Их «предки» выпаривали воду из растворов, а сегодня они спасают электростанции от перегрева — рассказываем, как устроены градирни и что происходит внутри них.
Гигантские башни, извергающие белые облака, часто принимают за дымовые трубы, хотя внутри этих сооружений ничего не горит. Белый шлейф — это пар, возникающий при охлаждении теплого влажного воздуха, а сами градирни — часть системы, которая помогает электростанциям отводить лишнее тепло.
Словом «градирня» изначально называли деревянные сооружения для выпаривания воды из соляного рассола с помощью солнца и ветра. В Старой Руссе их использовали для добычи соли с XVIII века. Позже они охлаждали воду для паровых машин: часть жидкости испарялась и забирала с собой тепло.
Современный облик градирни получили в начале XX века. В 1918 году голландский инженер Фредерик ван Итерсон спроектировал железобетонную башню с характерным сужением посередине. Гиперболоидная форма придавала конструкции надежность: стены можно было сделать сравнительно тонкими, сохранив прочность и устойчивость к ветру.
По способу охлаждения градирни делят на испарительные, сухие и гибридные. В первых нагретая вода встречается с потоком воздуха, и небольшая ее часть превращается в пар. Сухие работают почти как автомобильный радиатор: жидкость течет по трубкам и отдает тепло через их стенки. Гибридные совмещают оба способа и могут менять режим в зависимости от погоды — экономить воду в прохладные дни и усиливать охлаждение в жару.
На крупных электростанциях чаще всего используют башенные испарительные градирни (БИГ). Они охлаждают большие объемы воды при сравнительно небольших затратах электричества: основную работу выполняют испарение, теплообмен и естественное движение воздуха.
Как объясняют авторы книги «Устройство и расчет промышленных градирен», все БИГ устроены по похожему принципу. В основании находится бассейн для охлажденной воды, над ним — ороситель из пластин или решеток. Еще выше проходят трубы с форсунками, похожими на распылители душа. Сама бетонная башня работает как огромная вытяжная труба: благодаря ее высоте и форме воздух постоянно движется снизу вверх.
Нагретую на электростанции воду насосы подают к форсункам. Там ее разбрызгивают над оросителем, где поток встречается с прохладным воздухом и охлаждается. Небольшая часть воды испаряется и уносит тепло, остальная стекает в бассейн и возвращается к оборудованию. Теплый влажный воздух выходит через вершину башни. Снаружи пар превращается в мельчайшие капли — то самое белое облако, которое часто путают с дымом.
Чем больше тепла нужно отвести, тем больше воды и воздуха должна пропускать градирня. Поэтому башни крупных электростанций вырастают до размеров небоскребов. Мировой рекорд принадлежит 228-метровой градирне в китайском Хух-Хото: ее диаметр у основания достигает 197 м.
Инженеры ищут способы сократить потери воды. Исследователи Массачусетского технологического института предложили собирать влагу из пара с помощью электрического поля. Мельчайшим каплям предлагается придать заряд, после чего они должны притянуться к металлической сетке и стечь в резервуар: так «фабрика облаков» сможет работать эффективнее.
Хотите узнать больше — спросите у ТЭКgpt.
