Бачили високі вежі біля електростанцій? З них іде пара, і багато хто думає, що це дим. Насправді це градирні. Вони охолоджують воду на виробництві.
В Україні градирні є на всіх великих ТЕЦ та АЕС. Без них станції просто не зможуть працювати. Давайте розберемося, як працює градирня і чому це так важливо.
Градирні купити ми рекомендуємо тільки у перевірених інжинірингових компаній в Україні!
Що таке градирня і навіщо вона потрібна
Градирня – це велика охолоджувальна установка. Її завдання просте: знизити температуру гарячої води.
На виробництві вода нагрівається. Вона забирає тепло від обладнання, турбін, реакторів. Якщо цю воду не охолодити, вона стане непридатною для повторного використання. А брати щоразу нову воду з річки – дорого і шкідливо для природи.
Ось тут і допомагає градирня. Вона охолоджує воду, і її можна знову пускати в роботу. Економія води виходить величезна – до 95%.
Принцип роботи градирні – як це відбувається
Принцип роботи градирні заснований на випаровуванні. Пам’ятаєте, як після душу вам стає прохолодно? Вода випаровується зі шкіри і забирає тепло. Градирня працює точно так само, тільки в масштабах заводу.
Ось що відбувається всередині:
- Гаряча вода надходить нагору вежі
- Звідти вона стікає вниз по спеціальних решітках
- Знизу піднімається повітря (саме або його женуть вентилятори)
- Вода розбивається на дрібні краплі
- Краплі контактують з повітрям
- Частина води випаровується і забирає тепло
- Охолоджена вода збирається внизу
Температура падає на 10-15 градусів. Іноді і більше.
А що за пара йде з вежі? Це просто водяна пара. Не дим, не шкідливі викиди. Чистий H2O в газоподібному стані.
Типи градирень та їх особливості
Градирні бувають різні. За способом руху повітря їх поділяють на два основних типи.
Вентиляторні градирні
Тут повітря женуть вентилятори. Такі градирні компактні, їх ставлять прямо на дахах будівель або поруч з виробництвом. Вентилятор може стояти внизу (нагнітати повітря) або нагорі (витягувати).
Плюси: можна регулювати потужність, займають мало місця. Мінуси: потрібна електрика для вентиляторів, шумлять.
Баштові градирні
Це ті самі високі вежі, які ми бачимо здалеку. Повітря в них рухається саме, за рахунок різниці температур. Гаряче повітря легше холодного, воно піднімається вгору. Внизу створюється розрідження, і свіже повітря засмоктується знизу.
Така конструкція називається природною тягою. Ніяких вентиляторів, все працює само. Але вежа повинна бути високою – від 30 до 100 метрів.
До речі, на Запорізькій АЕС градирні висотою 150 метрів. Це як 50-поверховий будинок.
Градирні принцип роботи: детальний розбір процесу
Тепер копнемо глибше. Градирні принцип роботи включає декілька фізичних процесів одночасно.
Теплообмін
Коли гаряча вода зустрічається з холодним повітрям, відбувається теплообмін. Тепло переходить від води до повітря. Це як коли ви гріли руки над чашкою чаю – тепло переходить від чашки до ваших рук.
Випаровування
Частина води перетворюється на пару. На це потрібна енергія. Звідки вона береться? З самої води. Вода віддає своє тепло на випаровування і охолоджується.
Знаєте що? На випаровування йде всього 1-2% води. Решта 98-99% повертаються в систему охолодженими.
Конвекція
Повітря біля поверхні води нагрівається і піднімається вгору. На його місце приходить свіже холодне повітря. Виходить постійний рух, як кипіння в каструлі.
Таблиця ефективності охолодження
| Тип градирні | Зниження температури | Витрата води на випаровування | Висота споруди |
| Вентиляторна горизонтальна | 5-10°C | 0.5-1% | 3-8 м |
| Вентиляторна вертикальна | 8-12°C | 1-1.5% | 8-15 м |
| Баштова з природною тягою | 12-18°C | 1.5-2.5% | 30-150 м |
| Відкрита бризкальна | 3-7°C | 2-3% | 2-5 м |
Зрошувальні пристрої – серце градирні
Всередині градирні стоїть зрошувальний пристрій. Це система пластин, решіток або сіток. Її завдання – розбити воду на дрібні краплі і збільшити площу контакту з повітрям.
Раніше використовували дерев’яні решітки. Зараз ставлять пластикові блоки. Вони легкі, не гниють, служать 15-20 років.
Чим дрібніші краплі, тим краще охолодження. Уявіть: велика крапля охолоне повільно. А тисяча маленьких – швидко, тому що площа контакту більша.
Деякі сучасні градирні використовують плівкове зрошення. Вода тече тонкою плівкою по поверхні пластин. Площа контакту виходить величезна.
Де застосовують градирні в Україні
Градирні стоять скрізь, де потрібно охолоджувати великі об’єми води.
Електростанції
Тут градирні охолоджують воду після турбін. На ТЕЦ з турбіни виходить пара температурою 30-40°C. Її потрібно знову перетворити на воду і охолодити. Інакше цикл не замкнеться.
На Рівненській АЕС працює 4 градирні. Кожна охолоджує 40 тисяч кубометрів води на годину. Це як 16 олімпійських басейнів щогодини.
Металургія
Доменні печі, прокатні стани – все це гріється. Потрібне охолодження. Комбінат “АрселорМіттал Кривий Ріг” використовує декілька десятків градирень різних розмірів.
Хімічна промисловість
Реактори, дистиляційні колони вимагають охолодження. На “Одеському припортовому заводі” стоять потужні градирні для виробничих потреб.
Кондиціонування
Великі торговельні центри, офісні будівлі використовують чилери з градирнями. Правда, там установки маленькі, не як на заводах.
Як вибрати градирню: практичні поради
Якщо ви вибираєте градирню для виробництва, врахуйте декілька моментів.
Клімат регіону
У південних областях України спекотно влітку. Потрібна потужна система. У Полтавській або Чернігівській області можна обійтися меншою потужністю.
Вологість теж важлива. У вологому кліматі випаровування йде гірше. Градирня буде працювати менш ефективно.
Об’єм води
Порахуйте, скільки води потрібно охолоджувати на годину. Помножте на коефіцієнт запасу 1.2-1.3. Так ви отримаєте потрібну продуктивність.
Наявність місця
Баштова градирня займає багато місця і потрібен високий фундамент. Зате працює безкоштовно – електрику не споживає.
Вентиляторна компактна, але витрачає енергію. Порахуйте, що вигідніше на довгій дистанції.
Якість води
Якщо вода жорстка, з солями, буде утворюватися накип. Знадобиться система водопідготовки або часте чищення.
А ось цікавий факт: на деяких виробництвах у градирні додають спеціальні реагенти. Вони не дають розвиватися бактеріям і водоростям. Адже тепла вода – відмінне середовище для мікроорганізмів.
Обслуговування градирень
Градирня вимагає догляду. Раз на рік потрібен огляд. Перевіряють зрошувачі, корпус, трубопроводи.
Що може зламатися?
Вентилятори зношуються. Підшипники виходять з ладу від вологи. Зрошувачі забиваються сміттям, листям, накипом.
У баштових градирнях може з’явитися тріщина в бетоні. Це небезпечно, потрібен ремонт.
Чищення
Двічі на рік градирню чистять. Прибирають сміття, промивають зрошувачі, видаляють накип. Якщо цього не робити, ефективність падає на 30-40%.
На великих станціях є цілі служби, які займаються тільки градирнями. Люди працюють там постійно.
Переваги та недоліки різних систем
Кожен тип має свої плюси і мінуси. Ось коротке порівняння.
Баштові градирні
Плюси: не потрібна електрика, надійні, служать 50-60 років. Мінуси: дорогі в будівництві, займають багато місця, довго будуються.
Вентиляторні градирні
Плюси: компактні, швидко монтуються, можна регулювати потужність. Мінуси: витрачають електрику, вентилятори ламаються, шумлять.
Відкриті градирні
Плюси: найпростіші і найдешевші. Мінуси: низька ефективність, великі втрати води, залежать від вітру.
Екологія і градирні
Багато хто хвилюється: чи не шкодять градирні природі? Давайте розберемося.
Водяна пара
Пара з градирні – це звичайна вода. Ніяких шкідливих речовин. Вона піднімається вгору і перетворюється на хмари. Іноді біля градирень йде невеликий дощик — це конденсується пара.
Економія води
Без градирень довелося б брати воду з річок і скидати гарячу назад. Це вбиває рибу і рослини. Градирня економить до 95% води. Беремо з річки тільки на долив — компенсувати випаровування.
Шум
Вентиляторні градирні шумлять. Рівень шуму 60-80 децибел. Це як жвава вулиця. Тому їх ставлять подалі від житлових районів.
Бактерії
У теплій воді градирні можуть розвиватися легіонели. Це небезпечні бактерії. Тому воду обробляють хлором або ультрафіолетом.
Сучасні технології
Інженери постійно вдосконалюють градирні. Ось декілька новинок.
Гібридні системи
Влітку працює природна тяга. Взимку або в безвітря вмикаються вентилятори. Виходить економія енергії.
Сухі градирні
У них вода не контактує з повітрям напряму. Вона тече по трубках, а повітря обдуває зовні. Як радіатор в автомобілі. Немає втрат води на випаровування, але охолодження слабше.
Розумне керування
Датчики стежать за температурою води і повітря. Комп’ютер регулює швидкість вентиляторів, витрату води. Економія енергії до 20%.
Цікаві факти про градирні
А тепер трохи незвичайної інформації.
Найвища градирня у світі стоїть в Німеччині на ТЕС Niederaussem. Висота 200 метрів. Діаметр основи 140 метрів.
В Україні найбільші градирні на Запорізькій АЕС. Висота 150 метрів.
Градирні часто показують у фільмах як заводи з “димом”. Насправді це пара. Чиста і нешкідлива.
Деякі градирні фарбують у яскраві кольори. Або розмальовують графіті. У Німеччині є градирня, розписана величезною картою світу.
Висновки
Тепер ви знаєте, як працює градирня. Це простий і геніальний пристрій. Він допомагає економити воду, захищає природу і робить можливою роботу великих підприємств.
Принцип роботи градирні заснований на випаровуванні і теплообміні. Гаряча вода розбивається на краплі, контактує з повітрям, частково випаровується і охолоджується.
Існують різні типи градирень. Вибір залежить від клімату, об’єму води, наявності місця і бюджету.
Градирні потребують обслуговування. Регулярне чищення і огляд подовжують термін служби і зберігають ефективність.
Ці споруди – важлива частина сучасної промисловості. Без них не працювали б електростанції, заводи, системи кондиціонування. І хоча градирні здаються простими, в них закладені десятиліття інженерної думки.
