Гиперболоидные градирни ТЭЦ-21 в Москве

Гради́рня (нем. gradieren — сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) — устройство¹⁾ для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями.

В настоящее время градирни большой производительности применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях (в том числе АЭС) и ТЭЦ. В гражданском строительстве градирни используются, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, при кондиционировании воздуха, охлаждении аварийных электрогенераторов. Наибольшее распространение применение градирен получило в промышленности для охлаждения разного рода технологического оборудования, при химической очистке веществ, часто в связке с системой местных очистных сооружений (МОС). Имеют широкое применение на предприятиях ВПК, энергетической, судостроительной, авиационной, химической отраслей, металлургии, машиностроения, и пищевого производств и т.д.

При замыкании водооборотного цикла на местные водоочистные сооружения решается и задача утилизации значительного количества технических сточных вод, перенаправляемых на градирную установку. А технические решения по утилизации тепловой энергии (избытка пара) с применением теплонасосных установок (ТНУ) позволяют преобразовывать её в электроэнергию.

Процесс охлаждения в случае классических вентиляторных градирен 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. В инновационных эжекционных градирнях охлаждение происходит за счёт создаваемой среды, приближенной к условиям вакуума специальными форсунками (обеспечивающие площадь тепломассообмена, каждая — 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, и 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 используются там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (озёра, моря), а также из-за опасности их загрязнения.

Простая и дешёвая альтернатива градирням — брызгальные бассейны, где вода охлаждается простым разбрызгиванием, правда, с небольшим эффектом.

Характеристики

Градирни на Новоиркутской ТЭЦ

Гиперболоидные градирни на харьковской ТЭЦ-5

Вентиляторная градирня завода «Арсенал» (Киев)

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 в областях с морозной зимой может быть опасно из-за риска обмерзания градирни. Происходит это чаще всего в местах соприкосновения 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 (но только для градирен с оросителем). В вентиляторных градирнях нагнетательные вентиляторы также часто подвергаются обледенению при неправильной эксплуатации градирни. При использовании эжекционных градирен большая часть этих рисков пропадает из-за отсутствия как вентилятора, так и оросителя.

Классификация

По способу подачи воздуха:

• башенные (тяга создаётся при помощи высокой вытяжной башни);
• вентиляторные (тяга создаётся вентилятором);
• открытые (атмосферные), использующие силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха через ороситель;
• эжекционные²⁾, использующие эффект эжекции при движении водо-воздушной смеси на высоких скоростях в специальных каналах.
• брызгальные, действующие по принципу простого разбрызгивания или фонтана.

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 электроэнергии 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. При этом эжекционные градирни довольно морозостойкие, что делает их эксплуатацию в областях с морозной зимой наиболее экономически выгодной.

Интересные факты

• Самая производительная градирня в мире — градирня немецкой АЭС Изар³⁾. Она охлаждает 216 000 кубометров воды в час. Её высота 165 метров, диаметр основания — 153 метра.
• Самая высокая градирня в мире — построена в 2012 году для индийской ТЭС Калисиндх, её высота 202⁴⁾ метра. До этого, начиная с 2002 года, самой высокой считалась градирня немецкой ТЭС Нидерауссем, работающей на буром угле, высотой 200 метров.
• Самая высокая градирня в России — построена в 2012 году для 1-го энергоблока строящейся Нововоронежской АЭС-2. Её высота 172,5⁵⁾ метра. Спроектированы градирни высотой 179 метров для Курской АЭС-2⁶⁾.
• Самая большая вентиляторная (по размеру секций) градирня в России — построена в 2012 году для ТЭЦ-11 Иркутскэнерго. Размер её секции составляет 18×18 метров.

Ссылки