Какие бывают градирни, плюсы минусы, устройство и применение

Что такое градирня?

Это теплообменные устройства для отвода тепловой нагрузки в атмосферу. Градирня для охлаждения воды находит применение в самых разных областях промышленности. Они отводят тепло в атмосферу путем охлаждения потока воды. Существует два основных типа оборудования:

• Градирни с открытым контуром, также называемые "мокрыми" или испарительные градирни, в которых технологическая вода непосредственно контактирует с окружающим воздухом.
• Градирни с закрытым контуром, или сухие градирни, или драйкулер, или градирни драйкулеры, они не предусматривают прямого контакта между окружающим воздухом и охлаждаемой жидкостью.

Оба типа служат одной и той же цели, но охлаждают воду разными способами.

Принцип действия градирни

Градирня для охлаждения с открытым контуром, полагается на теплоту испаряющейся воды, для обмена теплом с проходящим через нее воздушным потоком. Установка способна понизить температуру ниже температуры окружающей среды, немного больше точки росы (фазового перехода).

Сухая градирня понижает температуру воды только до температуры на +5+7 °C выше относительно окружающего воздуха, но дополнительное охлаждение может быть получено путем адиабатического увлажнения.

Мокрые градирни эффективно работают в жарком и сухом климате, но когда окружающий воздух становится влажным, производительность мокрых падает. В то же время, производительность сухих не зависит от влажности воздуха, а зависит от его температуры.

Конструкция системы

Сухая градирня

Сухой охладитель имеет простую и надежную конструкцию, которая включает теплообменник (обычно это оребренные трубы или микроканальные змеевики) и вентиляторы, которые направляют воздушный поток через теплообменник для охлаждения проходящей через него воды или раствора гликоля. Сухие охладители в основном выпускаются с горизонтальным или вертикальным расположением воздушного блока. Мощность отвода тепла обычно составляет до 1 МВт, хотя на рынке представлены драйкулеры большой мощности.

Мокрая градирня

Это специализированный теплообменник, в котором воздух чтобы снизить температуру воды должен находятся в непосредственном контакте с ней. При этом происходит испарение небольшого количества воды, что снижает её температуру.

Вода, нагретая в ходе промышленного процесса или в конденсаторе кондиционера, подается в градирню по трубам. Она распыляется через форсунки на куски материала, называемого "наполнителем", который замедляет поток и открывает как можно большую площадь поверхности для максимального контакта воздуха с водой. Вода проходит через градирню, там она сталкивается с воздухом, который прогоняется вентилятором.

Когда вода и воздух встречаются, небольшое количество воды испаряется, создавая фазовый переход. Затем охлажденная вода перекачивается обратно в конденсатор или технологическое оборудование, где она поглощает тепло. Затем попадает в бассейн градирни, после чего работа градирни повторяется.

Для каждой области применения требуется свое устройство. Охлаждение градирней проектируются нескольких типов, с большим количеством доступных размеров. Понимание различных типов, а также их преимуществ и ограничений важно при выборе проекта.

Какие охладители встречаются?

Заводской сборки и возводимые на месте.

• Заводской сборки, это типовые градирни поставляемые в виде секций. Относительно небольшие доставляется готовыми. Более крупные с изготавливаются на заводе в виде модулей и отгружаются для окончательной сборки. Градирни заводской сборки могут быть перекрестноточными или противоточными, с побудительной или принудительной тягой, в зависимости от области применения.
• Возводимые на месте башенные градирни, изготавливаются из сборных конструкций, маркируются по частям и доставляются на место окончательной сборки.

С принудительной и естественной тягой.

Вентиляторная градирня с принудительной тягой оснащена вентиляторами, которые обычно устанавливаются в верхней части устройства и проталкивают воздух через заполняющую среду.

В градирнях с естественной тягой воздух приходит в движение за счет поднятия его температуры.

Когда воздух поступает снизу, ее называют противоточной "градирня противоточного типа" если поток направлен перпендикулярно, то ее называют перекресноточной "градирня перекрестного типа".

• В перекрестноточных градирнях вода проходит вертикально через наполнитель, а воздух проходит горизонтально, поперек потока падающей воды. Благодаря этому воздуху не нужно проходить через распределительную систему, что позволяет использовать самотечные бассейны для распределения горячей воды. Бассейны установленные в верхней части устройства над наполнителем.
• Противоточные градирни спроектированы таким образом, что воздух движется вертикально вверх, противодействуя потоку падающей воды в наполнителе. Из-за этого вертикального потока воздуха невозможно использовать открытые самотечные бассейны, типичные для противоточных конструкций. Вместо этого противоточные используют системы разбрызгивания под давлением на верхнюю часть наполнителя.

Поскольку воздух должен проходить через систему распыления, оросители и форсунки должны быть расположены на большом расстоянии друг от друга, чтобы не ограничивать поток воздуха.

Устройство градирни мокрого типа сложнее, чем у драйкулера.

Она включает:

• Форсунку-ороситель градирни для однородного распыления горячей воды на теплообменную среду
• Заполняющий или мокрый настил
• Вентиляторы, направляющие окружающий воздух по всей градирне
• Каплеуловители, предотвращающие выброс капель воды вместе с воздухом
• Бассейн для сбора охлажденной воды

Каплеуловители являются жизненно важным компонентом для поддержания эффективности градирни и минимизации потерь воды. Его структура обеспечивает многократное отклонение воздушного потока, что заставляет капли воды, уносимые воздушным потоком, оседать на поверхности наполнителя и стекать в сборный резервуар.

Наполнитель

Одним из самых важных компонентов является наполнитель. Его способность обеспечить максимальную поверхность контакта и максимальное время контакта между воздухом и водой определяет эффективность градирни. Две основные классификации наполнителей: наполнитель типа "брызги" (разбивает воду) и наполнитель типа "пленка" где вода градирни распределяется тонким слоем.

• Пленочный заполнитель представляет собой набор текстурированных листов с большой площадью поверхности, на которых вода растекается и образует тонкую пленку в контакте с потоком воздуха. Это гарантирует высокую скорость теплообмена между водой и воздухом.
• Брызгоуловитель - это многослойная структура, которая образует мелкие капли для увеличения контакта между воздухом и водой, что приводит к увеличению скорости теплообмена.

Выбор наполнителя должен основываться на качестве воды: пленочный наполнитель идеально подходит для чистой воды, а брызгоуловитель - для некачественной или грязной воды с высоким содержанием твердых частиц.

Существуют специальные решения для снижения риска роста бактерий, например, антилегионеллезные наполнители, которые нарушают метаболический процесс микроорганизмов и прерывают способность бактерий расти и размножаться.

Плюсы и минусы охладителей

Мокрые (с открытым контуром) больше подходят для крупных промышленных объектов, требующих охлаждения огромных объемов воды:

Плюсы:

1. Возможность охлаждения технологической воды ниже температуры сухого термометра;
2. Надежная работа в условиях жаркой окружающей среды;
3. Высокая холодопроизводительность на единицу продукции.

Минусы:

1. Высокая стоимость оборудования и монтажа;
2. Высокие эксплуатационные расходы, включающие частую обработку/долив воды, обслуживание компонентов системы, затраты на электроэнергию;
3. Относительно высокое потребление воды из-за испарения;
4. Образование ржавчины на трубопроводах;
5. Рост бактерий, включая легионеллу.

Драйкулеры особенно хорошо подходят для малых и средних промышленных и коммерческих систем естественного охлаждения:

Плюсы:

1. Низкие эксплуатационные расходы, затраты на обслуживание;
2. Возможность работы в любых климатических условиях, от жарких и влажных до экстремально холодных;
3. Широкое разнообразие конструкций агрегатов, что дает возможность приспособить их практически для всех сред и применений;
4. Минимальное засорение системы и загрязнение технологической воды.
5. Отсутствие потерь воды.

Минусы:

1. Невозможность охлаждения технологической воды ниже температуры сухого термометра, без предварительного адиабатического охлаждения;
2. Относительно низкая производительность на единицу продукции.

Будучи замкнутыми системами, сухие охладители имеют ряд преимуществ по сравнению с мокрыми градирнями, включая более низкие первоначальные затраты и техническое обслуживание, повышенную надежность системы и увеличенное время безотказной работы. Будучи оснащенными испарительным предварительным охлаждением, сухие градирни обеспечивают эффективность, которая, как и для градирен мокрого типа, ограничивается только температурой влажного термометра.

При выборе между градирней с открытым контуром и драйкулером, наиболее значимым фактором остается производительность системы. Постоянное внедрение новых эффективных технологий, таких как микроканальные теплообменники, EC-вентиляторы, интеллектуальные системы управления и другие, позволяет рассматривать сухие градирни как эффективную часть новых экологичных тепловых систем.