Градирня: что это, как работает и зачем нужна на ТЭЦ

Градирня — сооружение, которое охлаждает воду наружным воздухом, в основном за счёт того, что часть воды испаряется. Её ставят там, где нужно отвести много тепла: на электростанциях — от конденсаторов турбин, на заводах — от оборотной воды, в зданиях — от конденсаторов холодильных машин. Простыми словами, это огромный «вентилятор с душем»: тёплую воду разбрызгивают, через неё продувают воздух, и вода остывает.

Как работает градирня

Тёплая вода стекает тонкой плёнкой или каплями по оросителю, а навстречу ей снизу вверх идёт наружный воздух. Небольшая часть воды испаряется и уносит тепло с паром, остальная остывает и собирается в поддоне, откуда насос снова гонит её к оборудованию. Так вода ходит по кругу, поэтому такую систему называют оборотной.

Испарение отводит основную часть тепла: на каждый отведённый киловатт-час испаряется около 1,5 кг воды. Например, градирня, которая охлаждает 17,2 м³/ч воды с 30 до 25 °C, отводит 100 кВт и испаряет около 1,5 × 100 = 150 кг воды в час — меньше 1 % расхода. Потерю восполняют подпиткой.

Охладить воду ниже температуры мокрого термометра градирня не может: так называют температуру, до которой воздух остывает, если в нём испаряется вода. Она зависит от температуры и влажности воздуха, и вода на выходе обычно на 3–5 °C теплее неё. Поэтому летом градирня даёт воду около 24–27 °C, а в сухую жару работает лучше, чем во влажную.

Из чего состоит

• Водораспределение — трубы с соплами или лотки, которые равномерно раздают тёплую воду по оросителю.
• Ороситель — пакеты пластиковых листов или решёток с большой поверхностью. Чем она больше, тем полнее вода отдаёт тепло воздуху.
• Каплеуловитель (водоуловитель) — решётка над водораспределением, которая задерживает капли и уменьшает унос воды с воздухом.
• Вентилятор гонит воздух в вентиляторных градирнях; в башенных его нет, воздух движется сам.
• Поддон (водосборный бассейн) собирает охлаждённую воду; к нему подключают насос, подпитку и слив.

Какие бывают градирни

По тому, соприкасается ли вода с воздухом, градирни делят на открытые и закрытые. В открытой оборотная вода стекает прямо по оросителю. В закрытой вода процесса идёт внутри трубчатого теплообменника, а снаружи его орошает отдельный контур: вода процесса остаётся чистой, но получается на 2–3 °C теплее. Сухая градирня, или драйкулер, — радиатор с вентиляторами, вода в ней не испаряется, и на выходе она на 5–10 °C теплее наружного воздуха; подробнее — в справочнике о чиллере и драйкулере.

Зачем нужны градирни на ТЭЦ

На тепловой и атомной электростанции пар после турбины нужно снова превратить в воду, иначе цикл не замкнётся. Это делает конденсатор турбины, а охлаждающую воду для него остужают градирни. Тепла там столько, что его отводят огромные башенные градирни высотой в десятки метров, у крупных станций — больше сотни.

Форма гиперболоида прочная при тонких стенках, а тяга возникает сама: тёплый влажный воздух внутри легче наружного и поднимается вверх, как в печной трубе. Белое облако над градирней — не дым, а водяной пар, который в холодном воздухе конденсируется в мелкие капли.

Что важно в эксплуатации

• Водоподготовка. Вода испаряется, а соли остаются, поэтому часть оборотной воды сливают продувкой и обрабатывают её против накипи и коррозии.
• Бактерии. В тёплом поддоне размножаются бактерии, в том числе легионелла, поэтому воду обеззараживают, а поддон и ороситель регулярно чистят.
• Зима. Открытые градирни обмерзают, поэтому вентиляторы зимой регулируют, а поддон подогревают.

Что из этого следует для подбора

• Градирня охлаждает только до погоды. Если процессу нужна вода 5–15 °C или стабильная температура круглый год, нужен чиллер; сравнение с цифрами — в справочнике «Градирня или чиллер».
• Градирня и чиллер работают вместе, когда у чиллера водяной конденсатор: градирня отводит его тепло, а чиллер даёт холодную воду процессу — об этом справочник о воздушном и водяном охлаждении конденсатора.
• Грязную оборотную воду к оборудованию с узкими каналами подключают через промежуточный теплообменник — подробнее в справочнике о теплообменниках чиллера.
• Сколько тепла отводить, считают так же, как для чиллера: по расходу и температурам воды — в расчёте мощности по расходу и температурам.