В связи с ужесточением требований по охране окружающей среды, необходимостью экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов все большее применение на предприятиях многих отраслей промышленности находят системы оборотного водоснабжения. В состав этих систем входят насосные станции, участки подготовки воды, включая химреагентную обработку, градирни, коммуникации и т.д.
Градирни — это специальные устройства для охлаждения большого количества воды посредством направленного потока воздуха. Также их называют охладительными башнями, что звучит более понятно. Это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
Градирни в привычном нам гиперболоидном виде появились в Нидерландах. Именно там в 1918 году проживал и работал «отец градирен» — профессор машиностроения Фредерик ван Итерсон. Он занимал пост директора государственных соляных шахт Голландии и был первоклассным изобретателем. Градирни он сконструировал в качестве вспомогательного устройства для выпаривания соли. Однако, по мнению историков, Голландия — родина градирен только по документам. Фактически такие водяные башни существовали еще в 1771 году на территории Российской империи. В Старой Руссе по указу Екатерины II был основан солеваренный завод, на территории которого две градирни при помощи водяных насосов испаряли соль.
В настоящее время градирни применяются во многих отраслях промышленности, особенно в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, при производстве минеральных удобрений и других, поскольку на сегодняшний день отвод низкопотенциального тепла от промышленных аппаратов с помощью градирен — самый дешевый способ, позволяющий сэкономить не менее 95% пресной воды и предотвратить загрязнение водоемов. Большинство градирен нефтеперерабатывающих заводов обеспечивает охлаждение воды всего на 6-8°С. В то же время, наиболее эффективные градирни способны обеспечить охлаждение воды на 10-12°С, что может позволить в 1,5 раза снизить расход воды в системах оборотного водоснабжения и, тем самым, обеспечить экономию электроэнергии.
Первая теплоэлектростанция с градирнями появилась в нашей стране лишь в 1922 году. Это была Каширская ГРЭС. Она располагается на берегу Оки и работает до сих пор. На ее территории функционирует три гиперболоидные градирни. Второй станцией с градирнями в Советском Союзе стала Новосибирская ТЭЦ-2. Когда на ТЭЦ-2 достроили 4-ю очередь и мощность электростанции достигла 330 МВт, градирню демонтировали в 1962 году.
• атмосферных условий; • уровня понижения температуры; • расхода воды; • технических расчетов; • химического состава воды (рабочей и добавочной); • местонахождения оборудования на площадке.
В зависимости от температуры, предназначения охлажденной воды и способа отдачи тепла, градирни подразделяют на испарительные, сухие и гибридные. С учетом области применения выделяют:
• испарительные; • сухие; • гибридные; • открытые; • закрытые; • башенные (в том числе с естественной тягой воздуха); • вентиляторные; • поперечноточные; • противоточные; • эжекционные; • пленочные.
Охлаждение больших объемов воды после производственного процесса осуществляется за счет частичного испарения и теплообмена с потоками воздуха. Масса воды в градирне стекает по оросителю тонкой пленкой или сбегает каплями. При этом вдоль оросителя проходят потоки воздуха. Отмечается закономерность, что при испарении 1% воды температура оставшейся охлаждается на 6 градусов. Испарившуюся жидкость восполняют посредством забора из внешнего источника. Причем свежая вода при необходимости подвергается обработке (фильтрации). Таким образом, техническую воду не сбрасывают в реку, а отправляют в работу по новому кругу.
• обратным воздушным потоком (применяется в вентиляторных градирнях); • распылением форсунками на наполнитель, по которому водные потоки стекают тонкой пленкой, медленное стекание обеспечивает охлаждение (атмосферные и башенные градирни); • за счет естественного захвата воздуха и распыления в специальных каналах (эжекционные градирни).
Принцип действия везде одинаков — горячая вода вступает в контакт с воздушной массой, которой отдает часть тепла, посредством чего снижается температура технической воды. Охлаждаясь, жидкость опять используется для теплообменных аппаратов и иных устройств, у которых необходимо понизить температуру.
Различают градирни открытого и закрытого типа. В открытых вода по форсункам распыляется на насадку, где навстречу воде через воздухозаборные решетки движется воздух. Часть воды испаряется, и она охлаждается. Закрытые градирни оснащены испарительным охладителем и конденсатором. Вместо насадки в испарителе используется теплообменник, по которому циркулирует жидкость, требующая охлаждения. Испарительный охладитель работает в мокром и сухом режимах.
Мокрый считается летним режимом, при нем охлаждаемая жидкость циркулирует в теплообменнике, который орошает вода из форсунок, а также охлаждает воздух при вращении вентилятора. Сухой или зимний режим предусматривает циркуляцию охлаждаемой жидкости в теплообменнике и охлаждение холодным воздухом.
Неудовлетворительная работа градирен может привести к перерасходу сырья, недополучению продукции, в отдельных случаях — к аварийным ситуациям. Так, согласно имеющимся оценкам, повышение температуры воды, охлаждающей конденденсаторы ТЭС, на 1ºС приводит к снижению мощности турбин на 0,4% (перерасходу пара на 0,5%). В случаях недоохлаждения воды на предприятиях химической промышленности среднегодовая выработка, в частности, аммиака может уменьшиться на 10%, метанола на 8%, уксусной кислоты на 11%.
Москва
