Способы охлаждения отбросной теплоты

Первый из способов крупномасштабного отвода теплоты, который будет здесь рассмотрен,— это прямоточное охлаждение. Воду, взятую из водотока или водоема, прокачивают через трубки конденсатора, где она отбирает скры-тую теплоту пара. При этом не предпринимается никаких мер для того, чтобы ослабить негативное воздействие теплового загрязнения. Единственная задача состоит в том, чтобы предотвратить рециркуляцию нагретой воды через трубки конденсатора. С экономической точки зрения система прямоточного водоснаб-жения привлекательна потому, что она наименее дорогостоящая, если, конечно, для ее устройства имеются подходящие условия. Затраты на создание такой прямоточной системы водоснабжения, ее эксплуатацию и техническое обслуживание обычно небольшие.

Второй способ отвода теплоты из конденсаторов электростанций заключается в устройстве искусственного водоема-охладителя(пруда или озера).Преимуществотакого пруда в том, что он обходится недорого, особенно в тех районах, где стоимость земельных участков невысока. При проектировании пруда-охладителя принимают удельную площадь зеркала воды пруда в пределах 0,81-0,9 га на один киловатт установленной мощности.

Если земельные участки стоят дорого, можно устроить брызгальный бассейн – он занимает меньшую площадь, чем пруд-охладитель. Работает брызгальный бассейн по тому же принципу, но испарение, происходящее в результате контакта воды с атмосферным воздухом, становится гораздо интенсивнее, так как вода разбрызгивается над поверхностью бассейна; вот почему бассейн занимает лишь 5% площади, которая потребовалось бы для устройства пруда-охладителя.

Рассмотрим последний способ отвода сбросной теплоты — применение градирен.На рис. 9.6изображены градирни различных типов.

Рисунок 9.6 - Охлаждающие устройства различных типов: а – брызгаль-ный бассейн; б – открытая брызгальная градирня; в – испарительная градирня с гиперболической башней; г - градирня с принудительной циркуляцией воздуха;

д – градирня со всасывающим вентилятором и противоточным движением воз-духа; е - градирня со всасывающим вентилятором и поперечным движением воздуха; ж – открытая градирня с оросительным устройством

Градирни делятся на сухие (радиаторные) и испарительные. Принцип действия испарительной градирни заключается в том, что вода, стекая по оросителю под действием силы тяжести, вступает в соприкосновение с потоком воздуха. Как уже говорилось, охлаждение воды главным образом (на 75 %) происходит за счет того, что часть ее испаряется. Определенная часть охлаждения достигается за счет эффекта теплопередачи. Интенсивность теплоотдачи зависит от такого параметра, как площадь контакта воды с воздухом. Вода, поступающая в градирню из водораспределительного устройства, стекает на первый из многочисленных слоев насадки. Роль насадки, занимающей значительную часть внутреннего объе-ма испарительной градирни, состоит в том, чтобы ускорить рассеяние теплоты: вода разбрызгивается, а, следовательно, возрастает орошаемая поверхность, находящаяся в контакте с воздухом.

В большинстве современных испарительных градирен применяется ка-пельный ороситель – вода падает с одного яруса горизонтальных брусков на другой и дробится при этом на капли. В некоторых менее крупных градирнях чаще применяется насадка другого типа – так называемая пленочная. В этих градирнях вода стекает по орошаемому устройству в форме тонкой пленки, занимающей обширную площадь. Пройдя через насадку, охлажденная вода сте-кает в водосборный резервуар, находящийся в основании башни. Из резервуара

ее снова подают туда, где она нагревалась, например в конденсатор пара на электростанции, и начинается очередной цикл отвода теплоты.

Испарительные градирни делятся, в свою очередь, на три основных типа: открытые градирни, градирни с естественной тягой и градирни с принудительной циркуляцией воздуха.

Открытые градирни устроены так, что для протока воздуха через ороситель в них используется сила ветра. Разбрызгиваемая вода охлаждается протекающим воздухом, и теплота отводится в атмосферу. Эти градирни имеют форму прямоугольника, длинная ось которого расположена по направлению господствующего летом ветра. Жалюзи на внешней поверхности шахты предназначены для того, чтобы потери от уноса брызг ветром сократились до минимума. Хотя подобные градирни просты по конструкции и надежны в работе, они обладают рядом существенных недостатков. В настоящее время на электростанциях такие градирни уже не строятся — они занимают большую площадь (их нужно строить на открытом месте, поблизости не должно быть сооружений, препятствующих хорошему продуванию градирни ветром); интервал охлаждения у таких градирен невелик, а строительство их связано с довольно крупными затратами.

Испарительные градирни с естественной тягой сложнее по конструкции; в них перемещение воздуха создается за счет различия в плотности потоков входя-щего и выходящего воздуха. Другими словами, плотность наружного воздуха не-сколько выше, чем плотность воздуха, находящегося в башне градирни. Наибо-лее характерное значение этого перепада плотности — 0,008 кг/м³. Движущая сила — это разность гидростатических давлений двух столбов воздуха.

Градирни с естественной тягой обладают известными преимуществами по сравнению с градирнями прочих типов. Они производят такое же охлаждающее действие, что и градирни с принудительной вентиляцией, однако при этом лише-

ны механических устройств и не потребляют электроэнергии. Кроме того, их эффективность не зависит от скорости ветра. Градирни с естественной тягой занимают гораздо меньшую площадь. Они работают в оптимальных условиях, при которых поток воздуха направлен навстречу потоку стекающей с оросителя воды, благодаря чему самый холодный воздух сначала соприкасается с самой холодной водой и эффективность охлаждения поэтому не снижается. К недостаткам градирен с естественной тягой следует отнести необходимость сооружения высоких башен и значительные капитальные затраты. Кроме того, трудно с большой точностью регулировать температуру охлажденной воды. В технической литературе чаще всего приводятся следующие оптимальные показатели для таких градирен: интервал охлаждения—14 °С, степень приближения к теоретическому пределу—10 °С.

Третий тип испарительных градирен — это градирни с принудительной вентиляцией. Поток воздуха создается при помощи вентилятора, установленного либо на входе (принудительный поток), либо на выходе (всасываемый поток). Применение вентилятора позволяет регулировать поток воздуха в зависимости от конкретной потребности в охлаждении воды.

Принцип действия испарительных градирен всех типов состоит в том, что теплота удаляется из отработавшего в турбинах пара благодаря процессу испарения воды.

Вопросы для самопроверки

1. Каким образом можно повысить эффективность паросиловой установки пу-тем увеличения давления за турбиной?

2. Какие турбины называются турбинами с противодавлением?

3. Чему равна электрическая и тепловая мощность паросиловой установки?

4. Для чего применяются турбины с регулируемым отбором пара?

5. Какие способы применяются для охлаждения отбросной теплоты?

6. На каком принципе работают градирни с естественной циркуляцией?

Лекция 11