Градирня — инженерное сооружение для отвода тепловой нагрузки циркуляционной воды при кондиционировании, металлургии, химическом и энергетическом производстве. Теплообмен реализуется испарением части воды и конвекцией в воздушном потоке.
Виды градирен
Вентиляторная механическая оснащена пропеллерными либо центробежными вентиляторами. Тяга создаётся приводом, ускоряющим тепло- и массообмен. Башенная естественной тяги представляет собой гиперболоидную оболочку из железобетона: разница плотности нагретого и наружного воздуха формирует устойчивый восходящий поток без внешнего источника энергии. Сухая конструкция с оребрёнными трубами отводит тепло через конвекцию без прямого контакта воды с воздухом. Гибридная объединяет сухой и мокрый режимы, снижая видимый паровой шлейф в холодный сезон.
Принцип работы
Брызги распределяются по оросительному блоку, образуя тонкую плёнку. Воздушный поток проходит навстречу каплям либо по касательной. Испаряясь, жидкость снижает температуру, влажный воздух удаляется через диффузор или выпускную шахту. Влагопотери восполняются подпиткой из градирного колодца. Сепараторы капель предотвращают дрифт, удерживая аэрозоль в пределах 0,02 % от расхода. Теплотехнический напор зависит от разности между энтальпией наружного воздуха и контр-тока в зоне распыла. При пересечённом потоке наблюдается минимальный гидравлический напор, при противоточном — лучший тепломассообмен, однако возрастает сопротивление вентилятора.
Нормы проектирования
Проектирование опирается на СНиП 41-02-2003, СП 155.13330 2014, ASHRAE Guideline 3-2012. Элементы подбирают по расчётуным условиям: расход воды, перепад температур, граничный уровень шума, дрифт-вынос 0,02 %. Расчёт напора включает статическую и динамическую составляющие. Материалы оросителя: ПВХ класса V0 либо полипропилен для горячих схем. Корпус из стеклопластика выдерживает коррозионную среду без защитных покрытий. Железобетон армируется перфорированными рамами с антикоррозионным слоем. Для сейсмоопасных районов принимают фундаментную плиту с интегрированными деформационными швами. Система шумопонижения предусматривает глушители на воздухозаборных окнах и звукоизолирующие кожухи вентиляторов.
Эксплуатационная программа включает ежесуточный контроль температурного напора и электропотребления, еженедельный анализ воды на солесодержание, pH, бактериальный индекс. При отклонении вводятся биоциды, фосфонаты, корректоры pH. Сепараторы капель очищаются раз в полугодие от минеральных отложений. Плановый осмотр редукторов и подшипников проводится после каждой пятисотчасовой наработки. Зимняя консервация предполагает частичный слив, отключение вентиляторов и циркуляцию подпиточной линии с электроподогревом.
Экологические аспекты
Загрязнение аэрозолями с легионеллами регулируется СанПин 2.1.2.3358-16. Дрифт-лавки, двухступенчатый отбор капель и химическая обработка снижают бактериологический риск. Шумопоглощающие экраны вдоль ограждения уменьшают звуковое давление до 55 дБА на границе промплощадки. Паровой шлейф сокращается за счёт предварительного подогрева приточного воздуха и элиминаторов влаги. Приборы учёта воды, электроэнергии и биоцидов упрощают экологическую отчётность.
Глубокий теплотехнический расчёт, точная аэрационная схема и регулярный сервис обеспечат устойчивую работу градирен в промышленном цикле.
Градирня служит для отвода тепла от циркуляционной воды тепловой станции. Башня высотой до двухсот метров соединяет воду и воздух, после чего охлаждённая вода возвращается в конденсатор турбины.
Каркас выполнен из железобетона, внутри размещаются оросительные пакеты из полимерных лент. Вода, поступающая сверху, разбивается на мелкие плёнки, что сильно увеличивает площадь испарения.
Тепловой баланс станции
Конденсация пара в турбине проходит при давлении около 5-10 кПа, поэтому температура конденсата не превышает 30-35 °C. Такой режим поддерживают за счёт постоянного притока холодной воды, градирня снижает её температуру на 8-12 K за один проход.
Вентиляторная схема использует механическую тягу от электрических двигателей, естественно тянутся опирается на плотностную разницу тёплого и холодного воздуха, что создаёт восходящий поток внутри гиперболической башни.
Аэродинамика корпуса
Форма гиперболоида ускоряет поток за счёт эффекта Вентури. Скорость на сужении достигает 4-6 м/с, благодаря чему капли сильнее дробятся, испаряясь интенсивнее. Паровоздушная смесь выходит через верхнее кольцо, отдавая энергию окружающей среде.
Оборотная вода теряет лишь расход испарения и продувки, остальной объём движется по контуру. Один цикл занимает считанные минуты, поэтому температура в конденсаторе отклоняется в пределах одного-двух градусов.
Экономика и экология
Одна градирня потребляет до 0,2 % нетто-выработки станции на собственные нужды вентиляторов и насосов. Точная настройка каплеулавливания снижает потери воды до 0,02 % от циркуляционного расхода и уменьшает солевые выбросы на прилегающую территорию.
Высокая эффективность достигается за счёт оптимизации распределения воды, регулярной очистки сопел, контролируемой химобработки. Применение плёночных насадок с увеличенной площадью контакта уравновешивает рост гидравлического сопротивления и затрат энергии, обеспечивая стабильный результат при разных погодных условиях.
