Модернизация водоснабжения

Капельно-плёночные  градирни на периферии имеют оросительное устройство капельного типа, а в  центральной части – устройство плёночного типа, имеющее более низкое гидравлическое сопротивление.

На ТЭЦ  применяются крупные градирни площадью оросительного устройства (в горизонтальном сечении) 4000÷6500 м² и 9000 м². Их производительность определяется по летнему режиму при расчётных теплофикационных параметрах пара. В зимнее время температура охлаждённой в градирне воды,  не должна быть ниже 10÷12 °С, чтобы исключить обмерзание. Это обеспечивается перекрытием окон щитами и установкой по периметру градирни тепловой завесы.

Вентиляторные градирни применяют в южных районах. Их используют на передвижных электростанциях. Особенность вентиляторных градирен – повышенный эффект охлаждения и простота регулирования температуры охлаждаемой воды.

Рис.4.Схема  оборотного водоснабжения с воздушно-конденсационной

установкой  Геллера-Форго:

1-паровая  турбина; 2-смешивающий конденсатор; 3-форсунки

конденсатора; 4-циркуляционный насос; 5-охлаждающие колонны;

6-вытяжная  башня; 7-трубопровод нагретой воды; 8-трубопровод

охлажденной воды; 9-гидротурбина; 10-конденсатный насос.                                                                

Они имеют  меньшие размеры, но расход электроэнергии значительно выше и составляет до 0,5÷0,7 % вырабатываемой энергии. Движение воздуха создаётся пропеллерным вентилятором с вертикальной осью и  приводом от электродвигателя. Стоимость  вентиляторных и башенных градирен примерно одинакова.

Открытые градирни имеют небольшую  производительность и повышенные потери воды при уносе. Применяются на малых  ТЭС.

Охлаждение  воды в градирнях происходит в  основном за счёт испарения.  Количество  G_и теряемой при испарении воды связано с расходом  G_о.в охлаждающей воды следующим соотношением:

         .          (1.5)                    

Отсюда  доля g_и теряемой при испарении воды

                   

,      (1.6)                                

т.е. около 2 % расхода циркуляционной воды. С учётом конвективного теплообмена  потеря воды в градирне снижается  до 1,2÷1,5 %.

За счет давление воды, создаваемого циркуляционными  насосами, в системе с градирнями преодолевается высота подъёма, гидравлическое сопротивление конденсатора и трубопроводов; это давление составляет 0,2÷0,25 МПа и выше.    

В связи  с дефицитом воды перспективно применение воздушно-конденсационных установок  системы Геллера-ФОРГО с поверхностными охладителями в сочетании с конденсаторами смешивающего типа (рис. 11.6). Особенностью схемы с поверхностными охладителями является то, что контур водоснабжения  объединяется в конденсаторе с контуром питательной воды парогенераторов.  Для  охлаждения  используется  постоянная масса конденсата и чистой воды, проходящей в градирне внутри поверхностных алюминиевых охладителей, которые снаружи омываются воздухом. Охлаждающие колонки располагаются по периметру в нижней части башни в окнах для входа, охлаждающего воздуха. Если движение воздуха в градирне происходит за счёт естественной тяги, то она создаётся башней высотою 100 м и более.

Рис.5.Схема оборотного водоснабжения электростанции с градирнями:

1-конденсаторы турбин; 2-циркуляционные насосы в машинном

отделении; 3-градирня; 4-подводящие самотечные водоводы к

циркуляционным  насосам; 5-сливные напорные трубопроводы к

градирне; 6-трубопроводы подпитки циркуляционной системы

7-трубопроводы  продувки циркуляционной системы  и подачи воды в

систему гидрозолоудаления; 8-трубопроводы подачи воды на

водоподготовку; 9-насос добавочной воды.

Охлаждающая вода подаётся в конденсатор, конденсирует отработавший в турбине пар и  затем делится на два потока: один подается на питание парогенераторов, а второй - на охлаждение в градирню.        

Системы циркуляционного  водоснабжения с сухими градирнями имеют высокую стоимость, однако их применение, перспективно из-за дефицита воды.     

Схема системы  оборотного водоснабжения с градирнями представлена на рис. 11.7. 

Тепловая  нагрузка  градирни Q, кДж/ч:

 

,                 

где G_о.в и  G_и - расходы охлаждаемой и испаряемой воды, т/ч; t₁ и t₂ - температура воды на входе в градирню и выходе из нее, °С; с_в– теплоёмкость воды, кДж/(кг×К).

Удельная гидравлическая нагрузка или плотность орошения ω, т/(м²· ч)

,(1.8)

где F_a – активная площадь градирни, м².

Удельная  тепловая нагрузка q, кДж/(м²×ч×°С):

 .(1.9)

Удельная  площадь градирен составляет 0,01÷0,02 м²/кВт, что в 300÷400 раз меньше по сравнению с площадью пруда-охладителя. Испарение воды приводит к увеличению концентрации солей в циркуляционной воде, и это требует применения продувки или химической обработки воды систем оборотного водоснабжения с градирнями. Для компенсации продувки и уноса воды в циркуляционную систему вводится добавочная вода.

1.3 Оборотное водоснабжение с прудами-охладителями

Оборотное водоснабжение применяется, если дебет (поступление) источника водоснабжения  недостаточен, для прямоточной схемы или прямоточное водоснабжение не экономично из-за большого расстояния подачи воды или большой высоты подъёма. Для ТЭЦ наиболее распространены в схемах оборотного водоснабжения пруды-охладители.

Применение  прудов-охладителей предусматривает  размещение главного корпуса вблизи пруда. Насосы размещаются в береговой насосной. 

        Рис.6.Схемы водохранилищ-охладителей:

а- вытянутой формы; б-округлой формы; в-водохранилище; 1-площадка

электростанции; 2-плотина; 3-ограждающая дамба; 4-водозаборное сооружение; 5-отводящий канал; 6-струенаправляющая дамба; 7- струераспределительное сооружение; 8-транзитный поток; 9-водоворотная зона.

       Это связано со значительными колебаниями уровня воды в водоёме (до нескольких метров). Малые колебания уровня позволяют устанавливать насосы индивидуально у каждой турбины. Водоприёмник и насосная размещаются в наиболее глубоком месте, чаще у плотины.

Плотина выполняется земляной, каменнонабросной или бетонной. Длина плотины может составлять  3÷4 км, ширина по гребню до 10 м, высота - до 30÷40 м, устанавливаются сбросные устройства для выпуска паводковых вод и постоянного сброса воды. Места сброса и забора воды должны находиться на расстоянии, обеспечивающим необходимую глубину охлаждения воды. Создаются пруды-охладители на реках, озерах, а также на суходолах  (наливные пруды). Пруд-охладитель дорогое и трудоёмкое сооружение, обеспечивающее малую фильтрацию через ложе. Заполняется пруд из верховьев реки и длительное время (до нескольких лет). Приток воды должен восполнять  убыль воды за счёт испарения и фильтрации. Пруды-охладители в сравнении с другими оборотными системами водоснабжения наиболее экономичны, обеспечивают более низкие и устойчивые температуры охлаждающей воды, меньшие потери воды, отсутствие обмерзания, меньший расход электроэнергии на привод насосов.

Площадь водохранилища определяется по условиям охлаждения воды и зависит от мощности и тепловой нагрузки станции, климатических  условий, формы пруда, величины акватории.         

Наиболее  распространены следующие формы  прудов-охладителей: а) вытянутая, дающая наибольший эффект охлаждения (рис. 11.4 а); б) округлой формы (рис. 11.4 б); в) искусственно сооружаемое вне долины реки (рис. 11.4.в).

При вытянутой  форме пруда расстояние между забором и сбросом достигает 8÷10 км. Более полное использование поверхности пруда-охладителя достигается сооружением струенаправляющих и струераспределительных сооружений при сбросе нагретой воды. Большая глубина пруда позволяет выполнять забор воды с глубины, а сброс - в верхние слои в месте забора. Это снижает протяжённость и стоимость каналов (водоводов).

В водохранилище  вода охлаждается за счёт конвекции (в основном в ночное и зимнее время), испарения и радиации. 

Уравнение теплового баланса пруда-охладителя в ГДж/сут.:

Q_с + Q_и + Q_р + Q_к + Q_в= 0,    (2)                                 

где Q_с – приток тепла от воздуха к воде за счёт соприкосновения (конвекции);      

Q_и – тепло, затраченное на охлаждение воды за счёт испарения;     

Q_р – тепло солнечной радиации (Q_р для градирен не учитывается, для прудов-охладителей определяется по справочным данным);    

Q_к, – тепло, воспринимаемое водой в конденсаторе;

Q_в – тепло, отводимое проточной водой из охладителя (пруда)

              Q_с = a_с(t - Q)×F_а;                   (2.1)                                 

                   Q_и = r× G_и=r×b_и(p_t - p_Q)F_а;      (2.2)                                    

                  Q_к = D_k× q_k = G_о.в × (i₂ - i₁);   (2.3)                                    

                   Q_в = G_o× i_o- G_с× i_с - G_ф× i_ф.     (2.4)                                     

Таким образом, на теплообмен системы “вода-воздух”  для прудов-охладителей влияют следующие  параметры: коэффициент теплоотдачи  от воздуха к воде a_с, ГДж/(м²×К×сут.); средняя температура воды по поверхности потока t, °С; активная поверхность охлаждения водохранилища F_а, м²; теплота парообразования воды r, ГДж/т; количество испаряемой с поверхности водохранилища воды G_и, т/сут.; коэффициент массоотдачи при испарении воды b_и т/(сут.×МПа×м²); парциальные давления водяных паров у поверхности воды р_t и в массе воздушного потока р_Q, МПа; пропуск пара в конденсатор D_k, т/сут; тепло конденсации пара в конденсаторе q_k, ГДж/т; расход охлаждающей воды G_o.в, т/сут.; энтальпия охлаждающей воды на входе i₁ и на выходе i₂ из конденсатора, ГДж/т; расходы воды: поступающей из реки в водохранилище G_o, сбрасываемой из водохранилища G_с, теряемой с фильтрацией G_ф, т/сут., и соответствующие этим расходам энтальпии воды: i_o, i_с, i_ф, ГДж/т.        

Уравнение материального баланса воды в  водохранилище, т/сут.:

                         G_o = G_с+ G_и+ G_ф.   (2.5)                                       

При равенстве  температур воздуха Q и охлаждающей воды в водоёме t(Q = t) уравнение теплового баланса примет вид

Q_k » Q_и. (2.6)

D_k× q_k » G_и× r. (2.7)

Так как q_k»r, то расходы конденсата и испаряемой с поверхности водохранилища воды равны

                                                 

 .                                            

При кратности  охлаждения m=50 с поверхности водохранилища испаряется примерно 2 % циркуляционной охлаждающей воды (D_k=0,02G_о.в). Если же помимо испарения тепло отдаётся и конвекцией (t>Q), то количество испаряемой воды снижается до 0,8÷1 %.

Теоретическим пределом охлаждения воды в водохранилище  можно считать температуру мокрого  термометра t. Температура охлаждённой в водохранилище воды равна температуре воды на входе в конденсатор и выше (t<t₁) температуры мокрого термометра на величину предела охлаждения

  d t= t₁ – t,                                                 

который характеризует совершенство работы охладителя.

Степень охлаждения воды

  Dt = t₂ – t₁,                                                             

определяется  условиями работы (тепловым балансом) конденсаторов турбин

                       

   ,                                                    

т.е. в основном кратностью охлаждения m=G_ов/D_к, а не работой водохранилища-охладителя.

Активная  площадь водохранилища рассчитывается по формуле:

                                

  .                                

Здесь: F_тр - площадь транзитного потока, км²; F_в - площадь водоворотных зон, км²; F_тр и F_в определяются гидравлическим расчетом или моделированием; F_пр общая площадь пруда без застойных зон, км²;   - коэффициент использования водохранилища

                             

Площадь водохранилища в первом приближении можно определить и  по величине удельной площади  f_уд водохранилища (f_уд =км²/МВт).

                          f_уд  = F_пр / N_э.                                                     

Для станций  мощностью 1200 МВт площадь пруда-охладителя составит 4÷10 км². Расчет площади охладителя можно выполнить по номограммам, связывающим площадь охладителя, его естественную температуру и нагрев воды в конденсаторе [4].