Принцип работы градирни. Виды градирен

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 выделяют два основных типа промышленных градирен: испарительные и сухие, их еще называют открытые или закрытые.

Испарительная градирня открытого типа работает по принципу разбрызгивания горячей воды и смешивания 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
Башенные градирни
Башенные градирни

Принцип работы драйкулера или градирни «сухого» (закрытого) типа заключается в понижении температуры, проходящей внутри замкнутого контура теплообменника, при его обдувании 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.

Сухие градирни

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

классификация градирен

Открытые промышленные градирни

Открытые или мокрые градирни обеспечивают охлаждение за счет непосредственного контакта воздуха и воды.

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

  • Оросительные (поперечноточные и противоточные)
  • Безнасадочные (брызгальные и эжекционные)

Оросительные или насадочные градирни осуществляют контакт подаваемого воздуха с охлаждаемой водой на развитой поверхности оросительного слоя (насадки).

При этом, 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.

Схема прмышленной градирни
Башенные градирни

Безнасадочные градирни 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.

Эжекционные градирни

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

 

Поперечноточные градирни

В поперечно-точной 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.

Второе существенное отличие: безнапорная система водораспределения. Благодаря отсутствию подпора и большему на 30 % аэродинамическому сопротивлению оросителя использование поперечноточных градирен зимой сильно затруднено. Именно по этому основное распространение такие градирни получили в странах  с теплым климатом: ОАЭ, Иран, Индия, Пакистан.

Водоуловитель в этом виде градирен совмещен с жалюзи и выполняет двойную функцию: предотвращение уноса и разбрызгивания 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.

Наклон эжекционной градирни

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.

Еще о поперечноточных градирнях читайте в статье Модернизация поперечноточных вентиляторных градирен и книге В.С Пономаренко Градирни промышленных и энергетических предприятий стр. 234-237.

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 по водораспределению через сопла разбрызгивается вниз на ороситель. Проходя через блоки оросителя вода растекается на их поверхности и смешивается с уличным воздухом. Обдуваемая, она остывает и стекает в бассейн для сбора жидкости.

 

Вентиляторная градирня принцип работы

вентиляторная градирня

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.

Подробнее о вентиляторах градирние

При соотношении 1 м3 воды к 600 м3 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.

Схема градирни


Видео 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 °

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

По типу оросителя различают пленочные, капельные и капельно-пленочные вентиляторные градирни. Наиболее эффективные - последние из них.

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

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.

Башенные градирни

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

В основном башни – это градирни ТЭЦ или АЭС.

К достоинствам башенных градирен можно отнести отсутствие потребления электроэнергии. Однако, гигантские капитальные затраты на строительство и большая занимаемая площадь делают выбор в пользу этого типа редким явлением.

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.

 

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. Свода 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 0С и/или малых расходов воды.

Преимущества
  • могут работать на горячей воде с t ≥ 60  0С
  • не требуется обслуживать вентилятор
  • отсутствие механические 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.

Сухие градирни схема

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
Автор: ООО "НПО "Агростройсервис"
Дата публикации: 30.10.2015
Заказать обратный звонок

Введите свои контактные данные и наши менеджеры вам перезвонят!
Мы работаем в будни с 8.00 до 17.00.

Заказать оборудование

Укажите свои контактные данные и предмет запроса, и наши специалисты свяжутся с Вами в ближайшее время!

Отправить сообщение

Укажите свои контактные данные и предмет запроса, и наши специалисты свяжутся с Вами в ближайшее время.