Градирня: устройство и принцип

Деятельность многих промышленных предприятий предполагает использование больших объемов воды для охлаждения прокатных станов, печей, холодильного оборудования. Сама вода, забирая тепло, нагревается до 45-50°С. Повторное ее использование становится невозможным. Одновременно экологические службы накладывают ограничения на возможность сброса технологической воды в реки и озера с последующим забором новой. Исправить ситуацию помогает специальное оборудование — градирни.

На текущий момент времени применяется несколько видов конструкций, но в любом случае нагретую воду обрабатывают большими объемами воздуха. Устройство градирни предполагает частичное испарение с образованием пара. Его выбрасывают в атмосферу. Технологическая вода включает машинные масла, мельчайшую стружку, окалину и т. д. Для отделения примесей устанавливают мощные фильтры, которые приходится периодически менять или чистить.

Изначально градирни строились рядом с солеварнями. Их применяли для выпаривания воды из раствора соли. Сейчас же без этого оборудования не может работать атомная или тепловая электростанция, производство пластмасс и т. д.

Типы градирен

На текущий момент времени наибольшее распространение получили градирни сухие, испарительные и гибридные. Первые считаются закрытыми, вторые — открытыми. Основные отличия — в температуре, до которой охлаждается вода, методе отвода тепла. Если же говорить о способе подачи воды, градирни могут быть:

• башенными (обеспечивают естественную циркуляцию воздушных масс);
• вентиляторными;
• поперечноточными;
• противоточными;
• эжекционными;
• пленочными.

При выборе конкретного типа необходимо учитывать целый комплекс факторов, в том числе условия использования, климат в регионе, на сколько градусов предстоит снижать температуру воды, площадь территории, отводимой под градирни, и т. д.

Устройство и принцип действия градирни

Градирня вне зависимости от способа работы состоит из каркаса, емкости для сбора воды, систем распределения жидкости и прокачки воздуха. Еще один обязательный элемент — устройство охлаждения (орошения). Принцип действия градирни следующий:

• вода, нагретая до 45-50°С, самотеком или под давлением поступает на устройство распределения. Это — комплекс труб, оснащенных специальными соплами для разбрызгивания;
• капли воды разбиваются на брызги диаметром не более 2-3 мм. Они распределяются по большой площади и стекают на систему орошения. Сюда же через специальные окна подается воздух, в том числе под давлением;
• потоки перемешиваются. Вода отдает свое тепло воздушным массам и частично испаряется;
• смесь пара и воздуха поступает в атмосферу. Охлажденная же вода стекает в специальный бассейн или резервуар для последующего повторного использования.

Основные отличия между типами градирен — в способе подачи воздуха. Если в башенных модификациях он поступает естественным путем, то в вентиляторных сверху или снизу устанавливают мощные лопастные вентиляторы (нагнетательные или отсасывающие).

Испарительные градирни

В обязательном порядке оснащаются вентилятором. Рассчитаны на эксплуатацию в течение 30 лет и более. Если сравнивать с иными типами оборудования, потребление электроэнергии снижено на 80%. Система в целом считается надежной. Но есть и недостатки. Если подается вода со значительным содержанием солей, на трубах за относительно короткое время образуются наросты. Их сложно удалить, да и всю систему промыть практически невозможно. По способу перемешивания воздуха и воды градирни разделяют на оросительные (оснащены насадками) и безнасадочные. К первому типу относятся противоточные и поперечноточные. Безнасадочные градирни — эжекционные и брызгальные. Основное отличие между ними заключается в давлении, необходимом для разбрызгивания нагретой воды.

Вентиляторные градирни

Для подачи воздуха в башню встраивают вентиляторы. Их лопасти в процессе движения через специальные отверстия втягивают воздух. Вода по мере охлаждения стекает в бассейн, а пар вместе с водяной взвесью выходит в атмосферу через диффузор. Чтобы технологическая вода не испарялась слишком быстро, сверху градирню закрывают системой каплеуловителей. Вентиляторные модификации признаны одними из самых эффективных. Вода охлаждается быстрее, чем при использовании других методов. Отсутствуют ограничения для установки по климатическим условиям. Оборудование считается ремонтопригодным, в том числе из-за модульного строения. К недостаткам вентиляторных моделей относят высокую энергоемкость. Для полноценной работы требуется отдельная электроподстанция или генератор.

Градирни открытого типа

Работа оборудования данного типа строится на естественном перемещении воздуха. Градирни идеально подходят для регионов с постоянными сильными ветрами. Одновременно приходится строить надежную ограду вокруг бассейна, чтобы не допустить вынос жидкости из него. К плюсам градирен открытого типа можно отнести дешевизну технологии. Практически не потребляется электрическая энергия. Но есть и минусы. Если в определенный момент времени полностью отсутствует ветер, возникнут проблемы с охлаждением воды. Такие градирни относятся к самым большим по площади и предельно инерционным.

Градирня закрытого типа

Нагретую оборотную воду через верхний коллектор подают на теплообменник. Далее она охлаждается и по нижнему коллектору стекает в бассейн. Первичный контур замкнут, что практически полностью исключает потери воды. В воду не попадают посторонние примеси. В бассейне отсутствует осадок, трубы не покрываются ржавчиной.

Принцип работы градирни таков, что первый контур в постоянном режиме поливается водой из вспомогательного контура. Орошаемая вода смешивается с воздухом, который и принимает на себя избыточное тепло. Далее его отводят в атмосферу. Вода, применяемая для орошения первичного контура, собирается в специальном резервуаре. Ее можно использовать повторно, но не для охлаждения оборудования. К плюсам метода относят то, что воды испаряется на 80-85% меньше, чем, например, в открытых градирнях. Еще одно значимое преимущество — минимальные расходы на обслуживание оборудования. Минус — высокая стоимость первоначального монтажа и необходимость отводить значительные площади под размещение резервуаров.

Башенные градирни

Градирни этого типа считаются наиболее эффективными в плане охлаждения технологической воды. Воздух в башню подается за счет естественной тяги. Затраты на обслуживание невелики в сравнении с иными вариантами. Само же оборудование практически не нуждается в технических осмотрах и обслуживании.

В то же время стоит подчеркнуть недостатки. Это:

• инертность;
• сложности на этапе строительства;
• значительные расходы на закладку.

Сухие градирни

Для охлаждения воды требуются теплообменники особой конструкции, вентиляторы и клапаны для слива жидкости. Обязательные компоненты — воздушные фильтры и насосы для фильтрации воды. Подобное устройство градирни приемлемо, если предприятие использует небольшие объемы оборотной воды. К плюсам можно отнести то, что башни не наносят вред окружающей среде. В воздух не попадают химически активные вещества и пар в больших количествах.

Гибридные градирни

Такие градирни совмещают сухое и влажное охлаждение. Для подачи воздуха по периметру башни устанавливают вентиляторы расчетной мощности. Теплообменник состоит из двух-трех модулей, последовательно охлаждающих воду. Дополнительный отвод тепла обеспечивается непосредственно оборотной водой. Гибридные виды градирен эффективны в работе, но им требуются постоянные технические осмотры, проверка всех комплектующих с заменой при необходимости. Особое внимание следует уделять вентиляторам, насосам, фильтрам, редукторам и подшипникам. Обязательному контролю подлежит и качество воды, подаваемой на ороситель.

Эксплуатация градирни зимой

В период сильных морозов возникает вероятность обмерзания оборудования градирни. Если вода стекает в бассейн тонкой пленкой, то при соприкосновении с холодным ветром велика вероятность появления льда. Чтобы снизить ее до минимума, необходимо уделять особое внимание распределению технологической воды в оросителе. Давление на всех участках должно оставаться одинаковым.