Гради́рня (нем. gradieren - сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) агрегат для охлаждения теплоносителя в контуре оборотной системы водоснабжения промышленного, технологического, холодильного или других видов оборудования.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема отвода тепла с использованием градирни в составе оборотной системы.

Рисунок 1

При работе оборудования, часть потребляемой энергии (N,Q) преобразуется в тепловую энергию. В целях обеспечения и сохранения работоспособности оборудования в заданных параметрах, для отвода тепла (Q1) может применяться система оборотного водоснабжения. Градирни являются частью контура системы оборотного водоснабжения и обеспечивают отвод и рассеивание тепла (Q2) в окружающую среду.

Классификация градирен

На рисунке 2 представлена классификация градирен по принципу охлаждения, конструктивным особенностям и способу размещения.

Рисунок 2

По принципу охлаждения градирни могут быть испарительного типа (мокрые) или радиаторные (сухие). В зависимости от типа градирни схема охлаждения может быть открытой или закрытой . В открытых схемах охлаждения применяются испарительные (мокрые) градирни, в закрытых схемах - радиаторные (сухие) градирни (рис.3 а,б). Сухие закрытые градирни также носят название драйкулеры (англ.dry cooler- сухой охладитель) .

Рисунок 3

Схема и принцип работы испарительной градирни

В открытых испарительных градирнях охлаждение воды в контуре происходит за счет испарения части воды и отдачи тепла более холодному воздушному потоку. Нагретая вода через водораспределительную систему подается в градирню и распыляется через форсунки. Далее, вода тонкой пленкой стекает вниз по ячеистой структуре каналов оросителя. Вдоль каналов оросителя, в противоположном направлении, движется поток воздуха. Так как расход воздуха большой, то вода частично испаряется, вследствие этого, остальная ее часть охлаждается. При испарении 1% воды температура ее оставшейся части снижается примерно на 6 К. При этом часть воды испаряется, часть уносится воздушным потоком. Доля испаряемой воды составляет в пределах 1,5-2%, поэтому для восполнения требуется ее подпитка. Охлажденная вода стекает в поддон, и оттуда с помощью насоса подается в конденсатор холодильной машины (чиллера) или в охлаждаемый модуль технологического оборудования.

Движение воздушного потока в градирне принудительное и создается осевым вентилятором. Вентилятор всасывает воздух в нижней части градирни с нескольких сторон, а затем выбрасывает его вверх. Если градирня оросительная, то его направление может быть противоточным или перпендикулярным по отношению к направлению потока воды. В качестве теплоносителя в градирнях открытого типа может применяться только вода. На рисунке 4 представлена схема охлаждения воды в испарительной градирне.

Рисунок 4

Схема и принцип работы сухой градирни (драйкулера)

Сухая градирня (драйкулер) представляет собой установку, основными элементы которой являются трубчато-пластинчатый теплообменник и осевой вентилятор, которые размещены на основании рамы. Драйкулеры бывают горизонтального, вертикального или V-образного исполнения. (рис.5 a, б, в).

Рисунок 5

В сухих градирнях отсутствует непосредственный контакт между охлаждающей и охлаждаемой средами. Теплообмен между теплоносителем контура и окружающим воздухом происходит через стенки медных трубок и поверхности алюминиевых пластин трубчато-пластинчатого теплообменника. (рис.6 а, б). Вентиляторы осевого типа создают принудительный поток воздуха. В качестве теплоносителя может применяться вода или антифриз.

Рисунок 6. а)

Рисунок 6. б)

Подбор градирни

Градирня необходима для поддержания заданного перепада температуры на определенном узле или элементе оборудования. Это обеспечивает требуемую производительность холодильного оборудования или соблюдение условий технологического процесса. Поэтому основным параметром для подбора градирни является температура воды на выходе градирни.

Температура воды на выходе градирни определяется:

расчетными параметрами наружного воздуха (температура, влажность);
заданным перепадом температуры на теплообменнике градирни;
параметрами градирни (площадь поверхности теплообмена, расход воздуха, и т.д.).

Подбор градирни испарительного типа

Главное преимущество испарительной градирни, заключается в том, что можно получить температуру воды на выходе ниже температуры окружающего воздуха по сухому термометру. Теоретически в такой градирне можно охладить воду до температуры окружающего воздуха по мокрому термометру, но практически, температура воды на выходе примерно на 5-7°С выше температуры воздуха по мокрому термометру. Подбор градирни испарительного типа производится в соответствии с расчетной температурой наружного воздуха по мокрому термометру.

Согласно СП 60.13330.12 (п.5.13) параметры наружного воздуха для соответствующих районов строительства принимаются как параметры Б. Конкретное значение расчетной температуры наружного воздуха определяется согласно СП 131.13330.2012. На основании вышеуказанных нормативных документов была составлена таблица:

Таблица 1

Населенный пункт	СП 131.13330.2012
Населенный пункт	P, гПа	t, °С	ϕ, %	i, кДж/кг	t МТ, °С	В тени	На солнце	На кровле
Москва	997	26	60	12,9	20,3	21,3	22,3	23,3
Санкт-Петербург	1013	25	60	11,9	19,4	20,4	21,4	22,4
Ростов-на-Дону	1006	30	46	12,3	21,1	22,1	23,1	24,1
Хабаровск	1002	27	64	14,5	21,8	22,8	23,8	24,8
Новосибирск	1003	26	54	11,5	19,3	20,3	21,3	22,3
Екатеринбург	982	27	55	12,7	20,2	21,2	22,2	23,2
Нижний Новгород	995	26,2	56	12,2	19,8	20,8	21,8	22,8

По Таблице 1 и с учетом локального места расположения* градирни, можно определить расчетную температуру наружного воздуха:

tр МТ = tНВ МТ + Δt МТ (1)

tр МТ - расчетная температура наружного воздуха по мокрому термометру для подбора .

tНВ МТ - расчетная температура наружного воздуха по мокрому воздуха согласно СП 60.13330.12 (п.5.13) параметры Б .

Δt МТ - корректировка температуры наружного воздуха по в зависимости от места установки (в тени, на солнце, на кровле) .

*Локальное место расположения – это расположение градирни в тени, на солнце, на плоской кровле.

При подборе градирни определяем минимальную температуру воды на выходе из градирни. После определения расчетной температуры наружного воздуха назначаем минимальный перепад между температурой воды на выходе из градирни и температурой воздуха по мокрому термометру. Как было сказано выше, он может составлять 5-7°С. При уменьшении значения перепада, изменяются геометрические параметры градирни в сторону увеличения. Выбираем минимальное значение 6.°С Для региона Москва, например, минимальная температура воды на выходе из градирни будет составлять: в тени 27°С, на солнце 28°С, на кровле 29°С. Для остальных регионов рассчитывается по такой же схеме.

При подборе мокрой градирни для чиллера необходимо проверить обеспечивает ли градирня необходимый перепад температуры воды на конденсаторе при фактической расчетной температуре наружного воздуха. То есть, будет ли фактическая производительность чиллера соответствовать заданной. Например, по стандартам Eurovent , нормативные параметры чиллера приведены при перепаде температуры воды на конденсаторе +30/35°С. Согласно формуле (1) и выбранному перепаду температуры 6°С значения перепада температуры воды на входе/выходе обеспечивают градирней испарительного типа для большинства регионов России. Таким образом, зная фактическую мощность, расчетную температуру наружного воздуха, перепад температуры воды на выходе из градирни, выбираем необходимое оборудование по каталогу производителя. Подбор градирни/драйкулера может быть произведен также с использованием программы подбора производителя.

Подбор сухой градирни (драйкулера)

Подбор сухой градирни закрытого контура аналогичен подбору мокрой градирни, но расчетная температура наружного воздуха берется не по влажному, а по сухому термометру. Стандартный перепад температуры теплоносителя на конденсаторе чиллера 5 С. Минимальный перепад между температурой теплоносителя на выходе из градирни и температурой воздуха по сухому термометру составляет 5-7°С. Это значение можно уменьшить, но тогда для сохранения требуемой производительности необходимо увеличить площадь теплообменника, следовательно, габаритные размеры драйкулера будут больше. Согласно СП 60.13330.12 (п.5.13) и СП 131.13330.2012. параметры наружного воздуха для соответствующих районов строительства принимаются как параметры Б.

На основании вышеуказанных нормативных документов была составлена таблица:

Таблица 2

Населенный пункт	СП 131.13330.2012					Расчетные температуры по мокрому термометру, °С
Населенный пункт	P, гПа	t, °С	ϕ, %	i, кДж/кг	t МТ, °С	В тени	На солнце	На кровле
Москва	997	26	60	12,9	20,3	29	33	36
Санкт-Петербург	1013	25	60	11,9	19,4	28	32	35
Ростов-на-Дону	1006	30	46	12,3	21,1	33	37	40
Хабаровск	1002	27	64	14,5	21,8	30	34	37
Новосибирск	1003	26	54	11,5	19,3	29	33	36
Екатеринбург	982	27	55	12,7	20,2	30	34	37
Нижний Новгород	995	26,2	56	12,2	19,8	29,2	33,2	36,2

Для определения температуры воды на выходе из градирни, учитываем место расположения оборудования, как по региону, так и по локальной дислокации (т.е. в тени, на солнце, на кровле), выбираем перепад температуры между теплоносителем и окружающим воздухом 6°С.

Для примера, в регионе Москва, при перепаде температуры между теплоносителем и окружающим воздухом 6°С, стандартном перепаде на конденсаторе 5°С и размещении градирни в тени, температура воды на входе/выходе градирни составит 40/35°С, при размещении на кровле - 47/42°С.

При подборе градирни для чиллера необходимо предварительно рассчитать фактическую производительность оборудования с учетом поправочных коэффициентов на расчетную температуру окружающего воздуха и расположения над уровнем моря. По нормативам Eurovent, параметры воды на конденсаторе чиллера соответствуют значениям +30/35°С. Но как мы видим, в зависимости от температуры окружающего воздуха фактическая температура воды на входе/выходе градирни может отличаться от нормативной. Поэтому при подборе градирни, необходимо учесть, чтобы перепад температуры воды на входе/выходе градирни обеспечивал перепад температуре на конденсаторе чиллера, и, следовательно, требуемую производительность.

Преимущества и недостатки испарительных градирен открытого типа

Испарительные градирни открытого типа обладают одним несомненным преимуществом - они позволяют охлаждать воду ниже температуры окружающего воздуха. Отсюда их высокая эффективность.

К недостаткам испарительных градирен можно отнести:

Необходимость подпитки воды для компенсации, вследствие, ее испарения и уноса (Суммарное значение уноса составляет 1,5-2% от расхода. Подпитка воды, необходима также для снижения в воде концентрации солей).
Невозможность эксплуатации при отрицательных температурах без дополнительных элементов и приспособлений, т.е. обогрева трубопровода поддона т.д.
Невозможность применения антифриза в качестве теплоносителя, так как меняется концентрация раствора вследствие испарения.
Требования к жесткости воды, поэтому необходима дорогостоящая система водоподготовки.
Загрязнение воды в открытом контуре и, как следствие, необходимость ее очистки.
По сравнению с драйкулерами, при равной производительности испарительные градирни, более громоздки, занимают большую площадь.

Преимущества и недостатки сухих градирен (драйкулеров)

По сравнению с испарительными градирнями драйкулеры обладают следующими преимуществами:

Возможность эксплуатации при отрицательных температурах, так как в качестве теплоносителя можно использовать антифриз (раствора этилен - или пропиленгликоля);
Нет необходимости в дополнительной подпитке воды, т.к. нет уноса и испарения;
Нет необходимости в очистке воды (контур замкнутый);

К недостаткам драйкулеров можно отнести меньшую эффективность по сравнению с испарительными градирнями, особенно при повышении температуры окружающего воздуха.

Для повышения эффективности драйкулеров при высоких температурах окружающего воздуха на них устанавливается так называемая адиабатическая система охлаждения. Фактически это мелкодисперсное распыление воды через форсунки на пластины теплообменника, в результате чего происходит испарение воды и понижение температуры воздуха вблизи поверхности теплообменника, что повышает эффективность работы драйкулера.

Классификация градирен

По способу подвода воздуха в ороситель градирни делятся на три основных типа:

1. Открытые градирни (воздух поступает за счет продувки ветром и естественной циркуляции);

2. Башенные градирни (воздух подводится за счет тяги, создаваемой башней). Естественная тяга воздуха возникает из-за разности весов наружного более холодного воздуха и нагретого влажного воздуха внутри градирни;

3. Вентиляционныеградирни (искусственная тяга воздуха создается вентилятором, устанавливаемым на входе или выходе из градирни).

По направлению движения воздуха и воды в оросителе различают градирни:

1. противоточные;

2. поперечноточные;

3. поперечнопротивоточные .

Рис. 4.10. Классификация градирен по направлению движения воздуха и воды в оросителе:

а) – противоточные, б) – поперечноточные, в ) – поперечнопротивоточные;

1 – башня; 2 – распределитель воды; 3 – ороситель; 4 – резервуар для сбора охлажденной воды; 5 – воздухозаборные окна

В противоточных градирнях воздух в оросителе движется навстречу воде (рис.4.10 а ).

В поперечноточных градирнях воздух и вода движутся в оросителе взаимно перпендикулярно (рис. 4.10 б).

В поперечнопротивоточных градирнях в центральной части оросителя движение воздуха и воды противоточное, а в периферийной его части движение воздуха и воды поперечноточное (рис. 4.10 в ).

По конструкции системы распределения воды по поверхности оросителя градирни бывают:

1. с трубчатыми (напорными) распределителями.

2. с лотковыми (безнапорными) распределителями.

По типу оросителя, предназначенного для увеличения поверхности соприкосновения воздуха и воды градирни делятся на:

1. капельные градирни , в которых теплоотдача в основном происходит с поверхности капель;

2. пленочные градирни , в которых теплоотдача происходит с поверхности тонкой водяной пленки, образующейся на щитах оросителя.

3. капельно-пленочные градирни смешанного типа, в которых теплоотдача происходит как с поверхности водяных капель, так и с поверхности водяной пленки.

Особым видом градирен являются:

1. брызгальные градирни – в которых создание поверхности охлаждения (не имеющих оросителя) осуществляется за счет разбрызгивания воды соплами.

2. радиаторные градирни , в которых вода отдает свое тепло проходящему через охладитель воздуху путем теплопередачи через стенку радиатора.

4.4.2. Распределители, оросители и водоуловители градирен

Несмотря на разнообразие конструкций градирни имеют ряд общих элементов: водораспределители, оросительные устройства, водоуловители, а также водосборные резервуары.

Распределители градирен. Распределители в градирнях предназначены для равномерного распределения охлаждаемой воды по поверхности оросителя, что определяет охлаждающую способность градирни. Распределители градирен бывают:

1. Трубчатые распределители - представляют собой систему трубопроводов из металлических или асбестоцементных труб, оборудованных разбрызгивающими соплами (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Схема напорного трубчатого водораспределителя:

1 – подводящий стояк; 2 – коллектор, подводящий воду к периферийной зоне орошения; 3 – то же, к центральной зоне; 4 – разбрызгивающие сопла; 5 – распределительные трубопроводы; 6 – подводящий водовод

Сопла, применяемые в трубчатых водораспределителях, могут быть: эвольвентные, бутылочные и тупые, тех же конструкций, что и для брызгальных бассейнов, а также струйно-винтовые и ударного действия.

Современные требования к разбрызгивающим соплам градирен следующие: они должны обеспечивать развитый факел разбрызгивания воды с радиусом 1,5 – 2 м при напоре 0,5 – 3 м и не подвергаться засорению при концентрации взвешенных веществ в оборотной воде около 100 – 150 мг/л.

В последнее время наибольшее распространение получили сопла, изготавливаемые из пластмассы (рис. 4.12). Они не подвержены коррозии, проще и дешевле в изготовлении и имеют меньшую шероховатость внутренней поверхности, что увеличивает их пропускную способность.

Рис. 4.12. Водоразбрызгивающие пластмассовые сопла:

а ) – центробежные сопла; б) – струйно-винтовые сопла; в ) – ударные сопла;

1 – тангенциальное; 2, 3 – эвольвентное; 4 – раструбное НИИ ВОДГЕО; 5 – сопло ККТ (Германия); 6, 7 – цельнофакельное; 8 – с зубчатым отражателем; 9 – с коническим

отражателем; 10 – Брикс-24; 11 – с чашечным отражателем; 12 – Фирмы «Амон» (Фоанция); 13 – Фирмы «Бальке-Дюрр» (Германия); 14 – сферозубчатое сопло

2. Лотковые распределители - представляют собой систему железобетонных лотков, расположенных над оросителем, в дне которых имеются отверстия со вставленными в них фарфоровыми или пластмассовыми патрубками – насадками (рис. 4.13). Вода, вытекающая из насадок в виде струй, падает на разбрызгивающие тарелки, также изготавливаемые из фарфора или пластмассы, дробится, образуя фонтаны брызг, которые достигают поверхность оросителя. Расположение насадок должно обеспечивать равномерное распределение воды по площади оросителя. Лотки оборудуются шиберами (заслонками), позволяющими регулировать подачу воды в периферийную и центральную зоны градирни. Диаметры насадок находятся в пределах d = 18 - 35 мм и имеют производительность от 0,3 до 4 л/с в зависимости от диаметра при изменении напора над выходным сечением насадки Н = 0,1 - 1 м. Обычно насадки располагают в плане с учетом перекрытия факела брызг соседних тарелок равномерно на одинаковом расстоянии друг от друга 1 - 1,25 м. Отражательные тарелки размещают на расстоянии 0,7 – 0,8 м от дна распределительных лотков и 0,3 – 0.5 м от поверхности оросителя.

Рис. 4.13. Схема лоткового брызгального водораспределителя:

1 – распределительный лоток; 2 – насадка; 3 – отражательная тарелка

Лотковые распределители получили наибольшое распространение , поскольку требуют меньшего напора по сравнению с трубчатыми.

Гидравлический расчет водораспределителей заключается в определении требуемого напора, диаметров труб и размеров лотков. Расчету предшествует разработка схемы расположения труб и лотков, определение числа, типа и размера сопел, подбор насадок и их размещение.

Скорость движения воды в магистральных и распределительных лотках принимают соответственно 0,8 и 0,4 м/с, расход воды определяется по производительности насадок.

Скорость воды в трубчатых распределителях принимается 2 – 2,5 м/c.

В настоящее время гидравлический расчет трубчатых и лотковых распределителей производится на ЭВМ с использованием специальных программ.

Оросители градирен. Оросители градирен предназначены для создания мелких и одинаковых по размеру капель или тонкой пленки с целью увеличения поверхности соприкосновения воды и воздуха, а, следовательно, интенсификации процесса охлаждения.

Основным типом оросителей, обеспечивающих наиболее высокий эффект охлаждения, является пленочный, однако он чувствителен к наличию в воде нефтепродуктов, взвешенных веществ и других примесей, вызывающих засорение зазоров между элементами. Пленочные оросители применяются при концентрации нефтепродуктов < 25 мг/л и взвешенных веществ < 50 мг/л.

При общей концентрации в оборотной воде жиров, смол и нефтепродуктов 25 – 125 мг/л применяют капельные или капельно-пленочные оросители, а при концентрации указанных веществ > 120 мг/л – брызгальные оросители.

1. Капельные оросители выполняются из деревянных брусков прямоугольного или треугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами. Расположение реек в ярусах может быть различным (рис. 4.14) и должно обеспечивать наилучшие условия для дробления капель в капельных оросителях при стекании их с одного яруса на другой.

Рис. 4.14. Конструкции капельных оросителей из прямоугольных а ) – е )

и треугольных ж ) - з ) деревянных брусков

Расстояние между ярусами принимается от 100 до 350 мм, ширина брусков 40 – 50 мм, толщина 10 – 20 мм. В ярусах бруски устанавливают с прозорами от 50 до 150 мм.

При гидравлической нагрузке до 5 м 3 /м 2 ∙ч стекание воды с одного бруска на другой носит капельный характер. Диаметр первичных капель около 5 – 6 мм. Вторичные капли, образующиеся при падении с верхних брусков на нижние, имеют диаметр 0,5 – 0,8 мм.

Современные конструкции капельных оросителей выполняют из полимерных плоских решеток или штампованных сетчатых (перфорированных) элементов из полиэтилена (рис. 4.15). Срок службы оросителей градирен из полимерных материалов составляет около 20 – 25 лет, в то время, как деревянные конструкции выходят из строя за 10 – 15 лет. Пластмассовые оросители компактны, просты в монтаже и легче деревянных оросителей.

Рис. 4.15. Капельные оросители из полимерных материалов:

1 – блок оросителя; 2 – схема расположения элементов в блоке (параллельная волна);

3 – то же (перекрестная волна); 4 – то же (наклонные трубы); 5 – то же (перекрестная волна с проставками между листами шириной 10 мм); 6 – схема решетки и схема сборки в блок решеток по высоте

2. Пленочные оросители имеют меньшее, чем капельные, аэродинамическое сопротивление, но требуют больших затрат материала на их изготовление. Они выполняются из деревянных и асбестоцементных щитов или конструкций из пластмасс (рис. 4.16).

Наиболее распространенными являются оросители, выполненные из пластмасс , которые являются более устойчивыми к воздействию теплой воды и влажного воздуха и проще в изготовлении.

Рис. 4.16. Пленочные оросители из дерева и пластмасс:

1 – щит пленочного оросителя; 2 – ороситель из досок, поставленных на ребро; 3 – ороситель из гофрированных листов (ПВХ); 4, – комбинированный ороситель (ПВХ + ПНД); 5 – комбинированный ороситель (асбестоцемент + ПВХ); 6,7 – комбинированный ороситель (асбестоцемент + ПНД); 8 – ячеистый ороситель (ПВХ) (общий вид листа и расположение листов в блоке)

При изготовлении щитов из дерева используются доски толщиной 10 – 15 мм, шириной 100 мм, которые размещаются на расстоянии 40 мм друг от друга. Щиты устанавливаются вертикально или под углом 85 о в несколько ярусов, обеспечивая создание пленки толщиной 0,3 – 0,5 мм. Также устраиваются оросители из досок, поставленных на ребро.

Оросители выполняются из плоских или волнистых асбестоцементных листов с расстоянием между ними 15 – 45 мм, толщиной 6 – 8 мм.

При изготовлении оросителей из пластмасс применяют поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПНД), винипласт и другие виды пластмасс. Расстояние между листами принимают от 12 до 30 мм.

3. Капельно-пленочные оросители. При выполнении оросителей из дерева применяется комбинация из блока капельного типа и щитов пленочного типа. При изготовлении оросителей из полимерных материалов используются гофрированные полиэтиленовые трубы, сетчатые трубы и листы, сетчатые призмы, сетчатые рулоны (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Капельно-пленочные оросители из дерева и полимерных материалов:

1 – из деревянных брусков и досок; 2 – трубчатый из гофрированных полиэтиленовых труб d = 44 мм; 3 – трубчатый из дренажных труб d = 63 мм; 4 – трубчатый из сетчатых труб d = 60 мм; 5 – ороситель из сетчатых листов; 6 – ороситель из сетчатых призм; 7 – двухпоточный ярусный ороситель; 8 – ороситель из сетчатых рулонов

Капельно-пленочные оросители обладают лучшим эффектом охлаждения, чем капельные. Применяя капельно-пленочные оросители в совокупности с противоточным движением воздуха, можно увеличить гидравлическую нагрузку в 1,5 – 2 раза по сравнению с капельными оросителями

При выборе типа оросителя градирни необходимо учитывать качество охлаждающей воды. Пленочные оросители обычно применяют для получения устойчивого и глубокого охлаждения в условиях жаркого климата. Капельно-пленочные оросители применяют в более благоприятных климатических условиях, когда технологические требования к охлажденной воде ниже.

Водоуловители градирен. Водоуловителями оборудуются башенные и вентиляторные градирни, имеющие повышенную тягу воздуха. Водоуловители предназначены для снижения выноса с охлаждающим воздухом капель влаги из градирен. Работающая градирня выбрасывает в атмосферу воздух, насыщенный водяными парами. При значительных расходах охлаждаемой оборотной воды в системах производственного водоснабжения эти потери воды составляют значительную долю водного баланса предприятия. Установка водоуловителей над водораспределителями градирен значительно уменьшает вынос воды до 0,1 % от общего расхода оборотной воды.

Все известные конструкции водоуловителей работают по одному принципу – осаждения летящих вверх капель воды на препятствие (элемент) за счет действующих гравитационных и инерционных сил, возникающих при отклонении воздушного потока для огибания этого препятствия (элемента). В качестве препятствия (элемента) используются деревянные, асбестоцементные или пластмассовые пластины, листы, соты различной конфигурации, располагаемые в 1 – 3 ряда, а также волокна сеток. Различные типы водоуловителей отличаются друг от друга не только материалом, но также формой указанных элементов (препятствий) и их расположением.

Наибольшее распространение в России и за рубежом получили водоуловители, выполненные из одного или двух рядов наклонных деревянных или плоских полимерных пластин или волокнистых листов из асбестоцемента или полимерных материалов (рис. 4.18). В настоящее время разрабатываются и осваиваются водоуловители из пластмассы, что позволяет усовершенствовать их конфигурацию и снизить массу. Сборка пластин в блоки водоуловителя обычно производится на месте монтажа градирни.

При выборе водоуловителя в каждом конкретном случае необходимо принимать во внимание, что каждому из них присущи свои достоинства и недостатки. Они различаются материалом, схемой сборки блоков, механической прочностью, значением аэродинамического сопротивления проходу воздуха, эффективностью водоулавливания.

Рис. 4.18. Схемы водоуловителей градирен:

а ) – водоуловитель жалюзийный из дерева или плоских полимерных пластин; б) – то же из волокнистых асбестоцементных или полимерных листов; в ) – водоуловитель профильный; г ) – водоуловитель сотовый

4.4.3. Конструкция градирен

Открытые градирни. Открытые градирни по сравнению с другими типами градирен наиболее просты в устройстве и близки к брызгальным бассейнам по своим качественным и количественным характеристикам. Они бывают брызгальными и капельными.

Открытые брызгальные градирни (рис. 4.19) представляют собой небольшой вытянутый в плане резервуар (напоминающий брызгальный бассейн), огражденный со всех сторон жалюзийными решетками, выполняющими роль водоуловителей, которые препятствуют выносу брызг за пределы градирни. Разбрызгивающие сопла направлены вниз и располагаются на высоте 4 – 5 м над уровнем воды в резервуаре. Резервуар оборудуется переливной и грязевой трубами. Градирни имеют ширину до 4 м и длину до 20 – 30 м. Их располагают длинной стороной к направлению преобладающих ветров. Гидравлическая нагрузка для таких градирен обычно принимается от 1,5 до 3 м 3 /м 2 ∙ч.

Открытые капельные градирни оборудуются распределителями в виде лотков с гидравлическими насадками и отражательными тарелками или сопел и оросителями капельного типа из деревянных брусков, что обеспечивает лучшие условия для охлаждения воды. Поэтому гидравлическая нагрузка для таких градирен принимается больше от 2 до 4 м 3 /м 2 ∙ч.

Рис. 4.19. Схема открытой брызгальной градирни:

1 – подводящий трубопровод нагретой воды; 2 – разбрызгивающие сопла; 3 – жалюзи; 4 – резервуар градирни

Башенные градирни. Башенные градирни (рис. 4.20) имеют вытяжную башню для создания естественной тяги воздуха и могут быть прямоугольными, круглыми или многоугольными в плане. В противоточных градирнях (воздух и вода в оросителе движутся навстречу друг другу) башня сооружается непосредственно над оросителем. В поперечноточных градирнях (воздух и вода в оросителе движутся взаимно перпендикулярно) оросители занимают кольцевую зону вокруг башни. Площадь сечения башни должна составлять не менее 30 – 40% площади оросителя. Она выполняется в виде монолитной железобетонной или каркасно-обшивной конструкции. К конструкции башни предъявляются повышенные требования по условиям устойчивости, внутренней аэродинамики, применяемым материалам, которые с внутренней стороны находятся под воздействием влажного теплого воздуха, а с наружной стороны – морозного воздуха.

Поэтому бетон, применяемый для сооружения башни, должен быть морозостойким, а внутренняя поверхность железобетонной башни покрыта гидроизоляцией.

Каркас обшивных градирен обычно выполняется из стальных элементов на сварке. Обшивка каркаса выполняется из деревянных щитов, асбестоцементных, полимерных или алюминиевых листов.

Деревянные конструкции пропитываются антисептиком, а асбестоцементные листы парафино-стеариновыми эмульсиями. Каркас защищают от коррозии покраской или нанесением специальных эмалевых защитных покрытий. Обшивка градирен должна быть плотной, исключающей подсос воздуха.

Воздухозаборные окна градирни располагаются между опорами башни по всему ее параметру.

Водосборный резервуар градирни обычно выполняется из железобетона с соответствующей гидроизоляцией и оборудуется переливной и грязевой трубами.

Вода на охлаждение к водораспределителю подается по стоякам центральным или боковым. Оросители устанавливаются на деревянный или железобетонный каркас и могут быть брызгальные, капельные, пленочные, капельно-пленочные.

Вентиляторные градирни. По конструкции вентиляторные градирни бывают односекционными и многосекционными. Многосекционные градирни состоят из 2 – 6 стандартных прямоугольных или квадратных в плане секций площадью до 200 м 2 каждая. Односекционные (одновентиляторные) градирни имеют площадь оросителя более 400 м 2 , применяются при больших расходах воды (более 10 000 м 3 /ч) и устраиваются круглыми, квадратными или многоугольными в плане.

По способу подачи воздуха вентиляторные градирни бывают нагнетательными и отсасывающими.

В нагнетательных градирнях вентилятор располагается до оросителя, а в отсасывающих градирнях – после оросителя на выходе воздуха из градирни.

В последнем случае лопасти отсасывающего вентилятора, расположенные в потоке теплого воздуха и не обмерзают в зимний период. Отсасывающие градирни получили наиболее широкое применение .

Схема поперечноточной градирни показана на рис. 4.21. Градирня имеет стальной или железобетонный каркас. В верхней части корпуса градирни расположена небольшая вытяжная башня - диффузор в виде конически расширяющегося патрубка. Вентиляторные градирни обязательно оборудуются водоуловителями различного типа для уменьшения выноса капельной влаги. Вода к водораспределителю (трубчатого или лоткового типа) подводится боковым или центральным стояками. В градирнях применяют брызгальные, капельные, пленочные и капельно-пленочные оросители. Воздух в градирню подается через жалюзи и движется поперечноточно (перпендикалярно) движению охлаждаемой воды.

Рис. 4.21. Схема вентиляторной поперечноточной градирни:

1 – диффузор; 2 – вентилятор; 3 – подводящий трубопровод; 4 – водораспределитель;

5 – водоуловитель; 6 – ороситель (пленочный); 7 – жалюзи для пропуска воздуха; 8 – водосборный резервуар; 9 – трубопровод, отводящий охлажденную воду; 10 – переливной трубопровод

В настоящее время в России и в странах СНГ налажено производство малогабаритных вентиляторных градирен, поставляемых на предприятия в готовом виде. Конструкции их чрезвычайно разнообразны и отличаются по типу и материалу водораспределителей, оросителей и водоуловителей, а также системами подачи воздуха, по виду и расположению вентиляторов. (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Вентиляторные малогабаритные градирни заводского изготовления:

а ) – Росинка; б ) – ГМВ; в ) – ГПВ; г ) – ГРД; д ) – ПАЮС-ВОДГЕО; е ) – Одесса; 1 – вентилятор осевой; 2 – вентилятор центробежный; 3 – ороситель; 4 – подвижный ороситель (шары); 5 – водораспределитель (трубчатый или лотковый); 6 – водоуловитель; 7 – жалюзийная решетка; 8 – сборный лоток

Радиаторные градирни. Радиаторные градирни (рис. 4.23) могут быть башенными и вентиляторными . Поскольку охлаждаемая в них вода не имеет непосредственного контакта с воздухом, водоуловитель в них не устраивается , а потери на испарение и унос отсутствуют. Основным элементом такой градирни является, размещаемая в нижней ее части, система радиаторов.

Наиболее часто используются трубчатые или пластинчатые радиаторы (рис.4.24), которые изготовливаются из стали, алюминия или медноалюминиевых сплавов, скомпанованных в несколько секций, через которые проходит охлаждающий воздух.

Трубчатый радиатор представляет собой трубки с насаженными на них штампованными ребрами для создания лучшей поверхности охлаждения. Трубчатая конструкция представлена в виде охлаждающих колонн, имеющих высоту около 5 м и размер ребер в плане 0,15 х 2,5 м и устанавливается в 2 или 3 яруса попарно под углом 60 о друг к другу. Диаметр трубок 15 – 20 мм, проходя по этим трубкам, вода охлаждается.

Низкая теплоемкость воздуха и низкие коэффициенты теплоотдачи от воды к воздуху через стенку радиатора, требуют значительного количества воздуха для качественного охлаждения воды. Широкого применения радиаторные градирни не получили.

Рис. 4.23. Схема радиаторной градирни:

1 – радиаторы; 2 – вентилятор; 3 – диффузор

Рис. 4.24. Радиаторы радиаторных градирен:

а – радиатор трубчатый с ребрами; б – радиатор пластинчатый

Размещение градирен на площадке. При размещении градирен на площадке промышленного предприятия необходимо обеспечивать:

● беспрепятственное поступление и отвод воздуха;

● учет направления господствующих ветров в летний и зимний

● минимальное влияние на другие объекты (вынос капель и

туманообразование, обмерзание вблизи расположенных зданий,

ухудшение экологической обстановки).

Правильное размещение градирен и выбор необходимого расстояния между ними исключает попадание нагретого воздуха во входные окна соседних градирен, изменение микроклимата под влиянием теплоты и влаги, обеспечивает оптимальные расчетные параметры работы охладителей.

Число градирен в оборотном цикле водоснабжения промышленных предприятий желательно принимать минимальным. Обычно в одном узле размещают от 2 до 12 градирен. Минимальное расстояние от открытых градирен до других охладителей принимается 30 м; от башенных и вентиляторных градирен до других охладителей 20 – 40 м; до забора, ограждающего площадку размещения градирен 10 – 20 м; до внутризаводских дорог 15 – 20 м; до дорог общего пользования 20 – 60 м.

Минимальные расстояния между градирнями в одном ряду для открытых – 3 м, башенных – половина диаметра башни, вентиляторных – две высоты входных окон.

4.4.4. Расчет градирен

Наиболее часто выполняются три вида расчетов градирни: определение температуры охлажденной воды t 2 , гидравлической нагрузки q f и площади оросителя градирни F ор.

Эти расчеты достаточно трудоемки и осуществляются по графикам и номограммам или по специально составленным программам на ЭВМ.

Широко применяются программы для расчета башенных вентиляторных градирен, составленные НИИ ВОДГЕО. Данные вводятся в виде исходной информации, на основании которой производится аэродинамический расчет, а затем тепловой расчет градирни.

Тепловой расчет по графикам и номограммам может производиться только для тех типов и конструкций вентиляторных градирен, для которых эти графики составлены (по данным натурных исследований). При использовании графиков необходимо учитывать, что скорости движения воздуха в оросителе, высота оросителя, тип и размеры его элементов должны также соответствовать параметрам градирен, для которых они составлены. Такой способ расчета не пригоден для новых конструкций и может использоваться лишь для привязки существующих градирен к местным условиям. Охладители рассчитываются обычно на неблагоприятные для работы атмосферные условия в летние месяцы года. Эти данные можно найти, используя СНиП по климатологии.

На рис. 4.25. представлена номограмма для расчета открытых капельных градирен. Пунктирными линиями показан ход определения температуры охлажденной воды t 2 в открытой капельной градирне при количестве полок n = 12, высоте Н = 11 м, гидравлической нагрузке q = 0,8 л/(м 2 ∙с), ширине охлаждения Δt = 14 о С, скорости ветра w = 1,3 м/с.

Рис. 4.25. Номограмма для расчета открытых капельных градирен

4.4.5. Потери воды в охладителях

Для систем оборотного водоснабжения должен составляться баланс воды, учитывающий потери воды на промышленном предприятии и подпитки системы для компенсации этих потерь.

В охладителях потери воды бывают:

● на фильтрацию;

● на испарение;

● на унос воды ветром.

Потери воды на фильтрацию . Эти потери учитываются только в прудах-охладителях Расчет производится по данным гидрологических изысканий. Потери воды на фильтрацию в брызгальных бассейнах и градирен в расчетах не учитываются.

Потери воды на испарение . Эти потери учитываются в испарительных охладителях: брызгальных бассейнах, открытых градирнях прудах-охладителях. В радиаторных градирнях эти потери отсутствуют.

Потери воды на испарение определяются по формуле, м 3 /ч:

Q исп = К∙Δt∙Q, (29)

где К – коэффициент, учитывающий долю испарительного охлаждения в

общей теплоотдаче;

Q – расход охлаждаемой оборотной воды, м 3 /ч;

Δt = t 1 – t 2 – перепад температуры воды (ширина зоны охлаждения) в о С, определяемый как разность температур нагретой воды поступающей в охладитель t 1 и охлажденной воды, выходящей из него t 2 .

Для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха по сухому термометру Т значения коэффициента К составляют:

Потери воды на унос ветром. Эти потери учитываются в испарительных охладителях, брызгальных бассейнах, открытых градирнях и оросительных теплообменных аппаратах. В радиаторных градирнях они отсутствуют.

Потери воды на унос ветром определяются по формуле, м 3 /ч:

Q ун = (30)

где Р 2 – потери воды на унос ветром от расхода оборотной воды, %.

Q – расход охлаждаемой оборотной воды, м 3 /ч.

Потери воды, вследствие уноса ветром, зависят от типа охладителя, производительности и наличия специальных водоуловителей для снижения выноса капельной влаги.

В брызгальных бассейнах Р 2 = 2 – 3 % при производительности Q ≤ 500 м 3 /ч, при Q более 500 м 3 /ч, но менее 5000 м 3 /ч – Р 2 = 1,5 – 2%, при Q > 5000 м 3 /ч - Р 2 = 0,75 – 1%, как видно, чем больше производительность охладителя, тем меньше значения потерь воды на унос ветром.

Для открытых и брызгальных градирен Р 2 = 1 – 1,5%.

Для башенных градирен без водоуловителей Р 2 = 0,5 – 1%, с водоуловителями - Р 2 = 0,01 – 0,05%.

Для вентиляторных градирен, оборудованных водоуловителями, при отсутствии в оборотной воде токсичных веществ Р 2 = 0,1 – 0,2%, при их наличии - Р 2 = 0,05%.

В оросительных теплообменных аппаратах Р 2 = 0,5 – 1%.

Потери воды на продувку систем оборотного водоснабжения непосредственно не относятся к потерям воды в охладителях и связаны с необходимостью сброса части отработанной воды и замены ее свежей водой для поддержания требуемого качества воды в оборотном цикле. Чаще всего это связано с необходимостью поддержания требуемой карбонатной жесткости воды для предотвращения образования отложений накипи или других показателей качества оборотной воды.

Расход воды на продувку системы Q сбр с целью поддержания необходимой концентрации солей жесткости в оборотной воде, м 3 /ч:

Q сбр = , (31)

где Ж к.д – карбонатная жесткость добавочной (свежей) воды, г∙экв/м 3 ;

Ж к.об - карбонатная жесткость оборотной воды, г∙экв/м 3 ;

Q исп – расход воды на испарение, м 3 /ч;

Q ун - расход воды на унос воды ветром, м 3 /ч;

Q пр – расход воды на технологические нужды промышленного предприятия, м 3 /ч.

Потери воды на технологические нужды (унос воды с продуктами и отходами) также являются безвозвратными. К безвозвратным потерям также относятся расходы воды на мойку полов, проездов и поливку зеленых насаждений.

4.5. Выбор типа охладителя

Выбор типа охладителя осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов. Тип охладителя принимают с учетом расчетного расхода воды, режима работы охладителя, условий его размещения на промышленной площадке, расчетной температуры охлажденной воды t 2 , перепада температур воды в системе ∆t, глубины охлаждения , технологических требований к стабильности и эффективности охлаждения, особенностей эксплуатации, химического состава воды и ее потерь на испарение и унос. При выборе охладителей кроме того, надлежит учитывать требования природоохранных органов к работе охладителей, как возможных источников негативного воздействия на состояние окружающей среды (унос капельной влаги, выброс вредных веществ, паровой факел и шум).

Рекомендуемая область применения различных типов охладителей воды приведена в табл. 4.2. и определяется их качественными и количественными характеристиками, а именно: гидравлической нагрузкой q f , тепловой нагрузкой А f , шириной охлаждения ∆t (перепадом температур) и глубиной охлаждения (разностью температуры охлажденной воды t 2 и температуры воздуха по смоченному термометру τ).

Таблица 4.2

Область применения охладителей

, м 3 /м 2 ∙ч , ккал/м 2 ∙ч

Тип охладителя	Ширина охлаждения ∆t=t 1 –t 2 , o C	Глубина охлаждения =t 2 -τ, o C
Пруды-охладители	0,02-0,04	0,2-0,4	5-10	6-8
Брызгальныебассейны	0,8-1,3	5-20	5-10	10-12
Открытые и брызгаль-ные градирни	1,5-3	7-15	5-10	10-12
Открытые градирни с капельными оросителями	2-4	15-50	5-10	10-12
Башенные градирни	3-6	60-100	5-15	8-10
Вентиляторные градирни	6-8	80-100 и более	3-20	4-5
Радиаторные градирни	-	-	5-10	20-35

Пруды-охладители в течение большей части года обеспечивают минимальную температуру воды, но требуют больших площадей для их размещения, поэтому применение прудов обосновано при наличии свободных малоценных земель, естественных водоемов или искусственных водохранилищ, при невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, а также в тех случаях, когда требуется обеспечить минимальную среднегодовую температуру охлаждаемой воды.

Брызгальные бассейны из-за сравнительно низкой стоимости и простоты в эксплуатации широко применяются для охлаждения воды при невысоких требованиях к эффекту охлаждения , когда не нужна низкая и постоянная температура охлажденной воды, а также при наличии подходящих площадок для их размещения с открытым доступом воздуха. Брызгальные бассейны обладают весьма низкой охлаждающей способностью, особенно в районах со слабым ветром и продолжительным штилем в летнее время. Потери воды в брызгальных бассейнах больше, чем в градирнях. Их располагают длинной стороной перпендикулярно направлению господствующих ветров для избежания образования тумана и обледенения соседних сооружений и дорог.

Открытые градирни применяются при расходах до 300 м 3 /ч, по параметрам близки к брызгальным бассейнам и могут размещаться на крышах зданий. Их недостаток – низкий охладительный эффект и его зависимость от атмосферных факторов. Открытые капельные градирни обладают более высоким охладительным эффектом и применяются для расходов до 1000 м 3 /ч.

Башенные градирни . Они применяются при любых расходах . Имеют небольшой унос воды ветром. Благодаря тяги воздуха, создаваемой башней, обеспечивают более высокий и устойчивый эффект охладения, чем брызгальные бассейны и открытые градирни. Башенные градирни могут быть компактно размещены на площадке предприятия на небольших расстояниях от производственных зданий и сооружений. Недостатками башенных градирен является сложность строительства и высокая строительная стоимость.

Вентиляторные градирни обеспечивают самый высокий и устойчивый эффект охлаждения воды. В летнее время они могут давать температуру охлаждаемой воды ниже, чем в прудах-охладителях. Температуру охлаждаемой воды можно регулировать путем изменения частоты оборотов вентиляторов или отключением отдельных вентиляторов. Строительная стоимость их значительно ниже, а строительство проще, чем башенных градирен, но работа вентиляторов требует большого расхода электрической энергии и более сложной их эксплуатации. Вентиляторные градирни применяются при любых расходах воды на предприятиях, где требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды, а также в районах с жарким и влажным климатом.

Радиаторные градирни - это высокоэффективные с точки зрения экономии водных ресурсов сооружения, обеспечивающие возможность максимального сокращения потерь воды на промышле

Все наверное видели подобного рода сооружения? А знаете ли вы что это такое и для чего они используются?

Давайте еще раз почитаем и посмотрим...

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.

Градирня (от нем. gradieren - cгущать соляной раствор; первоначально Градирни служили для добычи соли выпариванием) , устройство для охлаждения воды атмосферным воздухом.

Градирня - это устройство 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 - 25-30 градусов (в лучшем случае) .

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

Градирни бывают двух типов: собственно градирни и «сухие градирни» (« drycooler » / «драйкулер») .

ТЭ C, 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.
Горячая вода поступает в градирню, где в зависимости от типа и конструкции градирни, происходит ее охлаждение, до необходимой температуры.

Охлаждение воды может осуществляться:

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).

В любом случае вода вступает в контакт с воздухом, которому отдает часть своего тепла и тем самым, понижая свою температуру. Приобретя необходимую температуру, вода поступает обратно для охлаждения теплообменных аппаратов или других приборов, у которых необходимо снизить температуру.

Типы градирен

По типу системы орошения , градирни можно разделить на:

Плёночные;

Капельные;

Брызгальные;

По принципу подачи атмосферного воздуха , градирни делят на:

Вентиляторные, когда подача воздуха осуществляется вентиляторами.

Преимущества: качественное, быстрое охлаждение воды

Недостатки: большие энергозатраты

Башенные, когда тяга воздуха создаётся при помощи специальной конструкции башни и ее высоты

Преимущества: невысокие энергозатраты

Недостатки: медленное охлаждение воды

Открытые или атмосферные градирни, которые используют силу ветра и естественное движение воздушных масс при движении через башню

Преимущества: практически отсутствие энергозатрат

Недостатки: медленное охлаждение воды, большие размеры

Эжекционные, в которых применяется метод распыления воды в специальных каналах с естественным захватом воздуха

Преимущества: быстрое охлаждение воды за счет создания вакуума

Недостатки: высокие энергозатраты.

По направлению движения воды и воздуха:

Противоточные

Преимущества: в таких градирнях создается наибольший перепад температур и соответственно теплопередача за счет большого аэродинамического сопротивления.

Недостатки: большой капельный унос, особенно ощутим при недостатке возмещения оборотной воды и в густозаселенных местах;

Перекрестные

Преимущества: меньше капельного уноса.

Недостатки: невысокое аэродинамическое сопротивление;

Смешанные

Используется как противоток так и перекресный ток.

Башенную градирню целесообразно использовать на больших промышленных предприятиях. Площадь сечения башни должна занимать не менее 30-40% площади оросителя. Башни градирен средней и малой производительности могут иметь очень разнообразную форму: цилиндрическую, усеченного конуса или в виде усеченной многогранной пирамиды. Башенные градирни обычно выполняются в виде оболочек гиперболической формы, которая оптимальна по условиям внутренней аэродинамики и устойчивости.

Вытяжные башни работают в очень тяжелых условиях: оболочка башен находится под воздействием влажного теплого воздуха в градирне и холодного воздуха снаружи в зимний период, на внутренних поверхностях образуется конденсат. Таким образом, важен выбор материала.
В башенных градирнях конвекция воздуха осуществляется за счет естественной тяги или ветра. Высота градирен, изготовленных из бетона, может достигать 100 метров. Площадь орошения в таком случае будет достигать 3500 кв.м. В основном, башенные используются для охлаждения больших объемов воды ТЭС или АЭС.

Плюсы башенных градирен:

экономичность (не нужна электроэнергия);

простота эксплуатации;

размещение близко к промышленному объекту.

большая площадь для постройки;

большая стоимость.

Оросительные устройства во всех приведенных градирнях выполняют капельного, капельно-пленочного или пленочного типа. В настоящее время в основном строят градирни с пленочными и капельно-пленочными оросителями с противоточным движением воздуха, обладающие наибольшей охлаждающей способностью.

Схемы башенных градирен

Рис. Схемы башенных градирен с различным характером движения воздуха
а - с поперечным; б - с поперечно-противоточным; в - с противоточным

Опыт применения железобетона в градирнях показывает, что оболочки башен вследствие насыщения бетона изнутри влагой и многократного замерзания и оттаивания его под влиянием температур наружного воздуха в зимний период интенсивно разрушаются. Металлические каркасно-обшивочные башни строят в районах с суровым зимним климатом. Они имеют пирамидальную форму с основанием в виде многоугольника или квадрата. Деревянный каркас используют в градирнях, имеющих небольшую площадь.

форма поверхности которую описывает трубу в трехмерном пространстве называется параболический гиперболоид - поверхность второго порядка.

Вода сбрасывается в фокусе фигуры.
Эффективность этой формы вычислена математически - то есть тот самый уникальный случай, когда была сначала теория математическая, а потом практика.

В промышленности постоянно возникает необходимость в охлаждении водных запасов. В связи с ростом стоимости электрической энергии – применение и принцип работы сухих градирен становится очень актуальным. Градирня (теплообменник) это оборудование, которое используется для охлаждения воды или другой жидкости, как в промышленности, так и в различных системах кондиционирования.

Сухая градирня: принцип работы

При помощи сухих градирен происходит охлаждение водных запасов, которые участвуют в технологическом процессе на 5-7 градусов по Цельсию. Принцип работы сухой градирни (драйкулера) очень прост: охлаждаемая жидкость подается в теплообменник, двигаясь по нему, она охлаждается потоком воздуха, который подается вентилятором из окружающей среды. Теплообменник состоит из множества медных трубок с алюминиевым оребрением, суммарная площадь которых довольно высока. Вентиляторы, нагнетая наружный воздух, обеспечивают теплообмен, в результате чего происходит охлаждение жидкости, которая затем по трубопроводу подается по назначению.

Для предотвращения повреждения труб в процессе работы, предусмотрены ребра жесткости, выполненные из стали. Корпус выполнен также из стали и покрыт эмалью для предотвращения и защиты от коррозии.

Охлаждаемая в драйкулере жидкость, может быть различной: например, вода для потребителей, разнообразные водные растворы для нужд промышленности.

Используемые вентиляторы, оборудованы защитными решетками и имеют низкий коэффициент шума. Для экономии электроэнергии, вентиляторы, подающие вентиляторы можно оснастить регулятором, который будет контролировать скорость вращения лопастей. При необходимости точно контролировать температуру воздуха на выходе также необходимо установить регулятор.

Наибольшая эффективность использования драйкулеров в районах, где низкая средняя температура окружающей среды. Следует отметить, что температура охлаждаемой в градирне воды будет на 5 градусов по Цельсию выше температуры окружающей на входе в теплообменник. Это так называемый термодинамический предел. Для получения температуры на выходе из охладителя на пару градусов ниже можно применить специальную систему орошения. Суть ее заключается в том, что при высоких градусах окружающего воздуха, форсунками подается вода на трубки теплообменника. Испаряясь, вода дополнительно охлаждает рабочую жидкость и одновременно очищает теплообменник от нежелательного загрязнения. Грязная жидкость попадает в специальный резервуар, который по мере загрязнения надо чистить.

Особенности размещения градирен

Традиционно градирни устанавливают под открытым небом, однако имеются модели, которые могут монтироваться внутри помещения, например, подвального, при условии подведения системы воздуховодов. Варианты установки также могут быть различными: как вертикальное, так и горизонтальное расположение. В условиях экономии полезной площади их располагают на крыше или на стене производственного здания.

Необходимо помнить, что для рациональной работы драйкулера, необходимы большие воздушные потоки, поэтому при установке необходимо это учитывать и обеспечить свободную подачу воздуха к вентиляторам.

При наружной установке охладителя, следует помнить, что при минусовых температурах возможно замерзание воды, которая используется. Для предотвращения этого, в холодное время года необходимо использовать гликоль.

Также возможно организация тандема драйкулера с чиллером, который выполняет роль охладителя. При этом необходимо чиллер установить внутри помещения, а градирню снаружи.

При применении и принципе работы сухой градирни необходимо правильно рассчитать параметры температур наружной среды в каждом сезоне. Это напрямую влияет на выбор мощности градирни и как следствие на качество ее работы.

Для эффективности, необходимо контролировать параметры, которые позволят применять ее с наибольшей эффективностью. Осуществлять контроль параметров возможно, с помощью:

Датчиков (измеряют температуру теплоносителя и окружающей среды, делая возможным контроль всей системы охлаждения).
Регуляторов вращения (регулируют скорость вращения лопастей и как следствие объем подаваемого в систему воздуха).
Вентиляторов (правильный выбор количества обеспечит охлаждение рабочей жидкости до требуемого предела).

В зимнее время при низких температурах обслуживание и эксплуатация градирен может усложниться из-за обледенения конструкции. Как правило, при снижении температуры от – 10 градусов по Цельсию начинается процесс обледенения, который может вызвать поломку системы. Для исключения данной ситуации необходимо уменьшить поток подаваемого воздуха. Это можно достичь за счет отключения вентилятора или за счет перевода его в режим работы на пониженных оборотах.

Если возникла необходимость в установке сухого теплообменника, то необходимо заранее рассчитать необходимую мощность, чтобы приобретенное оборудование справлялось с объемами, необходимыми для производства. Перед установкой учитывается множество параметров, и только квалифицированный специалист сможет правильно учесть все факторы, обуславливающие эффективность в каждом конкретном случае.

Область применения сухих градирен

За счет энергосбережения, простоты применения и принципов работы сухих градирен их широко используют в промышленности. В настоящее время многие производственные процессы требуют охлаждения водных запасов и других жидкостей. Поэтому установка драйкулера на предприятиях химической, пищевой, перерабатывающих отраслях существенно помогает снизить себестоимость готовой продукции, за счет рационализации затрат на производство.

Также они используются при производстве пластмасс, в стекольном производстве, машиностроении, деревообрабатывающей промышленности. Достойное место занимают в технологических процессах атомных и тепловых электрических станций. Незаменимы они при охлаждении конденсаторов и электрогенераторов.

Драйкулеры применяются на производствах, где надо избавиться от избыточного тепла, где существует разница в температурах воды и окружающей среды.

Немаловажным является то, что как такового нет испарения воды, так как теплоотдача происходит в трубках устройства с тепловым обменом. Из этого следует, что влажность в помещении (если охладитель установлен в здании) не будет повышаться. Также, за счет замкнутого цикла устройства теплового обмена, не загрязняется атмосферная среда (если охладитель установлен на площадке возле производственного здания). Последний факт имеет огромное значение для предприятий, т.к. требуется соблюдение санитарно-гигиенических норм.

Сухие градирни: преимущества и недостатки применения

Наличие неоспоримых выгод при применении драйкулеров объясняет их массовое использование. Рассмотрим основные преимущества использования охладителей.

Существенная экономия электрической энергии (энергия расходуется только на привод вентиляторов, а в холодное время года экономия увеличивается за счет частичного отключения вентиляторной системы).
Не существует расхода воды из-за применения закрытого контура.
Нет загрязнения производственной воды.
Относительная дешевизна при сравнении с другими аналогами и короткий срок окупаемости.
Большой выбор охлаждаемых жидкостей (вода, масло, водные растворы).
Выбор варианта монтажа (внешняя установка или внутренняя, горизонтальная или вертикальная, установка на крыше или стене).
Дешевизна обслуживания и ремонта.
Надежность насоса и трубопровода.
Простота при выполнении монтажных работ и процесс эксплуатации.
Не увеличивает процент влажности.
Нет выброса вредных веществ в атмосферу.
Возможность использования в холодную погоду любого антифриза.
При необходимости возможна установка новых блоков к уже существующим.

К недостаткам драйкулеров относится невозможность охлаждения рабочего вещества до состояния ниже температуры окружающей среды. Из-за этого фактора область их использования несколько ниже. В летний период, при повышенных температурах, эффективность снижается.

О градирнях

Промышленным агрегатам, конденсаторам в холодильном оборудовании и аварийным электрогенераторам необходимо постоянное охлаждение. С этой целью используется . Она понижает температуру больших объемов воды посредством направленного потока воздуха. Вода, поступающая снаружи, охлаждается в градирне до необходимой температуры.

Виды

Градирня подбирается с учетом различных факторов:

атмосферных условий;
уровня понижения температуры;
расхода воды;
технических расчетов;
химического состава воды (рабочей и добавочной);
местонахождения оборудования на площадке.

В зависимости от температуры, предназначения охлажденной воды и способа отдачи тепла, градирни подразделяют на испарительные, сухие и гибридные. С учетом области применения выделяют:

испарительные;
вентиляторные;
открытые;
башенные (в том числе с естественной тягой воздуха);
сухие;
гибридные.

Испарительные градирни

Оснащены специальным оросителем, отделителем капель, водосборным баком, теплообменниками, вентилятором и коллектором. Среди преимуществ оборудования отмечают высокую экономию потребления электроэнергии (до 80 %), надежность системы, малый расход материалов и минимальные ремонтные траты. Градирня данного типа имеет длительный срок службы - до 30 лет. К минусам относят сложность промывки и очистки, нарастание водяных отложений на поверхности труб.

Вентиляторная градирня

Воздух подается с помощью одного или нескольких вентиляторов. Лопасти движутся и втягивают теплый воздух через окна. Вода стекает по стенкам в резервуар, при этом теплые пары отводятся в атмосферу посредством диффузора. Также в атмосферу уносится водная взвесь, и чтобы не допустить существенных потерь оборотной воды, используют каплеуловитель. С помощью вентиляторной градирни качественно и быстро охлаждают воду. Она может быть установлена в разных климатических и технических условиях. Простота эксплуатации и ремонтопригодность выгодно отличают такое оборудование. Лишь затраты на электроэнергию являются недостатком агрегата.

Градирня открытого типа

Оборудование работает на основе естественной конвекции воздушных масс и ветра. Каналы для орошения ограждены специальными жалюзи, предотвращающими вынос жидкости из бассейна. Работа градирен зависит от ветра, что обуславливает ограничение использования для предприятий, чей производственный цикл нуждается в поддержании постоянной температуры оборотной воды. Устройства эффективно охлаждают воду, при этом требуется минимальное количество электроэнергии. Для открытой градирни требуются большие площади и высокая инерционность.

Башенная градирня

Это наиболее эффективное оборудование для охлаждения оборотной воды на промышленных предприятиях. В такой градирне тяга для циркуляции воды образуется естественным путем с помощью вытяжной башни. Оборудование способно обеспечивать большой объем охлажденной воды, превышающий необходимый для нужд предприятия. Градирня отличается простотой эксплуатации и минимальными затратами на охлаждение жидкости. Оборудование может быть размещено в непосредственной близости от объекта промышленности. К недостаткам относят сложность конструкции, существенные строительные расходы и высокую инертность.

Сухая градирня

Вода охлаждается посредством теплообменников, вентиляторных устройств и сливных клапанов. Вспомогательным оборудованием выступают насосы и воздушные фильтры. Сухая градирня охлаждает воду при помощи воздуха, подаваемого вентилятором малой мощности. Из-за незначительной глубины охлажденной воды такие агрегаты используются редко. Сухая градирня стоит дороже других видов. Главными ее плюсами является безопасность для окружающей среды: она не загрязняет атмосферу химическими отходами и не увеличивает влажность.

Гибридная градирня

Оборудование используется для мокрого и сухого охлаждения воздушных масс. В процессе работы осуществляется экологический отвод тепла в атмосферу. Сухая градирня имеет башню и вентиляторы по периметру. Данное устройство оснащено двумя и более секциями теплообмена. Охлаждение обеспечивается оборотной водой и через стенку.

Параметры	Ед.изм.	БМГ-100	БМГ-210	БМГ-350	БМГ-600	БМГ-800	БМГ-1000	БМГ-2000	БМГ-3000
Площадь орошения	м 2	6,25	11,35	16	22	44	64	144	256
Диапазон гидравлических нагрузок	м³/час	60-140	80-250	150-350	160-550	320- 1000	450- 1200	1000- 2500	до 5000
м³/час	Индивидуальный расчет по исходным данным от «Заказчика»
Мкал/час	По расчету
Температурная зона охлаждения	°С	По расчету
Максимальная температура воды на входе, не более	°С	65	65	65	65	65	65	65	65
Капельный унос воды, не более	%	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003
Давление воды на входе, не менее	м.вод.ст.	8	7	7	7	7	7	7	7
Диаметр трубопроводов на входе	мм
Диаметр трубопровода на выходе из бассейна	мм	Расчетный по гидравлической нагрузке
Количество форсунок	шт.	По расчету
Объем водосборной ванны рабочий	л	550	500	-	500	-	-	-	-
Объем водосборных щитов	л	350	700	-	1400	-	-	-	-
Количество вентиляторов	шт.	1	1	1	2	1	1	1	1
Диаметр вентилятора	мм	2370	2370	3000	2370	4980	4980	6980	10400
Количество лопастей	шт.	4-6	4-6	4-6	4-6	4-6	4-6	4-6	4-6
Мощность электродвигателя (по расчету)	кВт	11-15	15-22	22-30	15-22	22-55	37-55	75-132	110-250
Напряжение/частота питания	В/Гц	380/50	380/50	380/50	380/50	380/50	380/50	380/50	380/50
Степень защиты электрооборудования, не ниже	-	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54
Уровень шума на расстоянии 10 м, не более	ДБ	70	70	70	70	80	80	80	70
Габаритные размеры (длина, ширина, высота)	мм	3290х 2900х 5195	3860х 4190х 6300	4772х 4600х 7900	7230х 4155х 6965	6740х 6740х 7260	8000х 8000х 10600	12000х 12000х 12000	16000х 16000х 13300
Масса рабочая	кг	2750	5730	7240	10990	21980	26000	52000	92000
Устройство мягкого пуска, 2-х скоростной режим, контроль, сушка изоляции	шт	Опционально
Частотный преобразователь (регулирование температуры, антиобледенение)	шт	Опционально
Устройство реверса (антиобледенение)	шт	Опционально
Термопреобразователь	шт	Опционально

Для поддержания технических характеристик на заданном уровне необходимо каждые полгода проводить профессиональное обслуживание установок. Также следует контролировать работу двигателя вентиляторной системы, насоса, производить смазку редуктора и подшипников, отслеживать параметры воды, влияющие на состояние оросителя.

Установка градирни

На промышленных территориях градирни рекомендуется устанавливать с учетом беспрепятственного поступления свежего воздуха, особенно, если конструкции работают на естественной тяге. Также необходимо учитывать Розу ветров и тот факт, что зимой капли воды и пар относятся в сторону. При установке используют данные об уровне влажности и туманности, характерном для данного региона.

Назначение

В отраслях промышленности, связанных с производством пластмасс и холодильных агрегатов, необходимо обеспечить постоянное охлаждение устройств. С этой целью применяют специальное оборудование – градирню.

Такие конструкции используют для снижения температуры посредством аппаратов теплообменного типа, входящих в состав разных систем оборотного водоснабжения. Первоначально, градирня была придумана для добычи соли методом выпаривания, поэтому в переводе с немецкого она означает «сгущать соляной раствор». В большинстве случаев, градирни устанавливают там, где нет возможности сбрасывать охлажденную воду в естественные водоемы, и отсутствует искусственный пруд.

При работе градирен необходимо использовать различные фильтры, поскольку охлаждающая техническая вода в оборотном процессе нередко несет в себе множество взвешенных частиц: ил, песок, ржавчину, окалину. Эти частицы забивают форсунки и приводят к порче оборудования.

Большинство из существующих градирен, задействованных в системах водоснабжения по оборотному типу, установлены более 30-50 лет назад. Это морально и физически устаревшие конструкции. Раньше при проектировании старались экономить на материалах, не придавая особой важности процессу охлаждения производственного оборудования.

Современные конструкции отличаются высокой производительностью и эффективностью, они проектируются с учетом новых требований к эксплуатации оборудования, возводятся с применением оптимизированных материалов.

Использование градирен зимой

При эксплуатации конструкций в зимнее время, особенно в суровом климате, существует риск обмерзания. Такая проблема может возникнуть при соприкосновении холодного воздуха с тонкой пленкой воды и образования льда. Чтобы предотвратить обмерзание и выход из строя градирни, необходимо обеспечить правильное распределение охлаждаемой воды по оросителю, и отслеживать уровень плотности жидкости на разных участках.

Принцип работы градирни

Охлаждение больших объемов воды осуществляется за счет частичного испарения и теплообмена с потоками воздуха. Масса воды в градирне стекает по оросителю тонкой пленкой или сбегает каплями. При этом вдоль оросителя проходят потоки воздуха. Отмечается закономерность, что при испарении 1% температура оставшейся воды охлаждается на 6 градусов. Испарившуюся жидкость восполняют посредством забора из внешнего источника. При необходимости воду из водоема фильтруют. Горячая вода после производственного процесса подается в градирню, в которой, в зависимости от типа конструкции, осуществляется понижение температуры отработанной воды.

Способы охлаждения:

Обратным воздушным потоком (применяется в вентиляторных градирнях).
Распылением форсунками на наполнитель, по которому водные потоки стекают тонкой пленкой. Медленное стекание обеспечивает охлаждение (атмосферные и башенные градирни).
За счет естественного захвата воздуха и распыления в специальных каналах (эжекционные градирни).

Принцип действия везде одинаков – горячая вода вступает в контакт с воздушной массой, которой отдает часть тепла, посредством чего снижается температура технической воды. Охлаждаясь, жидкость опять используется для теплообменных аппаратов и иных устройств, у которых необходимо понизить температуру.

Различают градирни открытого и закрытого типа. В открытых вода по форсункам распыляется на насадку, где навстречу воде через воздухозаборные решетки движется воздух. Часть воды испаряется, и она охлаждается.

Закрытые градирни оснащены испарительным охладителем и конденсатором. Вместо насадки в испарителе используется теплообменник, по которому циркулирует жидкость, требующая охлаждения. Испарительный охладитель работает в мокром и сухом режимах.

Мокрый считается летним режимом, при нем охлаждаемая жидкость циркулирует в теплообменнике, который орошает вода из форсунок, а также охлаждает воздух при вращении вентилятора. Сухой или зимний режим предусматривает циркуляцию охлаждаемой жидкости в теплообменнике и охлаждение холодным воздухом.