Градирни и брызгальные бассейны сооружаются для охлаждения циркуляционной воды при оборотной системе водоснабжения и при невозможности или технико-экономической нецелесообразности устройства пруда- охладителя.
При размещении градирен и брызгальных бассейнов на территории электростанции необходимо, чтобы уносимые ветрами господствующего направления капли воды были отведены в сторону от сооружений и дорог.
В целях предотвращения интенсивного увлажнения сооружений и дорог строительными нормами и правилами установлены минимальные расстояния между охладителями и сооружениями и дорогами (табл. 11-2).
Охлаждение воды в градирнях и брызгальных бассейнах происходит за счет отдачи тепла воздуху, поэтому их конструкция должна обеспечивать наибольшую поверхность соприкосновения воды с воздухом. Это достигается разбрызгиванием воды на мелкие капли в брызгальных бассейнах, в капельных градирнях или образованием потоков воды в виде тонкой пленки в пленочных градирнях.
По способу охлаждения воды и по конструкции градирни можно разделить на следующие типы:
а) открытые градирни — брызгальные и капельные, применяемые для охлаждения небольшого количества воды;
б) башенные градирни с естественной тягой воздуха, с капельным, пленочным или смешанным (капельно-пленочным) типом оросителя, обеспечивающие более устойчивый эффект охлаждения, чем открытые градирни;
в) вентиляторные градирни — одновентиляторные и многовентиляторные, секционные, обеспечивающие получение более низких температур охлажденной воды по сравнению с градирнями других типов.
Таблица 11-2
Минимальные расстояния между брызгальными устройствами и градирнями и расположенными вблизи них сооружениями и дорогами
Тип сооружений | Расстояние до брызгального устройства и открытых градирен, м | Расстояние до башенных и | Расстояние до секционных-вен» тиляторныч градирен, ц |
1. Здания со стенами из красного кирпича, керамики, тяжелого бетона и других плотных материалов | 60 | 20 | 30 |
2. Здания со стенами из шлакобетона или других легких бетонов | 80 | 30 | 50 |
3. Открытые электрические подстанции | 80—100 | 30—40 |
|
4. Открытые топливные склады | 60—80 | 20—30 | 30-50 |
5. Железнодорожные пути: внешние | 80 | 40 | 60-80 |
внутризаводские . . | 30 | 20 | 20—40 |
6. Автодороги: | 60—80 | 20—30 | 40—60 |
внутризаводские и подъездные .... | 30 | 10 | 20 |
В системах технического водоснабжения тепловых электростанций наибольшее распространение получили башенные градирни с пленочным, реже с капельным оросителем.
На рис. 11-17 изображена пленочная градирня с монолитной железобетонной башней гиперболического очертания. Такие градирни применяют в районах с расчетной средней температурой наиболее холодной пятидневки, —28° С и выше.
Градирня состоит из следующих основных элементов:
а) железобетонной вытяжной башни, выполненной в форме гиперболоида, опирающегося на наклонные стойки колоннады;
б) водосборного бассейна с водораздельной стенкой и розетой;
в) четырех напорных стальных водоводов, заканчивающихся стальными стояками;
г) каркаса для оросительного устройства;
д) оросительного устройства;
е) водораспределительных (магистральных и рабочих) лотков;
ж) конструкций для борьбы с обледенением градирни в виде брызгального устройства и зимних навесных щитов.
Градирня устанавливается на кольцевой фундамент, имеющий сечение наклонного тавра.
Рис 11-17. Башенная пленочная железобетонная гиперболическая градирня.
1-вытяжная башня; 2 — водосборный бассейн; 3 — железобетонный каркас оросительного устройства; 4 — брызгальное устройство для борьбы с обледенением; 5 — ветровые перегородки; 6 — кольцевой фундамент с розетой.
Днище бассейна выполняется в виде железобетонной плиты толщиной 250 мм, лежащей на бетонной подготовке толщиной 100 мм. Кольцевой фундамент отделен от плиты днища бассейна деформационным швом с прокладкой резинового компенсатора.
Железобетонные конструкции подземной части — плита днища, плита кольцевого фундамента и водоразделительная стенка — выполняются из гидротехнического бетона марки 200, В-6, Мрз-150.
Стенки кольцевого фундамента и наклонные стойки колоннады выполняются из гидротехнического особо плотного бетона марки не ниже 300, В-8, Мрз-300. Конструкции подземной части армируются блочной арматурой, состоящей из каркасов и сеток.
Внутренняя поверхность стенок бассейна, а также водораздельная стенка с двух сторон покрываются холодной асфальтовой мастикой в три слоя, а днище бассейна покрывается мастикой в два слоя и защищается цементной стяжкой, предохраняющей гидроизоляцию днища от механических повреждений.
Водораздельная железобетонная стенка бассейна сооружается по главной оси градирни и обеспечивает возможность отключения половины градирни для ремонта и осмотра. Розета, предназначенная для возврата воды, выпадающей из градирни в виде брызг при ветре, выполняется из монолитного железобетона шириной 1,25 м с. уклоном в сторону бассейна и по контуру жестко связывается со стенкой кольцевого фундамента.
Вытяжная башня градирни сооружается из монолитного железобетона. Опорным кольцом оболочки башни является ее нижняя, наиболее утолщенная часть. По верху оболочки башни выполняется кольцо жесткости.
По внешней поверхности оболочки устанавливается металлическая лестница с площадкой черед входным окном в башню и молниеотвод. Светоограждение расположено па кольце жесткости.
Стенки башни работают в тяжелых температурно-влажностных условиях, так как внутри градирня заполнена водяными парами, которые конденсируются и стекают по стенке оболочки, а наружная сторона оболочки, увлажненная конденсатом, подвергается попеременному замораживанию и оттаиванию при изменении наружной температуры. Исходя из этих условий, для возведения оболочки применяется гидротехнический, особо плотный бетон марки не ниже 300, В-8 и Мрз-300; наименьшую толщину стенки оболочки при двойном армировании принимают равной 14 см, а при одиночном армировании - 10 см.
Внутреннюю поверхность башни градирни и поверхность несущей колоннады обрабатывают за 3 раза растворами флюатов магния, цинка или алюминия или же растворами кремнефтористоводородной кислоты; после высыхания эти поверхности покрывают красками на основе эпоксидных смол или за 3 раза холодными битумными красками (разжиженным битумом).
Оболочка башни армируется пространственными каркасами.
Рис. 11-18. Башенная пленочная каркасная градирня.
Стыки сеток этих каркасов выполняются вязанными внахлестку, а стыки плоских каркасов — на сварке.
Каркас оросительного устройства и водо- распределительные лотки выполняются из унифицированных сборных железобетонных элементов, применяемых для различных типов градирен.
Главные балки оросителя опираются на колонны, а второстепенные балки, несущие щиты оросителя, подвешиваются к главным балкам. Сопряжение ригелей с колоннами выполняется сваркой выпусков арматуры и замоноличиванием узлов, чем обеспечивается жесткое (рамное) их соединение.
Для железобетонных элементов оросителя применяется бетон такого же состава, как и для вытяжной башни градирни.
При сопряжении сборных железобетонных элементов градирен с помощью стальных закладных деталей предусматриваются мероприятия по антикоррозионной защите закладных деталей и сварных соединений.
Щиты оросителя выполняются из дерева или асбестоцементных листов, устанавливаемых вертикально, ярусами на расстоянии 30— 80 мм друг от друга. Вода, подаваемая сверху на ороситель, стекает по поверхности этих щитов тонким слоем (пленкой). Благодаря этому получается очень большая площадь соприкосновения воды с поступающим снизу воздухом и, следовательно, хороший эффект охлаждения.
Рис. 11-19. Башенная капельная каркасная градирня.
1 — вытяжная башня; 2 — желоба; 3 — решетник; 4- стойки; 5 —воздушный коридор; 6 — входные окна для воздуха; 7 — воздухонаправляющие щиты; 8 — резервуар; 9 — розетка; 10 — каркас башни.
Сооружение вытяжной башни гиперболического очертания из монолитного железобетона в стальной переставной опалубке представляет собой сложную инженерную задачу, решение которой стало возможным благодаря развитию отечественной строительной техники.
До недавнего времени подавляющее большинство башенных градирен сооружались с башнями, состоящими из стального каркаса и обшивки. Градирни такого типа применяются и в настоящее время в районах с расчетной средней температурой наиболее холодной пятидневки до —28° С.
На рис. 11-18 изображена пленочная градирня такого типа. Стальной каркас вытяжной башни представляет собой сквозной, пространственный, квадратный в плане постамент, на котором устанавливается конструкция верхней части башни, имеющей форму усеченной восьмигранной пирамиды, снабженной по высоте жесткими горизонтальными кольцами, облегчающими поярусный монтаж конструкций. Опирается каркас на четыре фундамента, расположенные в углах водосборного бассейна. Обшивка каркаса выполняется из деревянных крупноразмерных щитов или из волнистых асбестоцементных листов усиленного профиля. Стальные конструкции башни окрашиваются антикоррозионной краской из кузбасского лака с добавлением 20% по весу алюминиевой пудры. Строительные конструкции водосборного бассейна и оросителя выполняются аналогично конструкциям пленочной градирни с железобетонной вытяжной башней.
Ороситель башенной капельной градирни представляет собой систему трехгранных или прямоугольных деревянных реек, расположенных горизонтально в шахматном порядке, рядами, с расстоянием между рядами 30—40 см. Он имеет в плане форму многоугольника и закрыт со всех сторон обшивкой.
Охлаждаемая вода подается в систему открытых распределительных желобов, расположенных нал оросителем, и через трубочки в дне желобов попадает на тарелочки из фарфора, стекла или пластмассы, разбрызгивающие воду на мелкие капли.
Капли попадают далее на решетник, где они, падая с рейки на рейку и дополнительно разбиваясь, отдают свое тепло встречному потоку воздуха.
Внешний вид и поперечный разрез башенной капельной градирни приведены на рис. 11-19.
Кроме описанных типов башенных градирен, известны конструкции гиперболических башен, возведенных из сборных железобетонных элементов. Такие градирни сооружены в ГДР и ВНР.
В Советском Союзе также проводится разработка конструкций градирен с башнями из сборного железобетона.
Значительное распространение на тепловых электростанциях получили вентиляторные градирни, обладающие рядом преимуществ: большой компактностью, устойчивым эффектом охлаждения, минимальным уносом водяных паров по сравнению с другими искусственными охладителями.
Рис. 11-20. Вентиляторная градирня.
1- монолитное днище; 2—сборные панели; 3 — асбестоцементные листы; 4 — водораспределительная система; 5 — оросители; 6 — вентилятор.
Вентиляторные градирни отличаются от башенных тем, что тяга воздуха создается в них искусственно, при помощи вентилятора, в связи с чем вытяжную башню в этих градирнях не устраивают. Вентиляторные градирни могут быть капельными, пленочными или брызгальными. Конструкция оросителей вентиляторных градирен идентична соответствующим типам оросителей башенных градирен.
На рис. 11-20 изображена многосекционная вентиляторная градирня из сборных железобетонных элементов.
Градирня состоит из двух частей:
а) подземной части — водосборного бассейна с трубопроводами охлажденной, переливной и грязевой воды;
б) наземной части — пространственного каркаса градирни с технологическим оборудованием и обшивкой.
Водосборный бассейн состоит из днища, колонн и балок, выполняемых в монолитном железобетоне, и стен из сборных панелей.
Рис. 11-21. Двухсекционный брызгальный бассейн.
а — план; б — разрез; 1— бетонные плиты; 2 — крупный песок; 3 — мятая глина; 4 — стальные опорные конструкции; 5 — роликовые опоры; 6 — распределительные трубы; 7 — соплодержатели; 8 — сопла.
Пространственный каркас надземной части градирни представляет собой четырехъярусную этажерку с жесткими узлами. Каркас состоит из неразрезных колонн квадратного сечения и ригелей прямоугольного сплошного сечения. Колонны каркаса и ригеля нижнего яруса устанавливаются на колонны водосборного бассейна.
Монолитные и сборные железобетонные конструкции градирни выполняются из гидротехнического бетона, обладающего достаточной водонепроницаемостью и морозостойкостью. Для наиболее ответственных конструкций градирни бетон приготовляется на сульфатостойком цементе. Гидроизоляция внутренних поверхностей водосборного бассейна производится холодной асфальтовой мастикой. Колонны, ригели и балки каркаса покрываются защитной оклеечной гидроизоляцией из стеклопластиков на полиэфирных смолах, окрасочной гидроизоляцией — эпоксидными смолами или штукатуркой из холодной асфальтовой мастики.
Деревянные конструкции градирни антисептируются, а все стальные конструкции и крепежные детали покрываются водостойкими красками или лаками.
Брызгальные устройства располагают над естественными водоемами или искусственными бассейнами. Брызгальные бассейн представляет собой прямоугольный резервуар большой площади (рис. 11-21). Над резервуаром, на распределительных трубопроводах установлены насадки для разбрызгивания воды, называемые брызгалами. Охлаждаемая вода, подаваемая под напором, разбрызгивается брызгалами и падает в виде мелких капель в бассейн.
Из бассейна охлажденная вода по трубопроводам подается насосами в конденсаторы турбин.
Для обеспечения доступа воздуха ко всем брызгалам ширина брызгального устройства не должна превышать 45 м; расстояние от бровки бассейна до ближайших брызгал принимают равным 7—10 м. Глубину воды в брызгальных бассейнах принимают, как правило, 1,5 м; при использовании бассейна для хранения запасов воды глубина его может быть увеличена до 4 м. Превышение бровки бассейна над расчетным горизонтом воды принимается не менее 0,3 м. Вокруг бассейна устраивается асфальтированная площадка шириной 3— 5м с уклоном 2% к бассейну. По периметру этой площадки сооружается кювет для отвода поверхностных вод.
Дно бассейна выполняется с уклоном в сторону приямка, через который в случае необходимости производится опорожнение бассейна в сеть промышленной ливневой канализации.
Одежда бассейна выполняется из монолитного бетона, сборных бетонных и железобетонных плит, асфальта или мостовой на песчано- гравийном основании. В качестве гидроизоляции применяется мятая глина, битум и холодная асфальтовая мастика.
Распределительные трубопроводы укладываются на железобетонные опорные стойки, выполняемые, как правило, из сборного железобетона. Для бетонной и железобетонной одежды бассейна и особенно для опорных стоек и одежды откосов применяется гидротехнический бетон марки не ниже 200, обладающий достаточной морозостойкостью и водонепроницаемостью.
При строительстве брызгальных бассейнов на макропористых просадочных грунтах следует предварительно уплотнить основание тяжелыми трамбовками, а затем создать водонепроницаемое основание из смеси щебня с битумом, покрытое слоем асфальта. На водонепроницаемое основание, имеющее уклон в сторону канализации, укладывается дренажный слой из мелкого гравия или крупнозернистого песка, поверх которого сооружается днище бассейна.
