Градирня — устройство и применение¶

Градирня — это конструкция для охлаждения воды, используемой в промышленных и энергетических установках. Она относится к классу теплообменного оборудования и работает по принципу испарительного охлаждения: горячая вода распыляется в потоке воздуха, частично испаряется, отдавая тепло, и стекает вниз охлаждённой. Градирни применяют на тепловых и атомных электростанциях, на нефтеперерабатывающих заводах, в металлургии, химической промышленности и системах кондиционирования крупных зданий.

¶Принцип работы

Принцип действия градирни основан на физике испарения. Нагретая вода из технологического процесса подаётся в верхнюю часть сооружения через распылительные форсунки. Вода разбивается на мелкие капли, увеличивая площадь поверхности контакта с воздухом. Часть воды испаряется, забирая теплоту парообразования из оставшейся жидкости. Охлаждённая вода стекает по внутренним поверхностям в нижнюю часть — водосборный бассейн — и снова подаётся в технологический контур.

Для интенсификации процесса воздух прогоняется через градирню естественно (за счёт разницы температур и ветра) или принудительно — вентиляторами. Количество теплоты, отводимой градирней, зависит от температуры окружающего воздуха, относительной влажности, скорости воздушного потока и площади поверхности испарения.

¶Виды градирен

По способу движения воздуха градирни делятся на два основных типа.

¶Естественная тяга

В градирнях с естественной тягой воздух движется за счёт разницы плотности тёплого и холодного воздуха (эффект дымовой трубы) и ветрового напора. Конструктивно это высокие башенные сооружения с открытой верхней частью. Вода распыляется на специальных «фартуках» или жалюзи, а воздух проходит снизу вверх. Такие градирни не требуют электроэнергии для вентиляции, но имеют большие габариты и высокую стоимость строительства. Типичный пример — градирни теплоэлектростанций, часто выступающие визуальной доминантой промышленных ландшафтов.

¶Принудительная тяга

В градирнях с принудительной тягой воздух нагнетается вентиляторами, расположенными в нижней (для поперечного обдува) или верхней (для обратного обдува) части конструкции. Вентиляторные градирни компактнее, дешевле в строительстве, но требуют постоянного расхода электроэнергии и создают шум. Они широко применяются на промышленных предприятиях и в системах кондиционирования.

По конструкции различают:

• Башенные градирни — высокие сооружения с естественной тягой, обшивка из дерева, бетона или пластика.
• Вентиляторные градирни — модульные конструкции с механической вентиляцией, часто собираются из готовых блоков.
• Градирни-брызгальни — открытые системы, где вода распыляется в атмосферу без закрытого корпуса; применяются на небольших объектах.
• Канальные градирни — компактные устройства для систем кондиционирования и теплоснабжения зданий.

По назначению градирни бывают промышленные (для охлаждения технологических вод) и градирни систем кондиционирования воздуха.

¶Устройство и материалы

Основные элементы градирни:

• Водосборный бассейн — резервуар в нижней части, куда стекает охлаждённая вода.
• Распылительная система — форсунки или жалюзи, разбивающие воду на капли.
• Заполнение (насадка) — специальные элементы (фильеры, кассеты, плёночные насадки), увеличивающие поверхность испарения и замедляющие падение воды.
• Вентилятор — для градирен с принудительной тягой.
• Обшивка и каркас — из дерева, бетона, стали, пластика или асбестоцемента.

Вода в градирне постепенно минерализуется за счёт испарения, поэтому периодически требуется сброс части воды (продувка) и подпитка свежей водой.

¶Применение

Основная область применения градирен — тепловые электростанции, где они обеспечивают охлаждение конденсаторов паровых турбин. На ТЭС и ГРЭС градирни являются одними из крупнейших промышленных сооружений. В металлургии градирни охлаждают воду для прокатных станов и доменных печей. На нефтеперерабатывающих и химических заводах они обеспечивают рециркуляцию охлаждающей воды. В городской инфраструктуре градирни-вентиляторы устанавливаются на крышах зданий с централизованным кондиционированием.

¶Экологические аспекты

Работа градирни сопровождается образованием водяного пара и аэрозолей, которые выбрасываются в атмосферу. В холодную погоду над градирнями видны характерные «облака» — это конденсирующийся пар. Дополнительные экологические вопросы связаны с расходом воды и возможным выносом минеральных солей и биоцидов, применяемых для предотвращения зарастания насадок. В ряде случаев для снижения видимого выброса применяют специальные каплеуловители.

Источники:

• ГОСТ Р 55192-2012. Градирни. Общие технические условия.
• Справочник по теплоснабжению и теплотехнике.
• Технологические основы теплоснабжения. Учебник для вузов.