Градирня: что это такое, назначение, типы, принцип работы

Градирня: что это такое простыми словами, зачем нужна на ТЭЦ, АЭС и заводах, почему без нее не обойтись в современной промышленности? В статье мы разберем устройство градирен, классификацию, а также поможем разобраться с выбором оптимального решения для конкретного объекта и производства.

Что такое градирня

На промышленных предприятиях, ТЭЦ и АЭС можно увидеть характерные бетонные башни, из которых поднимается пар. В народе их часто называют «дымовыми трубами», но это ошибка. Это - градирня.

Если говорить о том, градирня что это такое простыми словами, то это огромный «холодильник», который отбирает лишнее тепло у воды и передает его в атмосферу, чтобы воду можно было использовать повторно в замкнутом цикле водоснабжения. Турбины, печи, прокатные станы, реакторы и др. объекты нуждаются в постоянном отводе тепла. Вода наиболее эффективно справляется с задачей охлаждения. Но если сливать нагретую воду в реку или водоем, потребление свежей воды станет экономически нецелесообразным и экологически опасным. Градирня позволяет замкнуть цикл и снизить водопотребление: нагретая вода охлаждается и вновь подается на оборудование. Охлаждение в градирне больших объемов воды осуществляется потоком атмосферного воздуха.

Первые градирни, отдаленно напоминающие современные установки, применяли для добычи соли выпариванием. Но сегодня задача таких сооружений - охлаждение оборотной воды в промышленных оборотных циклах водоснабжения.

Итак, для чего нужна градирня в наше время – ответ простой: чтобы экономить воду и непрерывно обеспечивать отведение избыточного тепла в атмосферу.

Основные типы градирен: башенные, вентиляторные и сухие

Инженеры разработали несколько конструкций, каждая под свои условия, тепловую нагрузку и общую требуемую производительность. Классификация градирен основана на принципе работы и способах подачи воздуха.

По способу подачи воздуха градирни классифицируют на:

• Башенные градирни - это те самые огромные бетонные или металл-каркасные сооружения гиперболоидной формы, которые мы привыкли видеть рядом с ТЭЦ и АЭС. Высота может достигать 180–200 метров. Высокая конструкция обеспечивает естественную тягу атмосферного воздуха. Плюс - не нужно тратить электричество на вентиляторы. Минус - размеры, высокая сложность и стоимость строительства, отсутствие возможности регулировать тягу (расход воздуха).

  

• Вентиляторные градирни - более компактные и универсальные решения, зачастую в модульном исполнении. Воздух вытягивается вентиляторами, что позволяет точнее регулировать процесс и добиваться более глубокого охлаждения. Оптимальный выбор для большинства промышленных объектов и систем.

  

По принципу действия градирни классифицируют на:

• Испарительные градирни самый распространенный тип. Охлаждение происходит за счет испарения части воды. Это наиболее эффективный способ с точки зрения теплоотдачи, но требующий регулярной подпитки, продувки и контроля химического состава воды. 

  

• Сухие градирни - это, по сути, огромные радиаторы. В классическом понимании —аппараты воздушного охлаждения (АВО), в которых тепло отводится через стенку трубы без контакта воды и воздуха. Вода течет по трубам, а воздух обдувает их снаружи. Плюсы - отсутствие потерь воды и парового шлейфа. Минусы - более высокая стоимость оборудования и меньшая эффективность (температура воды на выходе всегда выше температуры воздуха, энергопотребление также выше).

  

• Двухконтурные комбинированные градирни (гибридные) - сочетают преимущества испарительного и сухого охлаждения. В них теплоноситель течет по трубам теплообменника, а воздух обдувает его снаружи. Дополнительно теплообменник орошается водой для обеспечения более эффективного и глубокого захолаживания теплоносителя в теплый период года. Зимой орошение может отключаться при комплектации дополнительным сухим теплообменником, обеспечивая снижение водопотребления.

  

По способу создания воздушного потока градирни делятся на башенные (естественная тяга) и вентиляторные (принудительная подача воздуха). Данная классификация не зависит от принципа охлаждения и справедлива как для испарительных, так и для сухих или гибридных градирен.

Где применяются градирни

Кроме энергетики, градирни также широко используются в различных отраслях промышленности и инфраструктуры:

• В химической и нефтеперерабатывающей промышленности—для охлаждения реакторов, колонн, конденсаторов и теплообменников в процессах перегонки, синтеза и ректификации. Градирни обеспечивают стабильный температурный режим, необходимый для безопасного ведения технологических процессов.
• В металлургии и машиностроении—для отвода тепла от прокатных станов, печей, компрессорных и литейных установок, а также для охлаждения гидравлических систем и оборудования литья заготовок.
• В системах кондиционирования и холодоснабжения (HVAC)— для отвода тепла от чиллеров в торговых центрах, бизнес-центрах, аэропортах, на фармацевтических производствах и объектах с высокими требованиями к климату, включая центры обработки данных (ЦОД), где требуется круглогодичное охлаждение серверного оборудования.

Зачем нужны градирни - по сути, градирня для охлаждения воды — это универсальное решение везде, где есть избыточное тепло и требуется замкнутый цикл водоснабжения!

Устройство градирен

Устройство градирни зависит от ее типа. Рассмотрим основные элементы вентиляторных испарительных градирен, как наиболее распространенного и эффективного решения:

• Ороситель - это «сердце» градирни. Пространство внутри башни заполнено специальными блоками, которые разбивают поток воды на тонкие пленки или капли. В современных градирнях оросители делают из полимерных материалов с развитой поверхностью. Как правило применяют ПВХ или полипропилен. 
• Водораспределительная система. Нагретая вода подается по трубопроводу в верхнюю часть и равномерно разбрызгивается через форсунки.  
• Каплеуловитель. Воздушный поток, выходящий из градирни, уносит с собой мельчайшие капли воды. Каплеуловители задерживают их и возвращают обратно в систему. Это снижает потери воды и уменьшает унос воды из градирни вместе с паровым шлейфом. Современные каплеуловители позволяют сократить унос до 0,005% от расхода воды.
• Водосборный бассейн. Охлажденная вода стекает вниз и собирается в резервуаре, откуда снова забирается насосами и направляется к потребителю. Резервуар может быть выполнен в виде подземной ж/б конструкции или в надземном металлическом исполнении.
• Вентиляторный узел в составе самого вентилятора, электродвигателя и редуктора. Обеспечивает принудительную подачу атмосферного воздуха.

В сухих и гибридных градирнях роль оросителя может выполнять оребренный теплообменник или трубчатый змеевик.

В башенных градирнях подача воздуха осуществляется за счет естественной тяги вытяжной башни.

Расчет и подбор градирни

Если стоит задача подобрать градирню для охлаждения производства или здания, учитываются несколько параметров:

• Тепловая нагрузка (кВт или Гкал/ч).
• Температурный график (температура воды на входе и требуемая температура на выходе).
• Расход охлаждаемой воды или теплоносителя (м³/ч).
• Климатические условия - расчетная температура воздуха по мокрому термометру (это критический параметр для испарительных градирен). Для Москвы, например, летняя расчетная температура мокрого термометра составляет 19,5°C.
• Доступное пространство и требования по высоте.
• Ограничения по шуму, видимости пара, экологии.
• Бюджет и эксплуатационные расходы (стоимость водоподготовки, электроэнергии, обслуживания).

ИНСПРО предлагает широкий спектр услуг производства, поставки и монтажа градирен. Содействие на всех этапах реализации проекта: расчёт тепловой нагрузки, подбор оборудования под климатические условия, обеспечение надежного охлаждения производства.

Понимание того, как работает градирня, для чего нужна продувка, какие бывают типы и материалы, помогает специалистам грамотно проектировать системы охлаждения, выбирать оптимальное оборудование.