50 фактов о градирнях: как устроены и работают промышленные системы охлаждения. Часть 2
В первой части мы разобрались, что такое градирня и какие типы существуют. Теперь — о конкретике: какими градирни бывают по размеру, где их ставят, почему над ними не дым, а пар, и как их обслуживают.
Содержание
Размеры, высота и знаменитая форма
Гиперболоидная форма башни — не про красоту. Знаменитый «силуэт рюмки» придуман инженерами, а не архитекторами. Сужение кверху разгоняет восходящий поток и добавляет тяги, а двойная изогнутая оболочка (гиперболоид вращения) держит ветер и остаётся прочной при минимуме бетона. Эффектный вид — просто бесплатное приложение к точному расчёту.
Самые большие градирни — с двадцатиэтажный дом. Крупные башенные градирни поднимаются на десятки метров, а рекордсмены — почти на 200: столько у башен на электростанции Нидерауссем в Германии и ТЭС Калисиндх в Индии. Логика простая: выше башня — сильнее тяга — больше воды охлаждается. Так что популярный запрос «высота градирни» вполне заслужен, масштаб этих сооружений и правда впечатляет.
На АЭС и крупных ТЭЦ градирня — самое заметное здание. Часто именно она, а не реакторный блок, оказывается высшей точкой станции, и разглядеть её можно за десятки километров. В массовом сознании гиперболоидная башня давно срослась с образом «атомной станции» — хотя это всего-навсего система охлаждения.
Вентиляторные градирни берут компактностью. Где башне понадобятся десятки метров высоты и целое поле под основание, вентиляторная (тем более секционная) градирня решит ту же задачу на куда меньшей площадке. Её набирают из секций под конкретный расход и вписывают в тесное пространство — незаменимое качество для действующих, плотно застроенных заводов.
Где работают градирни
Без градирни у турбины падает КПД. На ТЭЦ и АЭС градирня охлаждает воду, а та конденсирует отработанный пар за турбиной. Чем холоднее вода, тем глубже вакуум в конденсаторе, тем выше КПД и мощность. Так что у вопроса «зачем нужна градирня на ТЭЦ» ответ вполне денежный: она помогает станции выжать из того же топлива больше энергии.
Градирни есть почти в каждой отрасли. Металлургия, нефтепереработка и нефтехимия, химия, машиностроение, пищёвка, фармацевтика, энергетика — везде, где оборудование греется, нужна система охлаждения оборотной воды. Крупное производство без градирен сегодня почти не встречается.
Качество охлаждения = качество продукции. В металлургии, химии, нефтехимии температура оборотной воды напрямую завязана на технологию. Дёрнулась температура — поплыли параметры процесса, полез брак, быстрее сработалось оборудование. Поэтому к градирне на таком производстве относятся строго: надёжность и стабильность здесь не пожелание, а условие.
Каждая градирня — отдельный проект. Готовую «с полки» не поставишь: параметры градирни должны точно совпасть с системой оборотного водоснабжения конкретного предприятия. Поэтому отсчёт идёт от исходных данных и расчёта, а не от выбора корпуса. Разные объекты ЭКОТЭП — от нефтепереработки до энергетики — это всегда разные решения под своё ТЗ.
Пар над градирней: развенчиваем миф
Белый шлейф над градирней — это не дым. Самый живучий миф в теме. Над мокрой градирней стоит не дым и не выброс, а водяной пар. Тёплый влажный воздух выходит наружу, встречает холодный — и часть пара конденсируется в мельчайшие капли, которые мы и принимаем за белый шлейф. Проще говоря, это маленькое рукотворное облако.
Зимой «облако» гуще — и так и должно быть. Чем холоднее и суше воздух, тем охотнее конденсируется пар, поэтому в мороз факел над градирней плотный и заметный. В летнюю жару он может быть почти прозрачным. Размер этого шлейфа рассказывает о погоде, а вовсе не о «вредности» градирни.
Градирня не выбрасывает ничего вредного. В атмосферу от мокрой градирни уходят нагретый влажный воздух и водяной пар — если совсем честно, вода. Ни горения, ни дымовых газов тут нет и взяться им неоткуда: градирня отдаёт тепло воздуху, а не сжигает топливо. Так что ставить её в один ряд с дымовой трубой — грубая ошибка.
Вода и температура
В градирне циркулирует техническая, а не питьевая вода. По контуру ходит оборотная техническая вода, и следят за ней плотно: держат водно-химический режим, гоняют накипь, коррозию и биообрастание. Вода тут — отдельная инженерная головная боль. Слишком жёсткая или грязная быстро сажает ороситель и форсунки.
Ниже одного предела градирня воду не остудит. У неё есть жёсткий физический потолок — температура мокрого термометра, зависящая от температуры и влажности воздуха. Опустить воду ниже мокрая градирня не в состоянии в принципе. Зато то, насколько близко к этому пределу она подбирается, — честный показатель класса: меньше разрыв, лучше конструкция.
Часть воды градирня теряет всегда. Каналов потерь три: испарение (главное и полезное), капельный унос (вредный, за него отвечает каплеуловитель) и продувка — намеренный сброс части воды, чтобы не накапливались соли. Всё это компенсируют подпиткой. Но благодаря обороту воды уходит в разы меньше, чем при прямоточной схеме.
Перепад температуры — от пары градусов до пары десятков. Сколько градирня «снимает», зависит от типа и режима. У башенных разница между входящей и выходящей водой обычно скромная, у вентиляторных — заметно больше. Точную цифру в любом случае закладывают в проект под конкретные задачи предприятия.
Эффективность и расчёт
Эффективность градирни зависит от погоды. В сухом прохладном воздухе одна и та же градирня охлаждает лучше, чем во влажную жару, — сухой воздух охотнее принимает испарение. Поэтому климат площадки при подборе учитывают обязательно: расчёт для Сочи и расчёт для Норильска дадут две разные машины.
Подбор градирни стартует с исходных данных. Чтобы её рассчитать, инженеру нужен минимум: расход воды, температура на входе и желаемая на выходе, тепловая нагрузка, климат, качество воды, условия монтажа. И только потом — тип, число секций, комплектация. Этим и занимается проектирование и расчёт. Без него «подбор по каталогу» — чистая лотерея.
Частотное управление вентилятором бережёт электричество. Современные градирни ставят на частотные преобразователи: вентилятор крутится ровно на тех оборотах, что нужны под текущую нагрузку и погоду, а не молотит всё время на максимуме. Ночью или в мороз обороты сбрасывают — и за год выходит вполне заметная экономия.
Эксплуатация и зима
Зима — главный экзамен для градирни. На морозе брызги и мокрые поверхности обмерзают на раз: лёд лезет на воздухозаборные окна и ороситель и мешает работать. Против этого держат целый арсенал — поворотные жалюзи, реверс вентилятора, отключение части секций, перераспределение воды. Пройти зиму без потерь — вопрос и конструкции, и грамотной настройки с обслуживанием.
Градирню надо регулярно обслуживать. Со временем ороситель зарастает отложениями и биоплёнкой, форсунки забиваются, каплеуловитель сдаёт — и охлаждение проседает. Плановое обследование и обслуживание возвращает градирне проектные показатели и вытягивает срок службы, который при нормальном уходе спокойно измеряется десятилетиями.
Нужна градирня под ваш проект?
ЭКОТЭП с 1992 года проектирует, производит и обслуживает градирни для систем оборотного водоснабжения: больше 1000 реализованных объектов, собственное производство, атомная лицензия и система качества ISO 9001. Если нужно подобрать или рассчитать градирню под конкретное производство, начните с вентиляторных градирен или заполните опросный лист — инженеры подберут решение под ваши параметры.