2.3.2. Градирни

Для промышленных и отопительных ТЭЦ, располагаемых, как правило, вблизи жилых и промышленных массивов, наиболее рациональным (а в ряде случаев единственным) решением технического водоснабжения оказываются оборотные системы с градирнями. При этом на электростанции устанавливаются не менее двух градирен.

Градирня представляет собой тепломассообменное устройство, в котором охлаждение воды осуществляется за счет испарения при непосредственном контакте с воздухом.

Преимуществом градирен по сравнению с водохранилищами- охладителями является достижение сравнительно высокого эффекта охлаждения циркулирующей воды при значительно меньших площадях. Однако градирни, как правило, в любой период года уступают водохранищам-охладителям по глубине охлаждения циркуляционной воды.

В зависимости от условий работы и конструктивного исполнения градирни подразделяются на открытые, башенные и вентиляторные.

По характеру стекания воды в оросительной системе градирни в свою очередь делятся на капельные, пленочные и капельно-пленочные.

Башенные градирни получили наибольшее распространение. Они могут выполнятся из монолитного или сборного железобетона круглой формы с гиперболической поверхностью вытяжной трубы. Внутренняя поверхность железобетонной вытяжной трубы покрывается гидроизоляцией (мастикой особого состава) для защиты бетона от выщелачивающего воздействия стекающего конденсата.

Рис. 2.6. Схема циркуляции воды при охлаждении ее в градирне:

1 – градирня; 2 – выход нагретого влажного воздуха; 3 – вход холодного воздуха; 4 – циркуляционный насос; 5 – конденсатор.

Градирни с металлическим каркасом вытяжной трубы по форме представляют собой усеченную четырехгранную или многогранную пирамиду. Обшивка каркаса может выполняться из дерева, а также из асбоцементных или алюминиевых листов. Деревянные элементы градирен пропитываются противогнилостным составом. Высота современных башенных градирен достигает 75м и более.

На рис. 2.7 изображена принципиальная схема оборотного водоснабжения станции с башенными градирнями капельного типа. Нагретая в конденсаторах турбин вода под напором циркуляционных насосов подается в распределительные желоба оросительного устройства градирни на высоту примерно 7 – 10м от земли. Из отверстий в днище распределительных желобов вода ударяет крупными струями по разбрызгивающим розеткам и далее, многократно дробясь о горизонтально расположенные рейки, стекает в виде дождя в сборный бассейн. Навстречу потоку воды движется воздух, который, отняв теплоту от воды, вместе с паром по вытяжной трубе отводится в атмосферу.

Из сборного бассейна вода по самотечным каналам поступает в водозаборный колодец, откуда циркуляционными насосами снова подается в конденсаторы турбин.

В пленочных градирнях вода после разбрызгивающих розеток стекает не по рейкам, а по вертикально расположенным щитам, тонкой пленкой (рис. 2.9). Опытом эксплуатации установлено, что пленочные градирни при равном с капельной градирней эффекте охлаждения циркуляционной воды могут иметь примерно в 2 раза большую площадь орошения (удельную гидравлическую нагрузку.

Рис. 2.7. Принципиальная схема оборотного водоснабжения с капельными башенными градирнями:

1 – напорный трубопровод; 2 – распределительные желоба; 3 – разбрызгивающие розетки; 4 – оросительная система из реек; 5 – сборный бассейн; 6 – вытяжная труба; 7 – самотечный перепускной канал; 8 – водозаборный колодец; 9 – продувочная воронка; 10 – воронка для введения хлорной извести; 11 – поплавковый указатель уровня; 12 – всасывающий (обратный) клапан.

Плотностью орошения q [м³/(м² · ч)] называют отношение часового расхода охлаждающей воды к площади поперечного сечения оросителя:

q = G / Fор . (2.5)

Величина q для капельных башенных градирен обычно составляет 2,5 – 3,5, для пленочных – 5 -7. Кроме того, у пленочных градирен меньше капельный унос воды, а в зимний период они меньше подвержены обмерзанию.

Охлаждение воды в градирнях происходит в основном за счет частичного испарения. При этом убыль воды из циркуляционной системы за счет испарения примерно равна расходу пара в конденсатор. Около 0,5 – 1,0% воды теряется с механическим уносом.

Количество добавочной воды равно суммарным потерям воды в градирне

Gдоб = Gисп + Gун + Gпр , (2.6)

где Gисп – потеря за счет испарения воды; Gун – потеря с механическим уносом; Gпр – потеря воды с продувкой.

Рис. 2.8. Разбрызгивающее устройство Рис. 2.9. Оросительные устройства

открытой капельной градирни башенных градирен:

а – капельных; б – пленочных.

В зависимости от условий работы градирни количество добавочной воды составляет 5 - 6% общего расхода циркуляционной воды. Добавочная вода, имеющая более низкую температуру, чем циркуляционная, перед поступлением ее в водосборный колодец обычно подается в воздухо- и маслоохладители.

Расчет башенных градирен имеет целью определение плотности орошения по заданной температуре охлаждающей воды в градирне, либо, наоборот, по известной плотности орошения – нахождение температуры охлажденной воды. Ввиду множества факторов, оказывающих влияние на работу градирни, аналитическое решение как прямой, так и обратной задачи весьма затруднительно.

На электростанциях с небольшой конденсационной мощностью иногда применяют более простые и дешевые градирни открытого типа без вытяжных башен. Доступ воздуха в оросительную систему открыт у них со всех сторон. Открытые градирни по сравнению с башенными имеют, как правило, меньший охлаждающий эффект, который зависит от метеорологических условий и в первую очередь от скорости ветра, они имеют значительный капельный унос воды и в зоне их расположения, особенно в зимний период, образуется туман. Последнее обстоятельство не позволяет размещать их вблизи проезжих дорог, открытых подстанций и в местах плотной застройки из-за ухудшения видимости и угрозы обледенения окружающих сооружений и дорог.

Вентиляторные градирни представляют собой сооружения для охлаждения в оборотных системах водоснабжения с принудительной подачей воздуха в оросительное пространство вентиляторами.

Вентиляторные градирни допускают более высокие тепловые нагрузки, обеспечивая более глубокое и устойчивое охлаждение воды, чем в башенных градирнях, брызгальных бассейнах и т. п., а также требуют меньшей площади для размещения. При одинаковой производительности сооружение вентиляторных градирен на 50 – 80 % дешевле, чем башенных, и на 20 - 50 % - чем брызгальных бассейнов. Вместе с тем при эксплуатации расходуется электроэнергия на привод вентиляторов и требуется постоянное наблюдение и уход.

Вентиляторные градирни выполняют секционными с индивидуальными вентиляторами на каждую секцию или же одновентиляторными. Вентиляторные установки в большинстве типов градирен располагаются вверху, просасывая воздух через ороситель со скоростью 4 – 5 м/с.