Градирни: виды, область применения, принцип работы

Большие, как правило круглые башни огромного диаметра, из которых выходит пар, видели многие, но мало кто точно знает, что этот объект – не что иное, как градирня. Располагаются такие гигантские сооружения вблизи крупных промышленных предприятий и электростанций. И это не случайность.

Слово «градирня» (нем. gradieren) немецкого происхождения. Его дословный перевод означает «сгущать соляной раствор». Первоначальное назначение этой конструкции – выпаривание воды из раствора соли при ее промышленном производстве. Сегодня это выражение имеет более широкое понимание и подразумевает устройство, охлаждающее воду при помощи воздушного потока.

Виды градирен

В этих устройствах охлаждаемое вещество контактирует с проходящим через него потоком воздуха. Это и есть знакомые всем башни с валящим из них паром. Максимально эффективны при наличии большого количества воды или энергоносителя. Отличительной особенностью является сильное обледенение зимой из-за высокой концентрации водяного пара.

Применяются для отвода в атмосферу тепла из охлаждаемой жидкости, без прямого контакта с охладителем. Другое название - драйкулер (от англ. dry cooler). Это обычный теплообменник, через который проходит теплоноситель. Он охлаждается воздушным потоком, благодаря которому температура носителя тепла уменьшается. В качестве устройства, создающего искусственную конвекцию, используется вентилятор.

Собственно, оба типа градирен отличаются только способом прохождения воздуха через охлаждаемую жидкость: искусственная или естественная конвекция.

Область применения сухих градирен

Постоянное увеличение стоимости электроэнергии ставит перед необходимостью использовать энергосберегающее оборудование или применять альтернативные источники энергии. Одной из основных сфер, в которых они получили широкое распространение, стали и хозяйственные и промышленные системы охлаждения, которых существует несколько типов.

Драйкулеры могут функционировать самостоятельно и в качестве периферийного оборудования в паре с холодильными агрегатами. Они применяются:

• В производствах, требующих большого количества хладоносителя;
• В промышленности – в пищевой и молочной, металлургии, химической, для охлаждения технологического оборудования: литьевых и холодильных машин, термопластавтоматов, при химической очистке веществ и др.;
• В гражданском строительстве: для охлаждения резервных электрогенераторов, холодильных установок, а также в системах кондиционирования воздуха;
• В системах оборотного снабжения водой – для охлаждения теплообменников тепловых и атомных электростанций;
• В супермаркетах, магазинах, охлаждаемых складских комплексах.

Популярность применения сухих градирен возрастает. С их помощью очень точно можно достичь практически любых параметров теплоносителя и получить экономию пространства и электроэнергии.

Преимущества драйкулера

Использование драйкулера, в котором охлаждаемая жидкость находится в закрытом контуре, имеет множество преимуществ перед испарительными градирнями:

• Длительный срок службы насосов и трубопровода. Это достигается за счет изоляции охлаждаемой жидкости от неблагоприятного воздействия атмосферы. В закрытой емкости хладоноситель практически не загрязняется;
• Простота монтажа, эксплуатации и сервисного обслуживания;
• Отсутствует испарение энергоносителя так, как он циркулирует по замкнутому контуру;
• Возможность использования практически любого типа антифриза;
• Новые блоки легко интегрируются в функционирующую систему охлаждения;
• Не повышается влажность воздуха, окружающая среда не загрязняется химическими соединениями. Это имеет большое значение для сохранения экологии в местности, где установлены драйкулеры;
• Короткий срок окупаемости;
• Этот способ утилизации тепла достаточно дешев.

Недостатки

• Одним из основных недостатков систем охлаждения dry cooler является прямая зависимость их производительности от температуры потока уличного воздуха. Эффективность охлаждения падает в летний период пиковых температур. В холодное время года, когда эффективность охлаждения чрезмерна и вентиляторы не работают, требуется регулировка количества охлаждающей жидкости.
• Кроме того, в жаркие дни они не в состоянии охладить воду до таких температур, какие обеспечивают испарительные охладители. Невозможно получить температуру охлаждаемой жидкости на выходе из устройства меньше, чем температура окружающей среды без использования специальных оросительных систем.
• Сухие градирни расходуют намного больше электроэнергии, чем испарительные. Их использование оправдано в случаях, когда вода очень дорогая или ее подача в испарительные охладители невозможна.

Принцип работы

Принцип работы драйкулера заключается в охлаждении теплообменника атмосферным воздухом, нагнетаемым вентиляторами. Испарения теплоносителя при этом не происходит, благодаря чему драйкулер (сухая градирня) получил свое название. Такой охладитель – один из наиболее эффективных способов утилизации избытков тепла. Нагретая жидкость поступает в теплообменник, где охлаждается, после чего вновь может использоваться. Это особенно ценится на промышленных предприятиях, где стоимость воды очень высокая или существует ее дефицит. Замкнутый контур сухого охладителя сводит ее расход к нулю, что значительно экономит средства производства.

1. Воздушный теплообменник с теплоносителем или калорифер. Он необходим для теплообмена между нагретой жидкостью и атмосферным воздухом.
2. Вентиляторы. Обеспечивают циркуляцию воздуха через градирню, который может как нагнетаться, так и вытягиваться. Его количество напрямую зависит от температуры, а также от технического задания для градирни. Чем выше температура окружающей среды, тем больше его понадобится для охлаждения. Поэтому работой вентиляторов необходимо управлять.
3. Регуляторы вращения. Предназначаются для регулирования скорости вращения лопастей вентиляторов. С увеличением скорости увеличивается количество воздуха для охлаждения.
4. Датчики. С помощью этих устройств измеряется температура жидкого теплоносителя и окружающей среды. Это позволяет контролировать уровень охлаждения всей системы.

Принцип работы оборудования очень простой. Вентилятор с диффузором, размещенный на корпусе градирни, нагнетает холодный уличный воздух на теплообменник, состоящий из большого количества труб, которые являются теплопередающей поверхностью. В нем по замкнутому кругу циркулирует охлаждаемая жидкость. За счет значительной площади поверхности (до нескольких тысяч квадратных метров), которая соприкасается с охладителем, происходит быстрый отвод тепла через многочисленные ребра устройства путем конвекции и теплопередачи. Как правило, для обычных сухих градирен применяются осевые вентиляторы, а для решения специфических задач – центробежные.