Градирня - що це таке? Види, характеристики, будова та принцип дії

Експлуатація промислових енергетичних станцій пов'язана з безліччю технологічних процесів, частина з яких виконують теплові та охолоджуючі споруди. Вони призначені для регулювання температур робочих середовищ і комунікаційної інфраструктури в системах ТЕЦ і АЕС. Найбільш помітним і продуктивним об'єктом такого типу є градирня. Що це таке? У загальному розумінні це баштове споруда, всередині якого відбуваються мікрокліматичні процеси обробки різних середовищ шляхом направлення атмосферного повітря. На практиці зустрічаються різні види даної конструкції, що відрізняються і технічним пристроєм, і функціональністю.

Конструкція баштової градирні

Найбільш поширена формація градирні, яка найчастіше виконується на залізобетонній основі у вигляді конуса. Всередині розміщуються обов'язкові функціональні блоки – система водопостачання, зрошувач, ємність і супутня запірно-регулююча арматура. Класична баштова градирня, фото якої представлено вище, може обслуговувати не тільки воду як робочий ресурс енергоблоку, але і технічні рідини з паливними елементами. Активним середовищем впливу є зовнішнє повітря, для надходження якого передбачаються отвори в нижній частині (підошві) споруди. Через вентиляційні канали повітряна маса піднімається вгору і завдяки природній тязі охолоджує цільові рідини в резервуарах.

Плюси і мінуси баштової градирні

Серед переваг баштових конструкцій можна відзначити відсутність споживачів електроенергії. Тобто функціональні системи і агрегат не потребують спеціальної підводці джерел живлення і діють автономно. На це ж зроблено акцент і в реалізації повітрозабірного пристрої градирні, принцип дії якого грунтується на природному заміщення теплого повітря холодним. Втім, реалізація вентиляційних і охолоджувальних систем може бути різною. Якщо говорити про недоліки баштової градирні, то на перший план вийде дорожнеча будівництва і низький потенціал охолоджуючого ефекту. Причому в зимовий час потрібні спеціальні обслуговуючі заходи щодо захисту комунікацій від переохолодження.

Конструкція ежекторной градирні

Головною відмінністю цього різновиду градирні є застосування стали в корпусі. Причому не частково, а в якості основного матеріалу. Всередині конструкції встановлюється високонапірні трубопровід з ежекторами – розподільними патрубками. У процесі роботи функціонального блоку відбувається розпилення води через сопла ежекторів з подальшим піднесенням повітряних потоків в зону розрідження. Контакт з холодними потоками охолоджує мелкодисперсинонные краплі рідини, що зумовлює високу ефективність даної системи з точки зору виконання цільової задачі. Але, продуктивність металевої градирні з ежекторами забезпечується не сама собою шляхом природних фізичних процесів як у випадку з баштовими конструкціями, а за рахунок роботи насосів. Завдяки насосним станціям в розпилювальних механізми підтримується достатній тиск, що в підсумку спрощує процес охолодження.

Принцип роботи градирні

Як видно, завдання охолодження цільових рідинних середовищ виконуються завдяки продуву потоками холодного повітря. В той же час можуть виконуватися і додаткові, а також проміжні функції зразок випаровування. Кожен раз по міру виділення конденсату через контури подачі води відбувається її заповнення в робочій зоні. Або наповнюються ємності ежекторів, або відбувається подача рідини на стінки поверхні зрошувача. Важливо підкреслити і наявність фільтраційних бар'єрів, які відокремлюють водопровідний канал від резервуара градирні. Принцип дії очисних мембран визначається призначенням обслуговується рідини – як мінімум, реалізується груба крупнофракционная затримка механічних домішок, але в сучасних системах може бути присутнім і комплексна тонка обробка води з елементами біохімічної фільтрації.

Що ж відбувається з рідиною після охолодження? Це теж залежить від характеру загального технологічного процесу, в якому опосередковано бере участь градирня. Як правило, гаряча вода є використаним продуктом виробництва, тому її скидають у підключені очисні або стічні канали. Також застосовується схема і постійної циркуляції рідини, при якій охолоджена середовище повертається на первинний технологічний ділянку для температурної регуляції обладнання ТЕЦ і АЕС.

Характеристики градирні

До основних експлуатаційних параметрів можна віднести продуктивність і температурні режими, з якими в принципі може працювати конкретна станція. Що стосується першого значення, то великі градирні можуть охолоджувати ресурс на швидкості близько 200 м 3 /ч. Висота таких споруд становить 150-170 м при діаметрі основи близько 150 м. Температурні величини, як уже зазначалося, безпосередньо залежать від принципу роботи станції. Наприклад, конструкції з природною циркуляцією повітря працюють з теплою рідиною на 30-40 °C. У такому стані вона надходить в резервуар, а після охолодження її температура знижується до 15-20 °C. Не робить воду крижаний і ежекторний комплекс. Його перевага скоріше полягає у можливості роботи з вхідними температурами понад 60 °C. Ступінь зниження може досягати 20 °C. На працездатність ежекторів впливає й величина щільності зрошення градирні. Що це за показник? Він визначає питому величину рідинного витрати на 1 м 2 зрошуваної площі. Оптимальні значення припадають на діапазон від 6 до 12 м 3 /ч.

Особливості «сухих» конструкцій

У таких системах передбачаються теплообмінні конструкції з радіаторами, які виводять потоки вже нагрітого повітря. Їх відведення за межі робочої площадки по спеціальним каналам забезпечують вентиляторні установки. При компонуванні подібних конструкцій інженери намагаються мінімізувати або зовсім виключити прямий контакт процесів охолодження (охолодження) з передачею теплової та циркуляцією гарячих потоків. До плюсів «сухий» градирні відносять високу якість охолодженої води (відсутність забруднень, збереження об'єму тощо), можливість роботи з високими температурами і довговічність конструкційних поверхонь. Мінімальна ступінь зволоження повітряного середовища знижує ризики корозійного ураження металевих елементів споруди, тому продовжується і експлуатаційний ресурс обладнання.

Особливості «мокрою» градирні

Також такі станції називають випарними, так як принцип їх роботи ґрунтується на передачі теплової енергії від рідини повітрю в результаті безпосереднього контакту середовищ. Як же функціонує «мокра» градирня і що це таке з точки зору технічного пристрою? Внутрішня компоновка функціональних блоків так само передбачає наявність вентиляторних установок (окремо стоять або секційних), які виводять залишився повітря, але головну функцію випаровування виконує конденсаційний змійовик. Це контур, в якому циркулює рідина під впливом високих температур. Завершується рух води її розпиленням через мелкоформатные форсунки під інтенсивним обдуванням вентиляторами.

Система зрошення градирні

Один з ключових компонентів градирні, від якого залежить охолоджуюча здатність споруди. Власне, завдання зрошувача полягає в забезпеченні максимальної площі мелкодісперсіонной (краплинного) розподілу води для контакту з потоками повітря. Цей елемент інфраструктури може мати різне конструкційне виконання – наприклад, зустрічаються бризкальні, плівкові, краплинні і інші типи пристроїв. В якості матеріалу для виготовлення частіше застосовують легкі пластикові сплави на основі поліпропілену та поліетилену. Зокрема, плівковий зрошувач градирні виконується з високотехнологічних полімерів, що забезпечують ефективне охолодження при мінімальних ресурсах. Але, ці ж пристрої мають ряд недоліків, серед яких забивання розділових секцій дрібними суспензіями і домішками. Знову ж таки, варто підкреслити значимість попередньої фільтрації води не тільки для якості рідини як такої.

Система водорозподілу

Якщо зрошувач відповідає безпосередньо за розпорошення, то водораспределители виконують рівномірну регулювання потоків за соплам і патрубків. На сьогоднішній день частіше використовуються напірні водорозподільні агрегати, що базуються на системі трубопроводів і приєднаних до них форсунок. Для виготовлення такого колектора застосовуються металеві і композитні матеріали, а також пластмасові сопла. На етапі розподілу води робота градирні може забезпечуватися автономними факелами з радіусом дії близько 150-200 див. Інтенсивність подачі води до зрошувача буде залежати від принципу дії сопла – це може бути відцентрова, ударна або струменевий установка.

Вентиляційна система

Параметри вентилятора будуть визначатися площею зрошення. Стандартна система передбачає використання витяжних і нагнітальних установок з різними мощностными потенціалами. Наприклад, якщо робоча площа складає не більше 15 м2 то тяга нагнітального вентилятора може повністю обслуговувати функції воздуховода. Конструкція таких агрегатів зазвичай формується двома елементами – дифузором і робочим колесом. Для виготовлення корпусу застосовуються композитні матеріали, що дозволяють інтегрувати ребра жорсткості під корпус. Дифузор може виконувати завдання регулювання тиску, що виникає при інтенсивному охолодженні градирень на виході за напрямом повітряного потоку. У свою чергу, робоче колесо формується комбінацією лопатей і маточини, а в процесі роботи створює постійний охолоджуючий потік. Діаметр такого колеса має від 25 м до 20 м в залежності від масштабів споруди.

Висновок

За винятком окремих техніко-конструкційних рішень всередині станції конструкція градирні як промислового об'єкта може здатися принципово застарілою. Але чи є альтернатива таким спорудам? Завдання охолодження різних технічних рідин у великих обсягах також вирішуються за допомогою бризкальних басейнів і ставків-охолоджувачів. Але і в цих випадках спостерігаються ті ж проблеми у вигляді низької продуктивності, які доповнюються і специфікою використання природних робочих середовищ. У тому ж ставку регулярно цвіте вода, що вимагає виконання спеціальних заходів по біологічному обслуговування об'єкта. І на цьому тлі не так вже погана градирня. Що це з точки зору самих експлуатуючих підприємств? Як мінімум оптимальне по фінансових і трудових витрат технологічний засіб для підтримки допоміжних процесів охолодження робочого обладнання. Причому в деяких випадках така переробка технічної рідини є єдино виправданим способом, так як продуктивність в плані температурної регуляції цілком укладається в нормативи відведення виробничих стоків.