В настоящее время градирни большой производительности применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов. В гражданском строительстве градирни используются, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, при кондиционировании воздуха, охлаждении аварийных электрогенераторов. Наибольшее распространение градирни получили в промышленности для охлаждения разного рода технологического оборудования, при химической очистке веществ, часто в связке с системой местных очистных сооружений (МОС). Имеют широкое применение на предприятиях ВПК, энергетической, судостроительной, авиационной, химической отраслей, металлургии, машиностроения, и пищевого производств и т. д.

При замыкании водооборотного цикла на местные водоочистные сооружения решается и задача утилизации значительного количества технических сточных вод, перенаправляемых на градирную установку. А технические решения по утилизации тепловой энергии (избытка пара) с применением теплонасосных установок (ТНУ) позволяют преобразовывать её в электроэнергию.

Процесс охлаждения в случае классических вентиляторных градирен происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха. В инновационных эжекционных градирнях охлаждение происходит за счёт создаваемой среды, приближённой к условиям вакуума специальными форсунками (обеспечивающие площадь тепломассообмена, каждая — 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, и представляющие собой принцип двойного действия, охлаждая распыляемую жидкость не только снаружи, но и внутри) и особенностями конструкции. При испарении 1 % воды температура оставшейся массы понижается на 5,48 °C, а в случае с описанным эжекционным принципом охлаждения температура оставшейся массы понижается на 7,23 °C.

Как правило, градирни используются там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (реки, озёра, моря), а также из-за опасности их загрязнения.

Простая и дешёвая альтернатива градирням — брызгальные бассейны, где вода охлаждается простым разбрызгиванием, правда, с небольшим эффектом.

Характеристики

Основные конструктивные параметры градирен определяются технико-экономическим расчётом в зависимости от объёма и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферы (температуры, влажности и т. д.) в месте установки.

Использование градирен в зимнее время в областях с морозной зимой может быть опасно из-за риска обмерзания градирни. Происходит это чаще всего в местах соприкосновения морозного воздуха с небольшим количеством тёплой воды. Для предотвращения обмерзания градирни и, соответственно, выхода её из строя, следует обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя и следить за одинаковой плотностью орошения на отдельных участках градирни (но только для градирен с оросителем). В вентиляторных градирнях нагнетательные вентиляторы также часто подвергаются обледенению при неправильной эксплуатации градирни. При использовании эжекционных градирен большая часть этих рисков пропадает из-за отсутствия как вентилятора, так и оросителя.

Классификация

В разделе не хватает ссылок на источники (см. также рекомендации по поиску).

По способу подачи воздуха:

башенные (тяга создаётся при помощи высокой вытяжной башни);

вентиляторные (тяга создаётся вентилятором);

открытые (атмосферные), использующие силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха через ороситель;

эжекционные, использующие эффект эжекции при движении водо-воздушной смеси на высоких скоростях в специальных каналах.

брызгальные, действующие по принципу простого разбрызгивания или фонтана.

По направлению течения сред (охлаждаемой воды и воздуха):

с противотоком (наибольший температурный перепад, наибольшее аэродинамическое сопротивление);

с перекрёстным током (меньшее аэродинамическое сопротивление, меньше капельного уноса);

со смешанным током (конструкция градирни содержит и противоток и перекрёстный ток).

Вентиляторные градирни до последнего времени были наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивали более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживая большие удельные тепловые нагрузки (однако требуют затрат электроэнергии для привода вентиляторов).

Эжекционные градирни выдерживают наибольшие гидравлические нагрузки и способны охлаждать воду с большим перепадом и с очень высоких температур (до 90 °С). Это обусловлено как отсутствием оросителя, так и большой суммарной площадью поверхности мелкодисперсных капель и высокими скоростями водо-воздушных потоков. Затраты электроэнергии на эксплуатацию систем оборотного водоснабжения с эжекционной градирней при грамотной организации схемы водоснабжения и автоматики не превышают затрат на типовые вентиляторные установки. При этом эжекционные градирни довольно морозостойкие, что делает их эксплуатацию в областях с морозной зимой наиболее экономически выгодной.

В своём большинстве промышленные градирни основаны на использовании прямого испарительного охлаждения воды в контактных аппаратах. Температура охлаждённой воды в этом случае ограничена температурой мокрого термометра охлаждающего воздуха, то есть такие градирни наиболее эффективны в районах с сухим климатом (низкой влажностью воздуха). Тем не менее, градирни подобной конструкции широко используются в районах, где влажность достаточно высока. В результате работа градирен протекает в условиях далёких от оптимальных.

Обычно эффективность работы традиционных градирен составляет 70 — 75 %. Например, при температуре окружающей среды 35 °С и относительной влажности 40 %, теоретическое значение температуры охлаждённой воды составляет 23,9 °С, а выходная влажность воздуха — 0.018 кг влаги на килограмм сухого воздуха. Использование насадок плёночного типа позволяет увеличить поверхность контакта воздуха и охлаждаемой воды в заданном объёме. Однако в этом случае удаётся только повысить компактность аппарата, а не «нижнюю» температуру охлаждения, которая остаётся близкой к температуре мокрого термометра. Если использовать градирню на основе М-цикла, то для тех же условий теоретическая температура охлаждённой воды может быть близка к температуре точки росы охлаждаемого воздуха (19.4 °С), а влажность воздуха возрастает до 0.033 кг влаги на килограмм сухого воздуха. При осушке воздуха на входе в градирню до 20 %, температура воздуха может быть снижена до 7,8 °С.

(М-цикл, или термодинамический цикл Майсоценко (Maisotsenko Cycle, M-Cycle — «Хайтек») — это способ использования энергетического потенциала направленного движения воздуха, возникающего в результате природного процесса испарения воды. Применяется в системах охлаждения и кондиционирования воздуха, в устройствах для получения питьевой воды, аппаратах для рекуперации тепла, в установках по производству электрической и тепловой энергии. Его создатель Валерий Майсоценко — доктор технических наук, профессор, автор около 200 научно-технических работ и трех десятков актуальных прорывных патентов. В советские годы его идеи считали если не безумными, то нереализуемыми. Он утверждал, что возможно получать энергию из воздуха, как об этом говорил еще Никола Тесла. Спустя 30 лет его разработками пользуются по всему миру. Испарительно-конденсационный тепловой насос на основе воды сейчас способен вытеснить центральное отопление и компрессионную климатическую технику, а М-цикл в будущем может реализовать принципиально новую термодинамическую концепцию для двигателей и турбин.)

Схема градирни на основе Майсоценко-цикла состоит из двух вертикальных концентрических цилиндров, причём внешняя часть внутреннего цилиндра орошается водой. Такие градирни существенно отличаются от традиционных «сухих» градирен большой высоты, эффективность которых ограничена разностью температур воздуха внутри башни и вне её, а стоимость потребляемой электроэнергии значительна.

В центральном канале градирни на основе М-цикла поток за счёт охлаждения движется сверху вниз, а при нагреве в кольцевом канале — снизу вверх с увеличением влажности. Вследствие испарения воды в кольцевом канале масса потока на выходе превышает массу воздуха на входе. Наименьшая температура воздуха и воды достигается в нижней части градирни, а на выходе из кольцевого канала температура потока будет близка к температуре мокрого термометра. Применение цикла Майсоценко не ограничено использованием воздуха окружающей среды; в градирнях М-цикла могут быть использованы азот, двуокись углерода, промышленные газы, а в качестве охлаждаемой жидкости — промышленные стоки, морская и засолённая вода. Начало процессам тепло-и массообмена в градирне даёт вынужденная подача воздуха окружающей среды во внутренний цилиндр и испарение воды с внешней поверхности внутреннего цилиндра.