобы большая часть влаги не испарялась, перед вентилятором устанавливают сетку-водоуловитель. Задерживаясь на ней, вода вновь стекает в резервуар.

Эжекционная градирня

Эжекционные градирни отличаются от других подобных конструкций тем, что для подачи воды в зону охлаждения используются трубопроводы с высоким давлением и соплами (эжекторами). Жидкость разбрызгивается внутри градирни, проходя сквозь эжекторы под большим напором. Далее, в отсек под давлением поступает воздушный поток, где он смешивается с каплями воды.

эжекционная градирня

Главным преимуществом установки с эжекторами является отсутствие ограничений в температуре нагрева воды перед её охлаждением. Сопла трубопровода более устойчивы к воздействию высоких температур в отличие от обычных оросителей, которые устанавливаются в других моделях водоохладителей. Однако у такой конструкции существует серьёзный недостаток – здесь необходимо постоянно поддерживать высокий уровень давления.

Принцип работы сухой градирни

Сухие градирни являются результатом научных разработок венгерских учёных. Изначально они были предназначены для охлаждения конденсаторов на электростанциях. В России существует свой аналог сухих градирен — аппараты воздушного охлаждения, которые снижают температуру используемых в производстве жидкостей.

принцип работы

Закрытая сухая градирня применяется для охлаждения воды и конденсата, путём прохождения жидкости через сеть оребренных трубок, обдуваемых потоками воздуха. Для регулировки температуры и тяги они могут быть оборудованы вентиляторами или вытяжными конструкциями. Сухие градирни могут применяться как для охлаждения конденсата на производстве, так и непосредственно при работе с жидкими материалами. Во втором случае, преимущество закрытого охладителя состоит в изоляции воды от внешних загрязнений.

Читайте также  Сколько масла заливать в компрессор

Охлаждение в сухой градирне происходит без непосредственного контакта воды и воздушного потока. Воздух обдувает ребристую поверхность трубок радиатора, благодаря этому снижается температура жидкости, проходящей по трубкам. Для большей эффективности в некоторых моделях идёт дополнительное орошение трубок водой.

Радиаторы с ребристой поверхностью могут иметь различную конструкцию. Как правило, их изготавливают из стали или алюминия – тонких, но устойчивых к нагреву металлов. Наиболее качественными считаются радиаторы из медных трубок, однако градирни с такими деталями стоят довольно дорого.

Сухая градирня незаменима на тех предприятиях, где к охлаждаемой жидкости предъявляются высокие требования чистоты и качества. В испарительных установках вода загрязняется, вступая в непосредственный контакт с воздухом. Закрытый тип воздухоохладителя подойдёт и для тех производств, где необходимо охлаждать воду высоких температур (вплоть до кипящих жидкостей). Оросители открытых установок не способны справиться с такой нагрузкой.

В других случаях, более выгодным и эффективным будет использование вентиляторных градирен, так как расход воздуха в открытых установках будет меньше.

Условия для эксплуатации сухой градирни

При каких условиях на промышленном предприятии стоит установить сухую систему водоохладителей? Есть несколько рекомендаций к её эксплуатации:

сухая градирня

  • Требуется постоянное снижение температуры жидкости – воды, масла или др.
  • Температура воды, до которой её необходимо снизить, приблизительно равна температуре воздуха окружающей среды (±3…5 °C) .
  • На предприятии невозможно установить градирню открытого типа по следующим причинам: недостаточно места, близкое расположение других зданий, непрочный фундамент.
  • Расположение не позволяет использовать оборудование испарительного типа.
  • Система используется не в постоянном режиме, нет возможности организовать постоянный приток жидкости.
  • Высокая жёсткость воды, которую нельзя использовать в открытом охладителе. Жидкость высокой плотности при испарении способна образовывать накипь и другие загрязнения, которые остаются на стенках прибора и в системах разбрызгивания.
  • Нельзя организовать постоянное энергоснабжение открытого водоохлаждающего оборудования.

Комбинация сухой градирни с другими охладительными устройствами

Сухая градирня может использоваться в качестве самостоятельного охладителя воды, или совместно с другим прибором данного типа — чиллером. При этом устройства будут дополнять друг друга, работая с изменяющейся производительностью в соответствии с температурой среды и планируемым уровнем охлаждения жидкости. Принцип действия таких парных установок состоит из двух этапов:

  • Вода поступает в сухую градирню, где её температура постепенно снижается.
  • Жидкость следует в отсек чиллера, который отлаживает температурные показатели до установленной отметки.

Преимущество комбинированной эксплуатации градирни и чиллера состоит в экономии средств и электроэнергии. Чиллеры с предварительным охлаждением стоят дороже и имеют большую мощность, нежели те модели, которые получают уже холодную воду из градирни и доводят её до нужной температуры.

Преимущества установки сухой градирни

Экономный расход электроэнергии. Электричество необходимо только для работы вентиляторов, которые нагнетают воздух в отсеке водоохладителей. В холодное время года некоторые вентиляционные установки отключаются, поскольку среда за пределами градирни изначально имеет низкую температуру. Это также позволяет регулировать и снижать расходы на электричество.

  • Сравнительно небольшие траты на покупку и установку оборудования. Сухие градирни стоят меньше, чем чиллеры той же производительности.
  • Недорогое обслуживание системы. Поскольку конструкция сухой градирни упрощена по сравнению с «мокрыми» аналогами, помощь специалистов при её обслуживании обходится дешевле.
  • Широкий спектр применения. Сухая градирня позволяет охлаждать самые различные жидкости: вода, раствор гликоля, масло и пр.
  • Удобство расположения оборудования. Устройства закрытого типа занимают небольшую площадь, они не создают испарений и проблем с монтажом. Их можно устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Зачастую производится установка на стену или крышу, таким образом, расширяется показатель использования полезной площади на предприятии.

Расчёты для установки сухой градирни

Чтобы подобрать промышленную модель водоохладителя, необходимо осуществить расчёт его производительности. Для вычислений используется несколько физических параметров, которые невозможно свести в единую формулу. Поэтому перед выбором и покупкой градирни на предприятиях необходимо доверить проведение расчётов специалистам. Профессиональные инженеры быстро произведут требуемые вычисления с использованием компьютерных программ и учтут самые мелкие особенности внешней среды.

Стоит отметить, что подбор модели градирни в соответствии с целями и условиями её работы очень важен. В этом случае не стоит полагаться исключительно на цену и «технические характеристики», которые предлагают производители. При малейших отклонениях в расчётах, этот дорогостоящий прибор может оказаться совершенно не эффективным. Градирня должна быть подобрана с учётом климатических особенностей, энергозатрат и совместимости с другим оборудованием на производстве. Поэтому решение данного вопроса стоит доверить профессионалам.

Градирня

Гради́рня (нем.  gradieren  — сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) — 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.

Содержание

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.

Интересные факты

Самая производительная градирня в мире — градирня для АЭС Исар II в Германии [1] . Она охлаждает 216 000 кубометров воды в час. Ее высота 165 м и основной диаметр 153 м.

Мокрые градирни: принцип работы, сфера применения, преимущества и недостатки

Мокрые градирни — это устройства для охлаждения теплоносителя за счёт эффекта адиабатного увлажнения воздуха. Большинство из них относится к числу градирен отрытого типа — контур теплоносителя не замкнут, причём часть теплоносителя постоянно теряется в процессе охлаждения. В таких системах обязательно должен быть предусмотрен механизм подпитки теплоносителя. Тем не менее, мокрые градирни являются наиболее экономичными и эффективными средствами для охлаждения больших объёмов воды.

Виды градирен

Градирни предназначены для охлаждения теплоносителя, который в свою очередь охлаждает какое-либо технологическое оборудование. Охлаждение теплоносителя происходит за счёт окружающей среды, то есть за счёт наружного воздуха. Другими словами можно сказать, что технологическое оборудование отдаёт тепло теплоносителю, а тот «сбрасывает» его в окружающую среду. Чтобы осуществить этот «сброс» тепла и нужны градирни.

Глобально специалисты выделяют два вида градирен — сухие и мокрые. Сухие представляют собой теплообменник, обдуваемый наружным воздухом. Проходя через трубки теплообменника, теплоноситель охлаждается до температур, близких к температуре наружного воздуха. В мокрых градирнях используется эффект испарительного охлаждения: испаряя воду, воздух охлаждается, и именно этот поток воздуха низкой температуры охлаждает теплоноситель.

Далее, мокрые градирни подразделяются на открытые и закрытые, открытые — на оросительные и эжекционные, оросительные — на вентиляторные и башенные, которые, в свою очередь, бывают различного строительного исполнения с различными направлениями движения воды и воздуха.

В рамках данной статьи мы рассмотрим основные виды мокрых градирен — открытые и закрытые, оросительные и эжекционные — схему их работы, сферу применения, преимущества и недостатки.

Принцип работы мокрых градирен

В мокрых градирнях наружный воздух адиабатно увлажняется за счёт воды. При этом его температура снижается на несколько градусов. Например, воздух с температурой 30°С и влажностью 40% при достижении влажности 90% будет иметь температуру 21°С, то есть охладится на 9°С. Воздух с температурой 25°С и влажностью 50% может быть охлажден до 19°С, то есть на 6°С, и так далее.

Читайте также  Термистор что это такое

Суть в том, что охлаждение теплоносителя (в большинстве случаев теплоносителем является вода) происходит тем эффективнее, чем ниже температура воздуха. А для получения воздуха с низкой температурой применяется адиабатное (распылительное) увлажнение воздуха.

Возникает вопрос, какую воду использовать для адиабатного охлаждения воздуха — непосредственно теплоноситель или отдельный поток воды. Так появляются градирни открытого и закрытого типов.

Мокрые градирни закрытого типа

В мокрых градирнях закрытого типа для охлаждения воздуха применяется отдельный поток воды. Теплоноситель течёт по трубкам теплообменника, который обдувается увлажненным наружным воздухом. В свою очередь воздух продувается через градирню вентилятором. Попадая в неё, на пути воздуха распыляется вода. Испаряя её и охлаждаясь, воздух охлаждает трубки с теплоносителем. Далее на пути воздуха стоит каплеуловитель, который удерживает неиспарившуюся воду.

Мокрые градирни закрытого типа, по сути, представляют собой сухие градирни с адиабатным увлажнением наружного воздуха. Они могут быть применены как для сброса тепла от нагревающегося оборудования в промышленности, так и для охлаждения чиллеров с конденсаторами водяного охлаждения в системах холодоснабжения зданий различного назначения.

К преимуществам мокрых градирен закрытого типа относят сам закрытый контур — отсутствие потерь теплоносителя, в контур не попадают внешние загрязнители, единожды подготовленный теплоноситель сохраняет свои качества в течение долгого времени. Однако есть некоторые проблемы при работе таких градирен зимой.

В первую очередь речь идёт об опасности замерзания бассейна с водой в нижней части градирни, и образования наледи поверх трубок с теплоносителем. На самом деле проблема преувеличена, так как увлажнение наружного воздуха актуально только в летнее время. При температурах наружного воздуха ниже 15°С особого смысла в увлажнении нет, поэтому задолго до наступления заморозков система должна быть подготовлена к зимнему режиму — бассейн опорожнён, система подпитки отключена, трубопроводы перекрыты.

Кроме того, для надёжной работы градирни следует избегать обмерзания теплообменника изнутри. Такой риск возможен при отрицательных температурах наружного воздуха и малом протоке теплоносителя. Решение этой проблемы кроется в правильной настройке системы автоматики, то есть в регулировании расхода воздуха, продувающего градирню, а также в регулировании расхода воды и её байпасирования.

Мокрые градирни открытого типа

В мокрых градирнях открытого типа теплоноситель распыляется в воздухе, который продувает градирню. Обычно воздух движется снизу вверх, а теплоноситель распыляется сверху и под действием силы тяжести оседает вниз. В процессе движения через встречный поток распыленного теплоносителя, воздух частично испаряет его, охлаждается сам и охлаждает его. В верхней части градирни наружу выходит горячий влажный воздух. В нижней части скапливается охлажденный теплоноситель. По такому принципу работают оросительные градирни открытого типа.

Движение воздуха снизу вверх в оросительных градирнях может осуществляться как за счёт естественных сил (подобно естественной вытяжке в многоэтажных домах), так и за счёт вентилятора.

В первом случае для воздуха нужен канал большого сечения. Такие установки хороши для охлаждения больших объёмов воды на небольшую дельту по температуре (5-10°С). Они применяются на АЭС, ТЭЦ, в крупных промышленных предприятиях и называются башенными градирнями. Их преимущества — минимальное энергопотребление, большой теплосъём, работа с большими расходами воды. Главный недостаток — масштабная конструкция, требующая немалых затрат при строительстве.

Во втором случае воздух нагнетается вентилятором, поэтому площадь сечения канала для воздуха может быть существенно снижена. Такие градирни называются вентиляторными оросительными градирнями. Теплоноситель подаётся сверху и разбрызгивается на ороситель, после чего в охлаждённом виде собирается в накопителе в нижней части градирни. Воздух всасывается вентилятором снизу и нагнетается вверх навстречу теплоносителю. В верхней части градирни устанавливается каплеуловитель, препятствующий излишнему уносу воды в наружный воздух.

В градирнях с охлаждением теплоносителя на небольшую величину (до 10°С) применяют осевые вентиляторы, с существенным охлаждением теплоносителя (до 40°С) — центробежные вентиляторы. Вентиляторные градирни не зависят от естественной тяги, хорошо поддаются автоматизации, регулированию и наладке различных режимов работы, характеризуются высокой эффективностью охлаждения жидкости. Сфера их применения широка — интенсивное и не очень охлаждение различных объёмов теплоносителя в различных отраслях промышленности.

Наконец, рассмотрим ещё один вид мокрых градирен открытого типа — эжекционные градирни. В них распыление теплоносителя осуществляется снизу вверх, а движение воздуха обеспечивается за счёт эффекта эжекции. В данном случае суть эжекции заключается в том, что распыляемый теплоноситель увлекает за собой потоки воздуха, с которыми он и контактирует — увлажняет их, охлаждает их, за счёт чего охлаждается сам.

Далее нагретый увлажненный воздух покидает градирню через отверстие в верхней зоне. Интересно отметить, что этот процесс также происходит за счёт естественных сил — нагретый воздух легче холодного, поэтому стремится наверх, и влажный воздух легче сухого, поэтому тоже стремится вверх. Соответственно, нагретый влажный воздух, если можно так выразиться, с удвоенной силой стремится вверх. Всё это способствует эффективному воздухообмену внутри градирни.

Охлажденный теплоноситель в виде капель оседает в нижней части градирни, откуда насосом по трубопроводам нагнетается к оборудованию, которое необходимо охлаждать.

Эжекционные градирни способны эффективно охлаждать теплоноситель высокой температуры (до 60°С и более). Среди недостатков — высокая потребляемая мощность насосов для распыления теплоносителя. Чтобы теплоноситель увлекал за собой потоки воздуха, его скорость на выходе из форсунки должна быть велика (более 60км/ч), а для этого нужны в раза более мощные насосы, чем в оросительных градирнях. Кроме того, эффекты эжекции и естественного движения воздуха сложно контролировать, а потому такие градирни практически невозможно использовать зимой — из-за риска обмерзания. Основная сфера их применения — промышленные объекты с высокой температурой теплоносителя.

golovko

В 2014 году я первый раз побывал на ТЭЦ, посмотрел всё изнутри и досконально изучил принцип работы данного типа электростанции. По итогам той поездки я написал пост — Как работает ТЭЦ или Благовещенская ТЭЦ — взгляд изнутри . Что же такое градирни? Это то, с чем у любого нормального человека ассоциируется ТЭЦ, но это лишь верхушка айсберга. Самое время сорвать покровы и разобраться с этой нехитрой конструкцией. Мне повезло, я смог посмотреть на процесс строительства новой градирни и побывать внутри действующей конструкции.

02. Посмотрите какая красота! Такое ощущение, что это кадр из какого-то фантастического фильма, но нет, это я снял внутри самой охлаждающей башни, огромного холодильника, или если называть вещи своими именами, обычной градирни каких по всей стране понастроено великое множество.

Для начала давайте обратимся к простым формулировкам, а потом попробуем их расшифровать:

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

Башенная градирня – 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.

03.

Вода на электростанциях нужна для охлаждения технических узлов и агрегатов. В процессе охлаждения она нагревается и при этом она движется по замкнутому контуру, иначе говоря по кругу. Так вот, в эту цепь встраивают градирню, которая и охлаждает воду. Если рядом с электростанцией есть озеро или водоём, то вода для охлаждения берётся оттуда и соответственно градирню в таком случае строить необязательно. Важно отметить, что существует несколько видов градирен, но мы сейчас говорим о самой распространённой — градирне башенного типа. Помимо этого, существуют ещё башенные и вентиляторные градирни, у всех есть, как и свои плюсы, так и свои минусы.

Первую башенную градирню в нынешнем её виде построили в 1918г. в Нидерландах в городе Херлен. Её изобрел профессор машиностроения и директор голландских государственных шахт Фредерик ван Итерсон. Ему удалось создать максимально эффективную охлаждающую конструкцию, как в технологическом, так и в экономическом отношениях. До этого градирни не имели постоянной формы.

04.

Как происходит процесс охлаждения воды

Градирня в виде башни относится к испарительному типу градирен, внутри конструкции происходит передача тепла от жидкости атмосферному воздуху при поверхностном испарении при непосредственном контакте сред. Башенная градирня представляет собой конструкцию, в которой из-за разности давлений внутри и снаружи башни создается естественная тяга. В нижней ее части расположены технологические элементы — система водораспределения, ороситель, водоуловитель. Башенные градирни могут отличаться друг от друга формой, размерами, отдельными технологическими решениями, но в основе лежит один и тот же принцип работы.

Горячая вода из водораспределительной системы при помощи сопел разбрызгивается по всей площади орошения. Вода, попавшая на оросительное устройство, образует на его поверхности тонкую пленку или дробится на очень мелкие капли. На всей получившейся поверхности происходит процесс испарения, за счет чего и понижается температура оборотной воды. А благодаря тяге, создаваемой за счет перепада высот, насыщенная теплыми парами капельно-воздушная смесь отводится из градирни.

Если в двух словах — вода падает вниз, а воздух, который идёт вверх наперекор воде охлаждает жидкость, вот так всё просто и легко.

05. Из-за постоянного испарения внутри градирни всегда стоит туман.

06.

07. Вот так происходит процесс орошения горячей воды.

08. Мы уже разобрались, что вода стекает вниз, выглядит это так словно идёт дождь! Если подойти к градирне поближе, то можно самому посмотреть, как это выглядит со стороны.

09.

09. Посмотрите на основание градирни и обратите внимание на трубы, идущие из-под земли, по ним вода поступает в градирню, и по ним же уходит в систему. А ещё в самом внизу можно увидеть, как бы «распахнутые окна» градирни, через эти отверстия воздух нагнетается в башню, они кстати регулируются. Представьте себе жалюзи, тут действует примерно аналогичный принцип.

Читайте также  Почему нельзя ставить горячее в холодильник

10. Поближе.

11. Вот тут очень хорошо видны все элементы основания градирни.

12. Ещё несколько атмосферных фотографий, на закуску!

13.

14. Вот так выглядит основание строящейся градирни.

Во время Второй мировой войны правительство Великобритании для защиты собственных электростанций от возможных ударов немецких войск камуфлировало градирни и стоящие рядом объекты под обычные городские поселения. На стены башен наносились рисунки домов и деревьев, чтобы заметные издалека стратегически важные объекты не были заметны.

15. Я напишу ещё один пост, посвящённый Благовещенской ТЭЦ, он будет посвящён строительству второй очереди электростанции.

Градирня как испарительное устройство для охлаждения воды

Градирни как испарительное устройство для охлаждения воды

Промышленное оборудование и системы комфорта общественных зданий генерируют огромное количества тепла, которое необходимо непрерывно рассеивать для эффективности работы производственных процессов и климатических установок. Передача тепла в атмосферу достигается с помощью теплообменников. Градирня — одно из таких устройств, основанное на простейшем принципе охлаждения с помощью испарения воды и потоков искусственного ветра.

Вид старой градирни

Технология испарительного охлаждения применялась с древних времён, когда реки, моря, озёра и пруды использовались в качестве источников охлаждающей жидкости. При ограниченной производственной деятельности в прошлых веках и избытке природных ресурсов вода использовалась только в прямоточном режиме с возвратом её в водоём без обработки. Примером этому могут быть первые градирни на паровых судах, использующие забортную воду для охлаждения конденсаторов двигателей.

В дальнейшем в связи с тепловым загрязнением окружающей среды непосредственная выгрузка воды в источник становилась всё более экологически неприемлемой. Её необходимо было либо охладить перед возвратом в водоём, либо использовать повторно.

При строительстве объектов с высокой теплогенерацией, таких как электростанции, топографические соображения всегда принимались во внимание. Их размещали в непосредственной близости от водоёмов или создавали искусственные максимальной площади, чтобы иметь возможность хранения, рециркуляции и охлаждения больших масс воды. С целью сокращения зеркала воды или более эффективного использования, существующего на подобных объектах, стали внедрять системы распыления.

Следующим логичным шагом развития теплообменных комплексов было открытие того, что вертикальное распыление сверху вниз с большой высоты позволяет достичь более значительных снижений температуры жидкости. Вскоре после этого на смену ветру и тяге, создававшим в первых устройствах воздушные потоки, пришли специально для этого аэродинамически рассчитанные вентиляторы. Лучшее понимание механики и гидродинамики водяного охлаждения привело к включению в конструкции барьеров, замедляющих падение жидкости и обеспечивающих больший контакт между водой и воздухом для получения дополнительного охлаждения.

Благодаря вертикальной ориентации, необходимая для теплообмена с атмосферой площадь в проекции на землю сократилась до тысячи раз в сравнении с водоёмом. В наше время развитие подобной конструкции градирни для охлаждения воды осуществляется путем применения современных материалов и внедрения принципа модульности в установках.

Градирня (или градильня, как неверно её называют) представляет собой теплообменник, используемый для передачи отходов технологического тепла в атмосферу путём охлаждения потока рабочей жидкости. Тип отвода тепла в большинстве этих устройств называют испарительным, поскольку наибольшая часть его тратится на испарение в потоке движущегося воздуха, обеспечивая тем самым охлаждение остальной части жидкости. Тепло, переданное подвижному воздуху, вместе с последним уходит в атмосферу.

Вентиляторная градирня

Градирный способ теплопередачи обеспечивает значительные понижения температуры, недостижимые для воздушного охлаждения или сухих теплообменников, таких как радиатор автомобиля, поэтому испарительные башни считаются самыми эффективными системами для удаления больших количеств тепла. После охлаждения вода возвращается из градирни для повторного использования без той части, которая была потеряна в виде пара и капельного дрейфа, из-за чего для поддержания рабочего цикла нужно добавлять некоторое количество жидкости в систему.

Устройство градирни, её назначение и принцип работы зависят от многих факторов. Главная задача того или иного конструктива — обеспечение максимальной экономической и энергетической эффективности работы систем, нуждающихся в охлаждении. Они могут отличаться по размеру и устройству в зависимости от нагрузки теплообмена и относительной влажности окружающего воздуха. Большинство из представленных на рынке и действующих устройств можно разделить на два класса по их назначению:

  • промышленные;
  • предназначенные для систем отопления, вентиляции и кондиционирования.

Градирня на химическом заводе

Первые предназначены для отвода большого количества тепла от нагретых материалов, машин или производственных процессов. Самые крупные градирни применяют для рассеивания в окружающую среду калорий, поглощённых циркулирующими водяными системами охлаждения на таких предприятиях, как:

  • электростанции;
  • нефтеперерабатывающие заводы;
  • химические заводы.

Градирни для климатических инсталляций предназначены для отвода избытка тепла от охлаждающих машин и конденсаторов тепловых насосов.

Как правило, они находят применение в промышленных и общественных зданиях в качестве экологически чистых устройств, способных наиболее эффективным образом понизить температуру тёплой воды. Монтаж подобных агрегатов на кровле позволяет избежать шумового загрязнения в городской среде.

Сухие градирни

Градирни могут быть классифицированы в зависимости от конструкции, формы, мощности, назначения.

Поскольку главной их задачей является обеспечение теплообмена с атмосферой, основным различием по принципу действия можно считать применяемый в них способ передачи тепла.

По этому признаку выделяют:

  • прямые или открытые;
  • косвенные (закрытые);
  • сухие.

В прямых теплоноситель находится в непосредственном контакте с воздухом. Нагретая вода проходит через систему орошения в негерметичном корпусе, смачивая наполнитель, обеспечивающий большую поверхность её контакта с воздухом. Охлаждённая испарением, она собирается в резервуар, расположенный ниже наполнителя. Оттуда вода снова подаётся в рабочий процесс поглощения тепла. Нагретый и увлажнённый воздух уводится в атмосферу на достаточном удалении от точки входа для предотвращения его обратного всасывания в градирню.

В косвенных прямой контакт между охлаждаемой жидкостью и воздухом исключён. Этот тип градирен состоит из двух контуров — открытого и закрытого. Замкнутый соединён с производственным процессом и в нём протекает жидкость, требующая охлаждения. Открытым является тот, который выполняет работу по удалению тепла. Теплообмен происходит при прохождении через трубчатый радиатор теплоносителя в присутствии протекающего процесса испарительного охлаждения при контакте нагретого воздуха и охлаждающей воды.

Во всём остальном косвенные градирни похожи на прямые. Разница лишь в том, что охлаждаемая жидкость не имеет контакта с атмосферой или рециркуляционной водой испарителя.

Существуют также сухие градирни, принцип работы которых основан на конвективном охлаждении воздушными потоками, нагнетаемыми вентиляторами на радиаторы теплообменника. В отличие от мокрых, в сухих градирнях не используется испарение, но возможно оснащение их оросителями в качестве опции. Этот тип оборудования применяется в основном для охлаждения технологических жидкостей и востребован в большинстве случаев на предприятиях, так как производит большое количество шума.

Подавляющее большинство градирен работают на смешивании воды и воздуха. Основная задача конструкторов — устроить процесс таким образом, чтобы обеспечить контакт жидкости с воздухом на максимальной площади. По способу организации потоков их можно разделить на естественные и принудительные.

Атмосферные градирни

Атмосферные башни. Это те масштабные структуры, которые можно встретить на территории ТЭЦ. Для их башен характерно цилиндрическое исполнение с широким основанием, сужением в середине и расширенным горлом в верхней части. Геометрическая фигура, близкая к форме таких градирен, называется параболическим гиперболоидом. Ответу на вопрос, зачем архитекторы и инженеры делают градирни именно такими, может помочь понимание аэродинамических процессов, происходящих в башне.

В атмосферном (гиперболическом) типе градирен пар от горячей воды поднимается наверх естественным образом, благодаря явлению конвекции. Как правило, их делают высокими, чтобы создать необходимую тягу изнутри башни и обеспечить эффективное рассеивание пара. Сужение башни посередине помогает увеличить скорость параллельных ламинарных потоков без какого-либо их нарушения.

Верхнюю часть градирни расширяют для того, чтобы увеличить площадь, на которой происходит смешивание пара с атмосферным воздухом. Это позволяет производить процесс охлаждения более эффективно. Есть и несколько других причин такой формы у градирен. Например, гиперболоидные высотные конструкции очень прочны в сравнении с цилиндрическими, а широкое основание позволяет получить достаточно места для размещения оборудования.

Градирни атмосферного типа чрезвычайно надёжны и предсказуемы в тепловой производительности. Несмотря на их сравнительно высокую стоимость, они широко используются в сферах производства электроэнергии, где присутствуют большие нагрузки по охлаждению и востребован длительный период амортизации без капитального ремонта.

Градирни с принудительной тягой

Механизированные градирни используют один или несколько вентиляторов, чтобы обеспечить прохождение необходимого количества воздуха через башню. Таким образом, теплообмен внутри них более управляем и стабилен, чем у зависящих от атмосферных условий гиперболических конструкций.

В принудительных градирнях вентиляторы могут как создавать приток окружающего воздуха, так и служить источниками вытяжной тяги. Первые менее стабильны и склонны к обледенению. Обычно они оснащены экономичными центробежными вентиляторами, способными работать против статических давления, которые устанавливают в отдельных помещениях. Вентиляторы градирен с механизированной вытяжкой работают со скоростями в несколько раз выше, чем у входных потоков. Это позволяет эффективно создавать зону пониженного давления, но не обладает надёжностью, так как трудно обеспечить безупречную работу механизмов в условиях высокой влажности.

Существуют также гибридные проекты, представляющие собой башни естественной тяги, оснащённые механизмами для увеличения потоков воздуха. Задача таких конструкций — минимизировать мощности, необходимые для их генерации. Принудительные потоки в них создаются только при дефиците тяги, например, в жару или во время пиковых нагрузок. Подобные градирни называют вентиляторными с естественной тягой.

Противоточные вентиляторные градирни

Вентиляторы в градирнях позволяют создавать потоки распыляемой воды и воздуха в любых направлениях. Разделяют два основных типа по этому свойству:

  • тангенциальные;
  • противоточные.

В первых воздух проходит перпендикулярно падающей жидкости. Горячая вода распределяется под воздействием силы тяжести, что устраняет необходимость в устройстве распыления. Экономичность и простота обслуживания — основные преимущества этого типа охладителей. Противоточные градирни используют вертикальное движение воздуха в комбинации с системами распыления воды под высоким давлением. Такие конструкции в сравнении с тангенциальными требуют вентиляторов большей мощности и дополнительных затрат энергии на работу насосов. Их достоинство — компактные размеры и высокая производительность.

При принятии решения об использовании конкретного типа градирни в том или ином случае инженеры учитывают множество факторов: потребление энергии, воздействие на окружающую среду, стоимость капиталовложений и эксплуатационные расходы, особенности и функциональные возможности.

Несмотря на простоту устройства, градирни требуют комплексного подхода в их применении.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: