Оборотные системы технического водоснабжения

В оборотных системах обязательным яв­ляется наличие водоохладителя. Его функции могут выполнять водоем-охладитель, градир­ни или брызгальные бассейны.

Система водоснабжения с водоемом-охла­дителем— наиболее распространенная на дей­ствующих конденсационных электростанциях. В этой системе главный корпус электростан­ции размещают обычно близ берега водоох­ладителя, а циркуляционные насосы — в бере­говой насосной.

Требуемая для охлаждения технической воды площадь водохранилища зависит от мощности электростанции, количества сбра­сываемой теплоты, климатических условий района и формы водоема (пруда). Его со­оружают, используя естественные или искус­ственные озера, небольшие реки, которые перегораживают плотинами для затопления необходимой территории (рис. 6.7). Глубина водоема-охладителя должна быть не менее 3.5—4 м.

Рис. 6.7. Схемы водоемов-охладителей:

а — водоем вытянутой формы; б — водоем округлой формы; в — водоем, сооружаемый вне долины реки; 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

Рис. 6.8. Зависимость температуры охлаждающей во­ды от параметров наружного воздуха и совершенства водоохладителя:

а— теоретический предел охлаждения воды при испарительном охлаждении т. в зависимости от температуры и влажности наружного воздуха; б — температура охлаждающей воды пос­ле водоохладителя в зависимости от теоретического предела охлаждения при изменении температуры наружного воздуха

Использование водоемов-охладителей име­ет ряд преимуществ перед использованием градирен: надежность технического водоснаб­жения, более низкие и устойчивые темпера­туры охлаждающей воды t_в1, значительно меньшие потери воды на ее испарение в охла­дителе, большая простота эксплуатации систе­мы (особенно зимой), меньшая высота подъ­ема охлаждающей воды (4—8 м) и значительно более низкий расход электроэнергии на перекачку, возможность комплексного ис­пользования водоема-охладителя для рыбо­разведения, орошения сельскохозяйственных угодий, отдыха и спорта трудящихся.

Рис. 6.9. Градирня противоточного типа с естественной тягой:

а — разрез и фасад; б — план; в—деталь; г, д — градирня производительностью до 100 000 м³/ч с башней из стального карка­са, обшитого алюминиевым листом (г) и из монолитного железобетона (д): 1—под­водящие трубопроводы; 2 — водораспреде­лительные трубопроводы с разбрызги­вающими соплами; 3 — щиты ороситель­ного устройства пленочного типа; 4— кар­кас оросителя; 5 — водоуловитель; 6 — во­досборный бассейн; 7 — вытяжная желе­зобетонная башня гиперболоидной фор­мы; 8 — воздухонаправляющие щиты; 9— отводящие трубы; 10—светоограждение

Охлаждение в водоохладителе происходит в результате соприкосновения воды с возду­хом при ее движении, как в границах аква­тории, так и по высоте водяного слоя. Посту­пающая в больших количествах с нагретой в конденсаторах водой теплота (до 1 миллио­на ГДж/сут на крупных ТЭС) отводится в основном путем испарительного охлаждения. Такое охлаждение значительно повышает ин­тенсивность теплообмена между водой и воз­духом. При этом температура воды может иметь значение ниже температуры окружаю­щего воздуха. Эта разница возрастает с уменьшением относительной влажности возду­ха (рис. 6.8). Как видно из этого рисунка, температура охлаждающей воды не достига­ет теоретической температуры влажного термометра на значение предела охлаждения ,°С, характеризующего совершен­ство работы охладителя.

Активная площадь водоема F_а, км², опре­деляется по формуле

где =0,4-0,9 — коэффициент использования водоема, зависящий от его формы, наличия застойных зон, способа забора воды; Fобщ— общая площадь водоема. Необходимую пло­щадь водоохладителя, км²/МВт, можно при­ближенно определить по удельной площади:

.

Значение f_уд принимают в пределах 5— 6 км² на 1000 МВт для КЭС на сверхкрити­ческих параметрах пара и до 10—11 км² на 1000 МВт для АЭС на насыщенном водяном паре.

На большей части водоемов-охладителей применена гравитационная схема использования их поверхности для охлаждения цир­куляционной воды. При этом нагретая в кон­денсаторах турбин вода должна отводиться в водоем на значительном расстоянии от ме­ста приема, что обеспечит необходимое ее охлаждение на пути от места слива до места забора (см. рис. 6.7). Более рациональной является осуществляемая в настоящее время АТЭП схема объемной циркуляции воды, в водоеме. Глубинный водозабор располагается в непосредственной близости от сброса по­догретой в конденсаторах воды. Последняя довольно устойчиво распространяется по по­верхности водохранилища за счет темпера­турной стратификации — градиента, создавае­мого теплой водой. При охлаждении воды повышается ее плотность, и она опускается в придонные области водоема, подходя к во­дозабору.

Потребление воды из водоема-охладителя на крупных ТЭС и АЭС достигает (15-30) 10⁶ м³/сут. Потери воды на испарение за­висят от режима работы и времени года и составляют 0,5—1 %. Для снижения мине­рализации воды за счет ее повышенного ис­парения предусматривают санитарный про­пуск воды и регулярную продувку водоема пропуском воды во время весеннего поло­водья. Потери на фильтрацию, более значи­тельные в первые несколько лет эксплуата­ции, затем снижаются.

Водоемы-охладители после подготовки местности и постройки плотины с ее соору­жениями заполняют за счет притока воды из верховьев реки либо перебросом воды из постороннего источника (наливные водоемы) в течение нескольких лет. После достижения проектной отметки приток воды используется для компенсации испарения, фильтрации, для поддержания качества воды с учетом требо­ваний расположенных ниже по течению по­требителей: промышленные предприятия, оро­шение земель, рыбное хозяйство и т. п.

Водоемы-охладители проектируют с по­мощью номограмм и с привлечением методов гидротехнического моделирования.

Схема трубопроводов охлаждающей воды современной КЭС с оборотной системой во­доснабжения и водоемом-охладителем не отличается от схемы при прямоточной системе.

В проекте электростанций Экибастузского угольного комплекса АТЭП предусмотрена установка одной береговой насосной, обслу­живающей одновременно две ГРЭС общей мощностью 8000 МВт. В насосной установле­ны семь осевых насосов типа ОП6-260, подаю­щих охлаждающую воду в промежуточный на­порный бассейн, откуда она самотеком посту­пает в конденсаторы турбин. При необходи­мости насосы могут работать в генераторном режиме, выполняя роль гидроаккумулирующей станции и срабатывая накопленный за­пас воды.

Система водоснабжения с градирнями ис­пользуется преимущественно на теплоэлек­троцентралях, но находит все большее при­менение и на конденсационных электростан­циях — КЭС и АЭС.

В Советском Союзе получили применение противоточные градирни с естественной тягой (рис. 6.9). В оросительное устройство гра­дирни под давлением циркуляционных насосов поступает подогретая в конденсаторах турбин охлаждающая вода. Современные градирни имеют систему водораспределения, где в каче­стве разбрызгивателей использованы преиму­щественно отражательные пластмассовые со­пла с выходными отверстиями не менее 40 мм. Вода под давлением 15—18 кПа разбрызгива­ется над оросителем в виде дождя и стекает на его асбестоцементные или деревянные (из антисептированной древесины) листы. Ороси­тельное устройство собрано в отдельные бло­ки, состоящие из листов размером 1600 1200 6 мм и установленные на каркасе из сборного железобетона в два яруса по высоте (2 1200 мм). Расстояние между листами по горизонтали в свету 25 мм.

Водяная пленка, стекающая по стенкам оросителя, охлаждается вследствие испаре­ния и соприкосновения с воздухом, входящим в оросительное устройство через окна. Нагре­тый и насыщенный водяными парами воздух отводится вверх под действием естественной тяги через вытяжную башню.

Башни выполняют либо железобетонными гиперболоидной формы, либо в виде много­угольника с металлическим наружным карка­сом и обшивкой гофрированными листами из алюминиево-магниевого сплава АМг6-М. Ох­лажденная вода стекает в водосборный бас­сейн, откуда при температуре t_в1 забирает­ся циркуляционными насосами для подачи снова в конденсаторы турбин. Вода подается к оросительному устройству на высоту 9— 18 м, глубина водосборного бассейне 2 м.

Основной размер градирни — площадь оросительного устройства (в горизонтальном сечении). В крупных современных градирнях она составляет 4000—6400 м². Разработан проект сверхмощной градирни площадью оро­шения в 9400 м². Высота вытяжной башни таких градирен составляет соответственно 90. 110 и 150 м при выходном диаметре 43, 55 и 73 м. Институтом «Атомтеплоэлектропроект» подготовлены проекты типовых градирен (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Типовые градирни площадью орошения от 1600 до 4000 м² (по АТЭП):

а — с железобетонной башней; б — с каркасно-обшивной башней

Важным показателем работы градирни яв­ляется плотность орошения, которая на совре- менных противоточных градирнях с естествен­ной тягой достигает 9—10 м³/(м²-ч). в ре­зультате через градирни с общей площадью орошения в 4000, 6400 и 9400 м² можно по­дать для охлаждения соответственно 30, 52 и 100 тыс. м³/ч циркуляционной воды.

Вода в градирнях охлаждается в основ­ном в результате испарения. Количество ис­паряемой влаги с учетом конвективного теп­лообмена составляет 1,5—2%. В результате испарения солесодержание циркуляционной воды возрастает; для поддержания концен­трации солей в допустимых пределах осуще­ствляют продувку циркуляционной системы или применяют химическую обработку доба­вочной воды. Для предотвращения обраста­ния оросителей водорослями циркуляционную воду хлорируют.

Эксплуатации градирен в зимнее время уделяют серьезное внимание, так как расход охлаждающей воды уменьшается примерно втрое и возникает опасность обледенения градирен у входных окон воздуха. Чтобы не допустить этого, кроме прикрытия входных воздушных окон щитами применяют хорошо зарекомендовавшее себя секционирование гра­дирен разделением площади орошения. Луч­шие результаты достигнуты применением в градирне концентрических кольцевых зон под­вода воды из конденсаторов турбин. Зимой теплая вода подается преимущественно в периферийную зону во избежание обмерзания градирни.

На крупных градирнях рекомендуется (Союзтехэнерго) установка водоуловителей из блочных жалюзийных деревянных или пластмассовых пластин. Это мероприятие на­ряду с гравитационной сепарацией влаги в вытяжной башне снижает ее вынос за преде­лы градирен.

Схема технического водоснабжения с гра­дирнями предусматривает обычно централь­ную насосную станцию, расположенную у постоянного торца машинного зала главного корпуса ТЭС. Охлажденная вода после гра­дирен самотеком по железобетонным кана­лам поступает на вход циркуляционных на­сосов. Их установка обеспечивает работу под заливом. Во избежание образования накипи в трубной системе конденсаторов циркуляци­онную воду подкисляют и добавляют в нее раствор гексаметафосфата. В насосных стан­циях современных крупных ТЭС с градир­нями применяют как обычные центробежные, так и осевые вертикальные насосы, создаю­щие давление воды в 2—2,5 МПа. Там же устанавливают и дополнительные насосы меньшей подачи для охлаждения технической водой газо- и маслоохладителей и другого вспомогательного оборудования станции (в основном в зимнее время, при уменьшении давления воды в системе).

На некоторых ТЭС, расположенных в без­водных и маловодных районах, начали при­менять сухие градирни с поверхностными охладителями в виде колонн из алюминие­вых водовоздушных теплообменников. Они смонтированы в виде дельт по периметру нижней части градирни в окнах входа возду­ха, при этом контур водоснабжения объеди­нен в конденсаторах с контуром питательной воды паровых котлов. В конденсаторах тур­бин смешивающего типа охлаждающая вода после градирен конденсирует пар из турбины, после чего поток воды разделяется на основ­ной конденсат, идущий в систему регенера­ции к ПНД, и на охлаждающую воду, иду­щую к градирням.

Эксплуатация таких градирен на Разданской ГРЭС и на Билибинской АЭС показала ряд их недостатков: высокие температуры охлажденной воды летом в жаркое время дня, размораживание и повреждение теплообмен­ников в холодные зимние месяцы. Конструк­ция этих градирен изменена АТЭП в проекте охладительной установки Ивановской ТЭЦ-3, где предусмотрены комбинированные воздуш­но-испарительные градирни. Теплообменники в градирнях укомплектованы орошающими устройствами, отключаемыми зимой, когда имеется возможность эксплуатировать гра­дирню в сухом режиме; летом в связи с по­вышением температуры наружного воздуха приходится включать оросители. Водяная пленка, стекающая снаружи по ребрам теп­лообменников, снижает температуру охлаж­дающей воды. В условиях СССР эти градир­ни оказались малоперспективными. Орошение летом снаружи возможно лишь чистой водой и лишает сухую градирню всех ее преиму­ществ перед обычной градирней.