Градирня отводит избыточное тепло из рециркуляционной воды оборудования предприятия. Испарение части жидкости при контакте с воздушным потоком приводит к охлаждению.
Принцип работы
Капли воды распределяются форсунками по оросительному модулю. Тонкая плёнка увеличивает площадь контакта газ–жидкость. Естественная либо механическая тяга продвигает воздух снизу вверх. Теплопередача описывается интегральным уравнением Меркеля, учитывающим энтальпию влажного воздуха и температуры воды.
Конструктивные типы
Классическая башенная компоновка содержит гиперболический железобетонный корпус и использует естественную тягу. Вентиляторная версия применяет осевые или центробежные агрегаты, размещённые на входе либо выходе. Гибридная схема объединяет атмосферный канал и вентиляторную секцию, снижая туманообразование. Тонкослойная модель с горизонтальным потоком подходит для ограниченных площадей. Корпуса из стеклопластика, оцинкованной стали либо древесины применяются при невысоком расходе воды. Железобетон выдерживает повышенную температуру оборотной жидкости и ветровые нагрузки. Заполнители из ПВХ или древесных планок подбираются по критерию температурной устойчивости.
Расчёт параметров
Исходные данные включают тепловую нагрузку Q, расход воды G, температуры входа t₁ и выхода t₂, условия окружающей среды. Уравнение Меркеля в интегральной форме даёт базовую высоту насыпи: ∫(t₂,t₁) dT / (h_w − H) = 1 / (K A / G), где h_w – энтальпия насыщенного пара, H – энтальпия воздуха, K – коэффициент теплопередачи, A – поверхность обмена. Диаграммы П2–Δt упрощают подбор в инженерной практике. Поправки вводятся на высоту площадки, степень загрязнения, разбрызгивание. Для газотурбинной ТЭЦ с нагрузкой 50 МВт и диапазоном охлаждения 10 °С расход воды равен 4300 м³/ч. При среднем K = 1,6 кВт/м² К расчётная поверхность обмена составляет 8700 м², что достигается ячейкой 16 × 16 м и высотой 2,8 м.
Эксплуатация включает контроль дрейфа капель, продувку, предотвращение накипи, коррозии, биологического обрастания. Дрейфовые потери не превышают 0,02 % расхода воды при использовании лопастных каплеуловителей. Продувочная вода отводит растворённые соли, поддерживая коэффициент концентрации 4-5. Ингибиторы коррозии на основе органофосфатов, биоциды и диспергаторы удерживают химический баланс.
Регламент предусматривает циклы 8 часов, неделя, квартал, год. Ежедневная проверка давления воды и вибрации вентилятора предотвращает аварийную остановку. Еженедельная промывка фильтров удерживает перепад давления ниже 70 кПа. Ежегодное динамическое балансирование вентилятора снижает энергопотребление на 3-4 %. Замена оросительных блоков выполняется при понижении коэффициента водораспределения до 0,8.
Инженеры стремятся сократить водные потери и видимый паровой шлейф. Пленочная градирня с сухой секцией подогревает выпарные газы перед выходом, уменьшая влажность. Шум поглощается перфорированными кожухами и направленными диффузорами. Переход на переменное число оборотов вентилятора уменьшает годовое потребление энергии свыше 25 %.
Систематический расчёт, грамотно подобранная конструкция и строгий регламент обслуживания поддерживают стабильную температуру оборотной воды, энергосберегающий режимим и экологическую безопасность промышленного объекта.
Градирня отвечает за рассеивание остаточного тепла, выводящегося вместе с оборотной водой из конденсаторов, реакторов и компрессоров. Испарительное охлаждение снижает температуру до значений, близких к температуре мокрого термометра, что повышает КПД установки и ограничивает потребление свежей воды.
Конструктивные элементы
Башня включает каркас, распределительную сеть, оросительную насадку, каплеулавливатель, вентиляторную группу, водосборный приёмный резервуар. Каркас выполняется из железобетона, оцинкованной стали либо композитных панелей. Насадка формируется блоками гофрированного ПВХ или деревянных реек, создающих развитую поверхность для тонкой плёнки воды. Каплеулавливатель изменяет направление воздушного потока и удерживает капли диаметром от 0,2 мм, уменьшая выброс влаги до 0,002 % от циркуляционного расхода. Вентиляторная группа состоит из диффузора, осевого колеса, редуктора и электродвигателя. Приёмный резервуар оборудуется щитками для гашения энергии потока и сетками, задерживающими крупные механические примеси.
Типы градирен
По способу создания тяги различают башни с естественной, механической и индуктивной тягой. Естественная тяга формируется из-за разницы плотностей тёплого влажного и холодного сухого воздуха, высота сооружения превышает 100 м, что оправдано на ТЭС и АЭС вместимостью свыше 300 МВт. Механическая тяга создаётся осевыми вентиляторами. Индуктивная разновидность объединяет естественный и механический методы, ограничивая высоту до 60 м и энергопотребление вентиляторов до 35 % от показателя классической механической схемы. По направлению потоков рразличают противоточные и перекрёстные модели. Противоточные башни компактнее, однако требуют более высокого напора насоса, перекрёстные выдерживают колебания расхода без изменения характеристик. По исполнению выделяют открытые и закрытые схемы. Закрытая башня располагает трубчатым теплообменником, исключающим контакт оборотной воды с атмосферой и ограничивающим загрязнение.
Расчёт эффективности
Эффективность η вычисляют через отношение фактического охлаждения к теоретически возможному:
η = ((T_гор – T_хол)/ (T_гор – T_мт)) × 100 %.
T_гор — температура воды на входе, T_хол — температура на выходе, T_мт — температура мокрого термометра воздуха. Диапазон охлаждения (range) определяется разницей T_гор – T_хол, а приближение (approach) — T_хол – T_мт. Значение η выше 70 % свидетельствует о рациональном соотношении расходов воздуха и воды. Пример: при T_гор = 45 °C, T_хол = 32 °C, T_мт = 26 °C эффективность составит 76,9 %. При проектировании учитывают удельный расход жидкости, отношение L/G, объёмный коэффициент теплоотдачи KaV/L, высоту насадки, потери на распыление и вынос капель.
Факторы, влияющие на работу
Термодинамическая производительность снижается при зарастании насадки биоплёнкой, отложениях карбоната кальция и обрастании водорослями. Заранее предусматривается система дозирования биоцидов, антинанофаульных реагентов, сернокислого аммония либо фосфонатов. Выбор реагента опирается на жёсткость подпиточной воды и концентрационный фактор цикла. Для исключения ледообразования зимой применяются электроподогреватели приёмного резервуара, автоматическое отключение вентиляциияторов при снижении нагрузки, рециркуляция горячей воды через обходную линию.
Эксплуатационные требования
Обязательны ежедневные обходы с журналом вибрации вентиляторов, температур подшипников, уровня масла, тока электродвигателей. Один раз в неделю лаборатория проверяет pH, проводимость, щёлочность и содержание свободного хлора. Раз в месяц проводится балансировка вращающих элементов, очистка форсунок и слив данных отстойников. Ежегодная ревизия включает дефектоскопию сварных швов каркаса, ультразвуковой контроль толщины стенок труб, проверку диэлектрической целостности кабелей. При обнаружении коррозионных точек наносится эластомерное покрытие полиуретан-модификатором толщиной 1,5 мм. Допустимый уровень звукового давления для санитарной зоны — не выше 70 дБ(А) в дневное время, вибрация на валу редуктора — не выше 7 мм/с rms.
Биологическая безопасность
Аэрозольное облако несёт риск легионеллёза. Предотвращение предусматривает температурный контроль: T_хол не выше 30 °C, T_гор свыше 50 °C при периодическом термошоке. Дозирование окислительных биоцидов (гипохлорит натрия, диоксид хлора) ведётся импульсным методом согласно регламенту ISO 16890. Персонал использует фильтрующие полумаски FFP3 при контакте с разбрызгиваемой водой, доступ внутрь корпуса — по наряду с мониторингом содержания кислорода.
Энергетическая оптимизация
Частотное управление вентиляторами снижает удельный расход электроэнергии до 0,04 кВт·ч/м³ охлаждённой воды, плёнообразующая насадка с низким гидравлическим сопротивлением уменьшает напор насосов на 4–6 м водяного столба. Гибридная конструкция с конденсаторомакционными секциями ограничивает видимый паровой шлейф при температуре окружающего воздуха ниже 5 °C, что повышает визуальный комфорт и исключает конденсацию влаги на соседних коммуникациях.
Периодическая сертификация
Согласно CTI ATC-105 испытания проводятся каждые пять лет. Полевой аудит включает измерение температур на входе и выходе, влажности, расхода воздуха анемометрами, расхода воды ультразвуковыми расходомерами и коррекцию до стандартного атмосферного давления 101,325 кПа. Полученные данные сопоставляются с расчётной кривой производительности, отклонение свыше 5 % сигнализирует о необходимости модернизации.
Корректно спроектированная и грамотно обслуживаемая градирня гарантирует противоположную зависимость температуры циркуляционной воды от расходов энергии и реагентов, продлевает ресурс технологического оборудования и снижает экологическую нагрузку.
