Градирни

Гради́рня  — устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями (англ. cooling tower).

В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях, ТЭЦ, АЭС). В гражданском строительстве градирни используются при кондиционировании воздуха, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов. В промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластмасс, при химической очистке веществ.

Процесс охлаждения 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 (вентиляторные градирни), а в случае с эжекционными градирнями охлаждение происходит за счёт создаваемой среды, приближенной к условиям вакуума специальными форсунками (обеспечивающими площадь тепломассообмена, каждая — 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, 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 используют там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (озёра, моря).

Простой и дешёвой альтернативой градирням являются брызгальные бассейны, где вода охлаждается простым разбрызгиванием.

Основной параметр градирни — величина плотности орошения — удельная величина расхода воды на 1 м² площади орошения.

Основные конструктивные параметры градирен определяются технико-экономическим расчётом в зависимости от объёма и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферы (температуры, влажности и т. д.) в месте установки.

Использование градирен в зимнее время, особенно в суровых климатических условиях, может быть опасно из-за вероятности обмерзания градирни. Происходит это чаще всего в том месте, где происходит соприкосновение морозного воздуха с небольшим количеством теплой воды. Для предотвращения обмерзания градирни и, соответственно, выхода её из строя следует обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя и следить за одинаковой плотностью орошения на отдельных участках градирни (только для градирен с оросителем). Нагнетательные вентиляторы тоже часто подвергаются обледенению из-за неправильного использования градирни (для вентиляторных градирен). При использовании эжекционных градирен большая часть этих трудностей исчезает, потому что нет ни вентилятора, ни оросителя.

В зависимости от типа оросителя, градирни бывают:

• плёночные;
• капельные;
• эжекционные;
• брызгальные;
• сухие.

По способу подачи воздуха:

• вентиляторные (тяга создаётся вентилятором);
• башенные (тяга создаётся при помощи высокой вытяжной башни);
• открытые (атмосферные), использующие силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха через ороситель.
• эжекционные, использующие естественный захват воздуха при распылении воды в специальных каналах.

По направлению течения сред (охлаждаемой воды и воздуха):

• с противотоком (наибольший температурный перепад, наибольшее аэродинамическое сопротивление);
• с перекрестным током (меньшее аэродинамическое сопротивление, меньше капельного уноса);
• со смешанным током (конструкция градирни содержит и противоток и перекрестный ток).

Вентиляторные градирни до последнего времени были наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивали более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживая большие удельные тепловые нагрузки (однако требуют затрат электрической энергии для привода вентиляторов). Эжекционные градирни выдерживают наибольшие гидравлические нагрузки и способны охлаждать воду с большим перепадом и с очень высоких температур (до 90 °С). Это обусловлено как отсутствием оросителя, так и большой суммарной площадью поверхности мелкодисперсных капель и высокими скоростями водо-воздушных потоков. Затраты электроэнергии на эксплуатацию систем оборотного водоснабжения с эжекционной градирней при грамотной организации схемы водоснабжения и автоматики не превышают затрат на типовые вентиляторные установки.

Технического обслуживания градирен обычно включает в себя ряд мероприятий, основными среди которых, являются работы по удалению загрязнений с основных элементов градирни. Загрязнение поверхности оросителя, засорение разбрызгивающих устройств (сопел-форсунок) и водораспределяющих трубопроводов приводит к значительному снижению эффективности процессов охлаждения воды в градирне. 

Очистка может производится как механическими средствами, так и химической обработкой. Сроки технического обслуживания обычно подбираются в зависимости от степени загрязнения градирни, но не реже одного раза в год. При таких работах следует обратить внимание на следующее: 

а) Очистка внутренних поверхностей градирни и оросителя минимизирует потери давления при движении воды и воздуха; 
б) Очистка трубопроводов системы водораспределения и сопел-форсунок от попавшей ржавчины, органических отложений и т.п., обеспечит снижение гидравлического сопротивления; 
в) Обеспечение надежной фильтрации воды, поступающей в градирню и своевременная чистка фильтров, что способствует снижению гидравлического сопротивления. 

Одним из перспективных, но сложных в использовании средств борьбы с загрязнением теплопередающих поверхностей, трубопроводов и сопел-форсунок является химическая обработка воды, используемой в оборотном цикле. При этом обеспечивается длительная эксплуатация, т.к. обрастание и загрязнение градирни уменьшаются в разы. Однако при использовании химических реагентов препятствующих образованию органических и минеральных отложений в градирне необходимо помнить, что вода в градирне постоянно омывается воздухом, удаляемым в окружающую среду и соответственно вещества содержащиеся в воде неизбежно будут попадать в воздух. Поэтому при химической обработке воды следует предусмотреть и обеспечить проведение мониторинга выходящего из градирни воздуха, с целью обеспечения требований безопасности. 

Для уже работающих долгое время градирен имеет смысл при техническом обслуживании провести следующие работы: 

а) Обеспечить не возможность или снизить вероятность попадания теплого влажного воздуха выходящего из градирни на её всасывающую сторону, путем установки перегородок, экранов или более высоких камер выброса воздуха; 
б) Проверить правильность и равномерность распределения вода соплами-форсунками по поверхности оросителя, при неравномерной раздаче изменить расположение сопел-форсунок или заменить их более эффективными; 
в) При необходимости, восстановить целостность оросителя и каплеотделителя, причем применение разного типа оросителя и каплеотделителя в одном слое не рекомендуется; 
г) Восстановить наружную обшивку градирни, что бы исключить потери воды и обеспечить прохождение воздуха только через ороситель; 
д) Максимально герметизировать трубопроводы для снижения потерь воды из водооборотного цикла; 
е) Проверить правильность работы вентилятора (отсутствие вибраций, правильность направления вращения и т.п. согласно паспорту на вентилятор). 

Проведение вышеперечисленных работ позволит обеспечить существенную экономию энергетических и материальных ресурсов на эксплуатирующихся градирнях.