Градирня: что это, как устроена и как работает

Нагретая вода поступает от оборудования в градирню, охлаждается и возвращается в контур. Сама градирня холод не производит: её задача — вывести из системы избыточное тепло.

Для чего нужна градирня

Компрессоры, печи, пресс-формы, станки, технологические установки и холодильные машины во время работы выделяют тепло. Если его не отводить, растёт температура оборудования и нарушается технологический режим.

Часто тепло отводят водой. Она проходит через охлаждаемое оборудование или теплообменник, нагревается, поступает в градирню, отдаёт тепло воздуху и снова возвращается к потребителю.

Так вода многократно используется в оборотном контуре, а тепло постоянно выводится наружу.

Как работает градирня

В открытой градирне вода непосредственно контактирует с наружным воздухом. Нагретая вода через систему водораспределения поступает на ороситель, который увеличивает площадь её контакта с воздушным потоком.

Вентилятор протягивает или нагнетает воздух через градирню. Часть воды испаряется, забирая тепло у оставшейся массы. Охлаждённая вода собирается в поддоне и возвращается насосами в систему.

Испарение обеспечивает высокую эффективность открытой градирни, но одновременно вызывает расход воды и повышает требования к её качеству.

Почему важна температура мокрого термометра

Производительность испарительной градирни зависит не только от температуры воздуха, но и от его влажности. Поэтому при расчёте используют температуру мокрого термометра.

При одинаковых +30 °C градирня будет работать по-разному в сухом и влажном климате. Чем суше воздух, тем интенсивнее испаряется вода и тем ниже может быть её температура после охлаждения.

Для подбора используют климатические параметры конкретного региона и требуемый температурный график воды.

Из чего состоит градирня

Основные узлы открытой вентиляторной градирни — корпус, система водораспределения, ороситель, вентиляторы, каплеуловитель и поддон.

Система водораспределения равномерно подаёт воду на ороситель. Ороситель создаёт большую поверхность теплообмена. Вентиляторы обеспечивают необходимый расход воздуха. Каплеуловитель снижает унос воды с выходящим воздушным потоком, а в поддоне собирается охлаждённая вода.

В состав оборудования также могут входить датчики температуры и уровня, частотные преобразователи, автоматика, системы подпитки и продувки, обогрев поддона и средства удалённого контроля.

Открытая и закрытая градирня

В открытой градирне охлаждаемая вода контактирует с наружным воздухом и частично испаряется. Такая схема эффективна, но требует подпитки, продувки и водоподготовки, поскольку в контуре постепенно растёт концентрация солей и могут появляться загрязнения.

В закрытой градирне основной теплоноситель циркулирует внутри теплообменника и не контактирует с наружным воздухом. Снаружи теплообменник орошается водой и обдувается воздухом.

Основной контур остаётся закрытым, что удобно для систем с повышенными требованиями к чистоте теплоносителя или при использовании незамерзающих растворов.

Чем градирня отличается от драйкулера

В драйкулере теплоноситель проходит внутри теплообменника, который охлаждается наружным воздухом. Испарение воды в обычном режиме не используется, поэтому нижний предел охлаждения связан с температурой сухого воздуха.

В градирне работает испарительный эффект. Поэтому вода может охлаждаться ниже температуры сухого наружного воздуха.

Может ли градирня заменить чиллер

Не всегда. Градирня охлаждает воду в пределах, которые задают наружные условия и конструкция оборудования.

Для испарительной градирни используют показатель approach — разницу между температурой охлаждённой воды и температурой мокрого термометра.

Если температура мокрого термометра +22 °C, а approach равен 4 °C, расчётная температура воды после градирни составит около +26 °C.

Получить таким способом +7 °C летом нельзя. Для такой температуры нужен чиллер или АБХМ. В подобных схемах холодильная машина производит холод, а градирня отводит тепло от её конденсатора.

Где применяются градирни

На промышленных объектах градирни охлаждают компрессоры, пресс-формы, печное оборудование, технологические линии и теплообменники.

В системах холодоснабжения они отводят тепло от конденсаторов чиллеров и абсорбционных холодильных машин. В энергетике используются в системах оборотного водоснабжения. В ЦОД могут входить в схемы отвода тепла и свободного охлаждения.

Одинаковая по внешнему виду градирня может работать в совершенно разных режимах, поэтому оборудование рассчитывают под конкретную задачу.

От чего зависит мощность градирни

Для подбора нужны расход воды, температура на входе и выходе, температура мокрого термометра, характеристики теплоносителя и условия размещения.

Чем больше расход воды и требуемое снижение температуры, тем выше тепловая нагрузка. При этом одинаковая тепловая мощность не означает одинаковые размеры оборудования: многое зависит от климата и требуемого approach.

Как регулируется работа градирни

Тепловая нагрузка и температура наружного воздуха меняются, поэтому градирня не должна постоянно работать на максимальной производительности.

Основной способ регулирования — изменение скорости вентиляторов. При снижении нагрузки автоматика уменьшает обороты, при росте — увеличивает. В многосекционных установках дополнительно включают и отключают отдельные секции.

Так поддерживается заданная температура воды и снижается расход электроэнергии.

Работа зимой

Зимой тепло отводится легче, но появляется риск переохлаждения воды и обмерзания градирни. Особенно опасно сочетание мороза, небольшой тепловой нагрузки и слишком большого расхода воздуха.

Для зимнего режима применяют снижение оборотов вентиляторов, их остановку или реверс, поддерживают необходимый расход воды через ороситель и при необходимости используют байпас.

Обогрев поддона защищает воду в поддоне, но не решает проблему льда на оросителе и воздухозаборных окнах. Поэтому зимний алгоритм должен быть предусмотрен в системе управления ещё на этапе проектирования.

Почему нужна водоподготовка

В открытой градирне часть воды испаряется, а растворённые соли остаются в контуре. Их концентрация постепенно растёт, что может привести к отложениям, ухудшению теплообмена и коррозии.

Кроме того, вода контактирует с наружным воздухом и загрязняется пылью и механическими примесями.

Чтобы оборудование сохраняло расчётную эффективность, контролируют качество воды, организуют подпитку и продувку и применяют подходящую систему водоподготовки.

Как выбрать градирню

Подбор начинается с исходных данных: тепловой нагрузки, расхода теплоносителя, температур на входе и выходе и климатических параметров региона.

Дополнительно учитывают площадь установки, ограничения по высоте и шуму, качество воды, круглогодичный или сезонный режим работы, резервирование и возможное увеличение мощности в будущем.

После этого определяют тип градирни, количество секций, вентиляторы, схему регулирования и дополнительное оборудование.

Градирни NCT

Компания «Энергия холода» производит промышленные градирни NCT для систем технологического охлаждения и холодоснабжения.

Оборудование подбирается по расчётным параметрам объекта с учётом тепловой нагрузки, климата, зимнего режима и особенностей технологического процесса.