Градирни

Градирни применяются для снижения температуры жидкости, которая циркулирует по различным закрытым системам. Охлаждение происходит с использованием направленных воздушных потоков, которые поступают из окружающей среды. Градирни позволяют эффективно снизить температуру большого количества жидкости при сравнительно малых энергетических затратах, в них не используются хладагенты.

Сфера применения

Сфера применения градирен достаточно обширна. Они применяются во всех областях, где нужно охлаждать циркулирующую жидкость в больших объемах, включая обеспечение требуемого микроклимата и осуществление самых разных технологических процессов. У каждой разновидности градирен имеется своя спецификация.

К примеру:

• Для стабильной работы производства часто применяются вентиляторные градирни. Они могут за короткий цикл компенсировать избыток тепла, создавая необходимые условия для работы различного оборудования.
• Башенные градирни более дорогие, поэтому их зачастую используют на ТЭЦ, ТЭС и АЭС. Для строительства башенных установок нужно много места, но зато возводить их можно в достаточно близко к основному объекту.
• Открытые градирни целесообразны с экономической точки зрения тем предприятиям, у которых в производственном процессе применяется мощное холодильное оборудование. Также они используются на компрессорных и трансформаторных станциях.
• Эжекционные конструкции используют на объектах, в которых наблюдаются переменные тепловые и гидравлические нагрузки, а также в нестабильных климатических условиях.

Принцип действия

Градирни имеют очень простой принцип действия. Снижение температурных показателей у жидкости происходит за счет отдачи тепла воздуху и испарению. При испарении 1% объема воды оставшаяся жидкость становится прохладнее на 6 градусов. Восполнение испарившейся воды производится из внешних источников.

Охлаждение воды, попадающей в градирню, осуществляется:

• обратным потоком;
• благодаря распылению под давлением нагретой жидкости с помощью форсунок на наполнитель с большой площадью поверхности, по которому вода медленно стекает в виде тонкой пленки;
• при помощи распыления теплоносителя в специальных каналах, где происходит естественный захват капель атмосферными воздушными потоками.

Во всех перечисленных случаях жидкость контактирует с воздухом, которому передает часть своего тепла, быстро охлаждаясь. После снижения температуры до требуемых показателей вода снова поступает на производственное оборудование, которому необходимо охлаждение.

Главные узлы конструкции:

• Ороситель. Это основная часть, которая определяет эффективность работы конструкции. Главной задачей данного элемента является создание наибольшей площади поверхности соприкосновения воды с потоками воздуха.
• Водоуловитель. Имеет волнообразную форму, необходим для снижения уноса капель при низком сопротивлении воздушному потоку. Служит для улавливания и осаждения летящих в воздухе капель. Также выполняет функцию распределителя и изменения направления потоков во время выхода из градирни.
• Водораспределительная система. Предназначена для равномерного распределения (зачастую распыления) жидкости по поверхности оросителя. Состоит из многочисленных трубопроводов с разбрызгивающими соплами на концах.
• Вентиляторные установки. Требуются для создания воздушного потока необходимой силы. Состоят из рабочего колеса, электрического привода и диффузора.

Во время работы градирен нужно применять различные фильтры, так как в технической воде, участвующей в оборотном процессе, часто находится большое количество взвешенных частиц. Это может быть ржавчина, окалины, ил, песок и т. д. Взвешенные части портят оборудование, засоряя форсунки.

Конструкции градирен обладают высокой эффективностью и производительностью. Их проектируют с учетом современных требований к использованию оборудования.

Виды градирен

В зависимости от задач есть много различных видов градирен. Все они подразделяются на 2 большие категории:

• испарительные (или мокрые);
• сухие (или драйкулеры).

В конструкциях испарительного типа снижение температуры жидкости происходит благодаря частичному ее испарению на открытых участках установки. В сухих градирнях охлаждение происходит без подачи воды в открытое пространство. Температура снижается за счет обдува теплообменника. Из-за этого их эффективность значительно ниже, особенно в жаркую погоду.

Открытая

Открытая установка является испарительным типом конструкции. В ней происходит непосредственный контакт оборотной воды с окружающей средой. Нагретая жидкость разбрызгивается форсунками. Охлаждение происходит при помощи вентиляторов, которые могут быть различных типов. Также есть конструкции, в которых не требуется использование вентиляторов.

Вентиляторная

В вентиляторных градирнях охлаждение воды происходит за счет работы вентиляторов. Конструкция может быть прямоточного и противоточного типа. В прямоточных воздушный поток движется в том же направлении, что и капли. В противоточных воздушный поток направлен навстречу потоку влаги.

Конструктивно вентиляторные градирни включают в себя такие основные узлы:

• вентилятор с электроприводом;
• система подачи воды;
• емкость для сбора жидкости.

Вентиляторный тип считается достаточно энергоэффективным. В таких конструкциях не нужны мощные насосы (как в эжекционных), так как давление теплоносителя небольшое. К тому же за счет наличия каплеуловителя уменьшается расход воды. Еще одним преимуществом вентиляторной градирни является сравнительная компактность. Ее можно использовать даже в холодное время года.

По типу оросителя вентиляторная конструкция может быть:

• капельной;
• пленочной;
• капельно-пленочной.

Во время выбора типа вентилятора для градирни необходимо помнить, что использование осевого обеспечивает меньший напор воздуха. Горячий теплоноситель охладить таким вентилятором не получится. Центробежные могут охлаждать воду с более высокой температурой, но они потребляют больше электроэнергии.

Башенная

Башенные градирни тоже являются испарительным типом сооружений, но обладают специфической конструкциям. Они предназначены для охлаждения большого количества жидкости без использования электроэнергии. То есть снижение температуры происходит только за счет естественных процессов. Башенные градирни могут охладить теплоноситель только на 5-10 градусов.

Зачастую их устанавливают на электростанциях и там, где нужно постоянно охлаждать много жидкости без больших энергетических затрат. Воздушная тяга создается благодаря перепадам давления внизу башни и на ее выходе. Из-за этого башенные конструкции не могут быть небольшой высоты. Эксплуатационные затраты невелики. Но для строительства требуется очень много средств. Также под такие конструкции необходимы большие площади.

Эжекционная

В эжекционных градирнях нагретый теплоноситель подается с большой скоростью, которая достигает 16-20 м/с. Подача происходит через очень мелкие отверстия, они называются эжекторами. В итоге образуется мелкодисперсная водяная пыль. Из-за этого через эжекторы вместе с водой засасывается холодный атмосферный воздух. Так обеспечивается теплообмен. Площадь соприкосновения воздуха с каплями очень большая, поэтому охлаждение происходит максимально эффективно.

Главная особенность эжекционных градирен заключается в том, что они способны охлаждать очень горячий теплоноситель. Температура воды может быть выше 60 градусов. Другие конструкции на это не способны.

Но у эжекционных градирен есть и серьезные недостатки:

• Для подачи жидкости на большой скорости необходимо обеспечить высокое давление. Это означает, что в нужно устанавливать мощный водяной насос. А при увеличении мощность повышаются эксплуатационные расходы. Также ускоряется износ трубопроводов.
• В холодное время года эксплуатация сильно затрудняется, так как мелкие капли воды очень быстро замерзают.
• Большое количество жидкости просто улетает в атмосферу. Каплеуловители на выходе воздушного потока нельзя устанавливать, так как это значительно ухудшит эффективность работы установки.

Сухая

В установках сухого типа циркулирующая жидкость двигается по замкнутому теплообменнику. Его обдувают мощные вентиляторы сильным потоком воздуха. Теплообменник делается из алюминиевых или медных трубок с ребристым профилем для улучшения отдачи тепла. Ребристый профиль увеличивает площадь поверхности, контактирующей с воздухом. Сухие градирни могут охладить воду примерно на 5-7 градусов.

Эта разновидность охладителей получила распространение в системах кондиционирования, в которых применяется чиллер с водяным охлаждением конденсатора. Обычно чиллер устанавливается внутри здания, а сухая градирня размещается снаружи, например, на крыше.

Теплоноситель поступает сначала в градирню, где частично снижает температуру. Затем жидкость идет на теплообменник внутри чиллера. Там она окончательно остывает до требуемых показателей. Количество воздуха, которое необходимо для охлаждения теплообменника, зависит от температуры окружающей среды. Поэтому в драйкулерах устанавливаются регуляторы скорости работы вентиляторов.

В ночное время температура атмосферного воздуха снижается, поэтому ночью сухая градирня может самостоятельно охладить воду до нужного показателя. Чиллер отключается. Это позволяет сэкономить значительную часть электроэнергии.

Критерии выбора градирни

Как и все промышленное оборудование, различные типы градирен предназначаются для решения разных задач. При выборе градирни нужно ориентироваться на следующее:

• Сухой тип (драйкулеры) незаменим в тех случаях, когда теплоносителем является токсичная жидкость, например, этиленгликоль. Именно поэтому такие конструкции чаще всего применяются во время кондиционирования помещений.
• Закрытые необходимы в тех случаях, когда есть жесткие требования к чистоте теплоносителя, а диапазон охлаждения должен быть шире, чем у сухого типа.
• Башенные конструкции оправданы только для крупных предприятий и электростанций.
• Эжекционная применяется в тех случаях, когда температура жидкости, которую нужно охлаждать, превышает 50 градусов.

Во всех остальных случая наиболее оправданным решением будет приобретение вентиляторных градирен.

Во время выбора между открытой градирней и драйкулером самым значимым фактором является требуемая производительность системы. Сейчас постоянно внедряются новые технологии, повышающие эффективность охлаждения. К таким относятся ЕС-вентиляторы, микроканальные теплообменники, интеллектуальные системы управления и т. д. Благодаря этому уже можно рассматривать сухие градирни в качестве части эффективных и экологичных тепловых систем.