0

Градирня что это устройство

Гради́рня (нем. gradieren — сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) — устройство [1] для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями.

В настоящее время градирни большой производительности применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях (в том числе АЭС) и ТЭЦ. В гражданском строительстве градирни используются, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, при кондиционировании воздуха, охлаждении аварийных электрогенераторов. Наибольшее распространение применение градирен получило в промышленности для охлаждения разного рода технологического оборудования, при химической очистке веществ, часто в связке с системой местных очистных сооружений (МОС). Имеют широкое применение на предприятиях ВПК, энергетической, судостроительной, авиационной, химической отраслей, металлургии, машиностроения, и пищевого производств и т.д.

При замыкании водооборотного цикла на местные водоочистные сооружения решается и задача утилизации значительного количества технических сточных вод, перенаправляемых на градирную установку. А технические решения по утилизации тепловой энергии (избытка пара) с применением теплонасосных установок (ТНУ) позволяют преобразовывать её в электроэнергию.

Процесс охлаждения в случае классических вентиляторных градирен происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха. В инновационных эжекционных градирнях охлаждение происходит за счёт создаваемой среды, приближенной к условиям вакуума специальными форсунками (обеспечивающие площадь тепломассообмена, каждая — 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, и представляющие собой принцип двойного действия, охлаждая распыляемую жидкость не только снаружи, но и внутри) и особенностями конструкции. При испарении 1% воды температура оставшейся массы понижается на 5,48°C, а в случае с описанным эжекционным принципом охлаждения температура оставшейся массы понижается на 7,23 °C.

Как правило, градирни используются там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (реки, озёра, моря), а также из-за опасности их загрязнения.

Простая и дешёвая альтернатива градирням — брызгальные бассейны, где вода охлаждается простым разбрызгиванием, правда, с небольшим эффектом.

Содержание

История [ править | править код ]

В Российской империи градирни применялись при солеварении. Так по указу Екатерины II от 15 февраля 1771 года генерал-квартирмейстером Бауром (Боуром) на реке Полисть в Старой Руссе был основан солеваренный завод. В двух градирнях этого завода вода, поднимаемая водяными насосами, частично испарялась тем самым насыщая соляной рассол [2] .

Первая гиперболоидная градирня была построена по конструкции профессора машиностроения и директора голландских государственных шахт Фредерика ван Итерсона (англ.) русск. в 1918 году в голландском городе Херлен [3] . До этого конструкции градирен были различных форм: прямоугольные, круглые, овальные.

Содержание статьи

Градирни применяют на промышленных предприятиях, атомных электростанциях и ТЭЦ для охлаждения технологического оборудования.

Работа любой градирни основана на охлаждении некоторого объема жидкости атмосферным воздухом. Именно отсутствие иного, нежели воздух, хладагента и отличает градирню от кондиционера, холодильника, или чиллера.

По принципу действия есть два основных типа:

  • испарительные – открытые
  • сухие – закрытые

Испарительная градирня открытого типа работает так: разбрызгивает горячую воду и смешивает ее с более холодным наружным воздухом. При этом часть воды превращается в пар и вместе с нагревшимся наружным воздухом выбрасывается в атмосферу, оставшаяся же вода охлаждается.

По способу подачи воздуха градирни испарительного типа бывают:

  • поперечноточные
  • противоточные
  • брызгальные
  • эжекционные

Принцип работы драйкулера, или градирни «сухого» (закрытого) типа заключается в понижении температуры. Жидкость проходит внутри замкнутого контура теплообменника и обдувается уличным воздухом. Такой же принцип используется в системе охлаждения двигателя автомобиля, когда охлаждающая жидкость проходит через радиатор, обдуваемый вентилятором. При этом непосредственный контакт жидкости с подаваемым воздухом отсутствует.

Для Вашего удобства приведем классификацию градирен по различным признакам в наглядной форме.

ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ ПРИНЦИП РАБОТЫ

Принцип работы вентиляторной градирни заключается в подаче большого количества воздуха за счет работы вентилятора с лопастями с диаметром до 20 метров. Такой вентилятор подает до 10 000000 кум.метров воздуха в час.

Интерактивная схема градирни

Наведите на изображение для просмотра описания

При соотношении 1 м 3 воды к 600 м 3 воздуха и более начинается эффективное охлаждение. Воздух поступает в градирню через специальные окна, распложенные снизу металлического каракаса. Их размер должен быть достаточен для прохода огромного объема воздуха.

Встреча воды, разбрызгиваемой соплами, и воздуха происходит на поверхности блоков оросителя. Их основная функция – сделать поверхность и время соприкосновения максимальными. Чтобы вентилятор не выдувал много воды используют специальный водоуловитель.

Видео работы вентиляторной градирни


Благодаря различным видам оросительных блоков и широкой гамме осевых вентиляторов такие градирни могут быть подобраны в большем диапазоне нагрузок по воде и обеспечивать глубокое охлаждение воды с перепадом до 30 °

Читайте также:  Вай фай адаптер для принтера

Кроме того, есть возможность установки воздухорегулирующих жалюзи и реверса двигателя. Это позволит прекрасно эксплуатировать градирню в зимние морозы.

По типу оросителя различают следующие типы вентиляторных градирен:

Наиболее эффективные капельно-пленочные вентиляторные градирни. Они совмещают свойства капельных и пленочных оросителей и лучше всего охлаждают воду.

Для малых расходов оборотной воды вентиляторы градирни поставляются на предприятия в готовом виде, по этому признаку их называют малогабаритными или блочными мини градирнями.

Этот тип градирен характеризуется невысокими перепадами температур на входе и выходе, при этом и электропотребление сравнительно не высоко.

Преимущества:

  • гибкость конструкции
  • отсутствие обмерзания
  • энергоэффективность
  • легкость ремонта
  • наличие большого ассортимента запасных частей

Недостатки:

  • требуется обученный персонал для обслуживания
  • необходимы дополнительные меры зимой

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГРАДИРНИ

Промышленные градирни, к ним можно отнести открытые, или мокрые – обеспечивают охлаждение за счет непосредственного контакта воздуха и воды.

В зависимости от способа перемешивания различают следующие виды испарительных (мокрых) градирен:

  • Оросительные (насадочные): поперечноточные и противоточные. Устройства осуществляют контакт подаваемого воздуха с охлаждаемой водой на развитой поверхности оросительного слоя (насадки). Если направление движения потоков воды и воздуха параллельное (противонаправленное), то градирня относится к противоточному типу. Если же поток воздуха движется перпендикулярно потоку воды, то градирня будет поперечноточного типа.

  • Безнасадочные: брызгальные и эжекционные. Они работают за счет распыления воды и разделения ее на мелкие капли. Теплообмен у них происходит на поверхности капель.

Брызгальные градирни, или брызгальные бассейны отличаются от эжекторных давлением, под которым происходит процесс разбрызгивания.

В эжекционных градирнях разбрызгивание воды специальными форсунками происходит при давлении 0,3-0,4 МПа. Получившийся мелкодисперсный факел с частицами размером 0,2 мм движется с большой скоростью, порядка 16-20 м/с. За счет такого движения поток капель интенсивно увлекает (эжектирует) за собой атмосферный воздух, при этом перемешиваясь.

Рассмотрим более подробно два этих класса градирен и разберемся в их достоинствах и недостатках.

Поперечноточные градирни

В поперечноточной градирне вода из коллектора подается в специальный бак – потолочный распределитель. Оттуда уже без давления, самотеком она стекает вниз по узкому слою специального оросителя.

Теплообмен и испарения (обмен масс) происходит за счет большого количества воздуха, подаваемого вентилятором.

В таких градирнях воздух движется в слое оросителя горизонтально перпендикулярно падающей сверху вниз воде. Отсюда название: поперечноточная градирня. Вход воздуха может быть с одной или двух сторон, соответственно получится одно- или двухпоточная система.

Особенности поперечноточных градирен:

  • Использование поперечноточных градирен зимой сильно затруднено. В безнапорной системе водораспределения отсутствует подпор, аэродинамическое сопротивление оросителя больше на 30 %. Именно поэтому основное распространение такие градирни получили в странах с теплым климатом: ОАЭ, Иран, Индия, Пакистан.
  • Водоуловитель совмещен с жалюзи и выполняет двойную функцию: предотвращает унос и разбрызгивание капель воды.

Так как в нижней части оросителя образовывается слабо орошаемая зона, то весь слой оросителя целесообразно делать наклонным, чтобы сместить нижний ярус к центру и уменьшить обмерзание.

Экономически применение таких градирен оправданно при условии круглогодично теплого климата.

Тогда экономия места за счет возможности увеличивать высоту градирни и отсутствие давления в верхней точке водораспределительной системы окупают прочие недостатки. В последнее время такие градирни активно продвигаются на российском рынке под соусом новизны и энергоэффективности. Однако, в наших реалиях применение поперечноточных градирен в крупных водооборотных циклах – ошибка.

Тепловой расчет аналогичен теплогидравлическому расчету классической вентиляторной градирни, только коэффициент тепломассобмена на 20% меньше. Это значит, что при одинаковых условиях поперечноточные грдирни охлаждают хуже противоточных, из-за менее эффективного использования поверхности оросителя.

Преимущества:

  • занимают меньше места, так как могут быть спланированы «в высоту»
  • требуют меньшего давления в системе водораспределения

Недостатки:

  • на 30% менее эффективный ороситель
  • большая стоимость
  • обмерзают зимой
  • сложность с ремонтом, так как в России не производят запчастей

Противоточные градирни

Они делятся на 2 большие группы: башенные и вентиляторные. Разница в том, как создаются потоки воздуха: естественным, или принудительным способом.

Конструктивно в обоих типах горячая вода по водораспределению через сопла разбрызгивается вниз на ороситель. Она проходит через блоки оросителя, растекается на их поверхности и смешивается с уличным воздухом. Затем остывает и стекает в бассейн для сбора жидкости.

БАШЕННАЯ ГРАДИРНЯ

Башенная градирня представляет собой железобетонную или металлическую трубу конической формы, внутри которой находится система подачи воды, ороситель и резервуар. Поток наружного воздуха через входные отверстия в нижней части трубы поднимается вверх через ороситель за счет создания естественной тяги в трубе.

Этот вид промышленных градирен обеспечивает большую тепловую мощность за счет гигантского количества воды, охлаждаемого с небольшим температурным перепадом (5-10 0 С)

В основном башни – это градирни ТЭЦ или АЭС.

К достоинствам башенных градирен можно отнести отсутствие потребления электроэнергии.

Гигантские капитальные затраты на строительство и большая занимаемая площадь – большие минусы при выборе этих градирен.

Так же стоит отметить, что ввиду отсутствия принудительной тяги и возможность развернуть поток воздуха , эксплуатация этих градирен требуют дополнительных приспособлений и мероприятий. Например, тамбур и жалюзи.

Читайте также:  В морозилке под нижним ящиком лед

Преимущества:

  • нет затрат электроэнергии при эксплуатации
  • предназначены для больших расходов воды

Недостатки:

  • малая глубина охлаждения
  • дорогое строительство
  • сложное строительство и ремонт
  • требуют специальных мероприятий для зимнего периода

ЭЖЕКЦИОННАЯ ГРАДИРНЯ

Эжекционная градирня представляет собой корпус из стали, в котором размещен высоконапорный трубопровод с соплами (эжекторами) специальной конструкции. При распылении воды под давлением через эжектор, происходит подсос наружного воздуха в зону рязрежения. Воздух перемешивается с водой и охлаждает её.

Основными плюсами этого типа является полное отсутствие ограничения в температуре охлаждаемой воды. В оросительных системах обычно более +60 0 . Вода не охлаждается, так как полимер, из которого изготовлен ороситель, становится пластичным и может разрушаться. Но, есть ряд минусов, которые накладывают сильные ограничения на распространение данного типа градирен.

Во-первых, это необходимость создать давление в эжекторе. Отсутствие вентилятора градирни с лихвой компенсируется повышенной мощностью насосов. Как пример, для сравнительного объема охлаждающей воды мощность вентиляторной установки составляет 75 кВт, а мощность насоса при эжекции уже 160 кВт. Кроме этого, уменьшается срок эксплуатации трубопроводов системы.

Во-вторых, зимой невозможна циркуляция, так как мелкая водяная взвесь будет моментально замерзать. Требуется организовать байнасирование воды.

В-третьих, капельный унос у таких градирен выше в 1,5-2 раза, а применение водоуловителя создает дополнительное сопротивление и ухудшает охлаждение воды.

Применение эжекционных градирен выгодно при температуре воды более 60 0 С и/или малом расходе воды.

Преимущества:

  • могут работать на горячей воде с t ≥ 60 0 С
  • не требуется обслуживать вентилятор
  • отсутствие механических подвижных частей

Недостатки:

  • большие энергозатраты на создание повышенного давления воды
  • большой капельный унос
  • сложность эксплуатации зимой

СУХАЯ ГРАДИРНЯ

Радиаторная (сухая) градирня изобретена венгерскими инженерами Геллером и Фарго и изначально использовалась для охлаждения конденсаторов электростанций. Она представляет собой корпус с размещенным внутри теплообменником (радиатором), по которому циркулирует охлаждающая жидкость и одним, или несколькими вентиляторами, обдувающими радиатор потоком наружного воздуха.

Радиатор из оребренных, чаще всего медных или алюминиевых трубок, обуславливает то, насколько хорошо сухие градирни будут охлаждать воду.

Применение качественного радиатора из меди, с тонкими каналами делает стоимость сухой градирни очень большой. Уменьшая стоимость решения, приходится жертвовать и эффективностью.

Сухие градирни имеет смысл использовать, когда технология требует изоляции контура циркуляции от внешней среды, или при отсутствии возможности организовать подпитку в необходимых количествах. Тогда использование контура сухой градирни со смесью этиленгликоля является практически единственным решением. Еще выбор в пользу сухой градирни целесообразен при температуре теплоносителя, или оборотной воды на грани кипения. Например, в оборотных циклах АЭС или НПЗ.

В остальных случаях более дешевым и оправданным будет применение вентиляторной промышленной градирни, так как расход воздуха вентилятора открытой градирни в 5 раз меньше, чем у закрытой. Мощность вентилятора пропорционально меньше у открытых градирен.

Преимущества:

  • закрытый контур, отсутствие попадания примесей в воду
  • возможность работы на кипящей воде
  • возможность работы на этиленгликоле
  • отсутствие капельного уноса

Недостатки:

  • низкая эффективность охлаждения
  • дорогая конструкция и материалы
  • требовательность к обслуживанию и чистке теплообменника

Такие сооружения можно увидеть практически в любом промышленном центре. Но далеко не все представляют себе, что же там происходит в этих "дымных" башнях.

Но давайте все же посмотрим на принцип работы и внутреннее устройство градирни.

Градирни – это специальные устройства для охлаждения большого количества воды посредством направленного потока воздуха. Также их называют охладительными башнями – это более понятно звучит.

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.

Градирни служили для добычи соли выпариванием. В настоящее время эти сооружения используются 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») .

ТЭC, 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.

Читайте также:  Кадры с камер видеонаблюдения

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:

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:

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;

Преимущества: меньше капельного уноса.

Недостатки: невысокое аэродинамическое сопротивление;

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 градирни используются для охлаждения больших объемов воды ТЭС или АЭС.

Плюсы башенных градирен:
экономичность (не нужна электроэнергия);
простота эксплуатации;
размещение близко к промышленному объекту.

Минусы:
большая площадь для постройки;
большая стоимость.

Схемы башенных градирен с различным характером движения воздуха в оросителе приведены на рис. 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.

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 и эффективность этой формы вычислена математически – то есть тот самый уникальный случай когда была сначал теория математическая, а потом практика

формула элементарна

Ну а вот как там все выглядит внутри:


+ 0

admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *