CC BY
0УДК 620.9 Явнов И.Д., Короткое В.В., Мицура Д.И.
Явнов И.Д.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Коротков В.В.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Мицура Д.И.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
ИНЖЕНЕРНЫЕ ПРОБЛЕМЫ В КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ НА ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Аннотация: в настоящем исследовании описываются различные типы систем охлаждения воды и связанные с ними инженерные проблемы.
Ключевые слова: система охлаждения воды, охлаждающая вода, инженерные проблемы.
Вода является одним из наиболее важных ресурсов, необходимых на теплоэлектростанции для технологического охлаждения в конденсаторе, удаления золы, охлаждения вспомогательных устройств установки и различных других видов потребления на заводе. Потребность в охлаждающей воде на теплоэлектростанции является серьезной проблемой водных ресурсов для
2292
осуществимости проекта, поскольку она оказывает огромное влияние на окружающую среду, население, животных и водную флору и фауну. На тепловой электростанции система охлаждения воды является одной из важнейших систем электростанции, которая обеспечивает непрерывную подачу охлаждающей воды для конденсации пара в конденсаторе и другом оборудовании станции. Электростанции являются ключевыми элементами национальной инфраструктуры, и для обеспечения приверженности обществу требуются экологически чистые решения. С упором на использование земель несельскохозяйственного назначения, а также на возможность импорта угля морским путем, электростанции в настоящее время строятся вдоль береговой линии, где вода доступна в изобилии. Процесс охлаждения может осуществляться либо воздухом, либо водой, и то и другое имеет свои достоинства и недостатки. С увеличением потребности в электроэнергии размеры блоков электростанции существенно увеличились по сравнению с предыдущими десятилетиями. Это еще больше потребовало больших конструкций и создало множество инженерных проблем для инженера электростанции.
Для снижения капитальных и эксплуатационных затрат установки особое внимание уделяется экономичному проектированию. Это накладывает дополнительные ограничения на инженера и требует тщательного анализа и проектирования для обеспечения оптимального технико-коммерческого решения.
На электростанции сжигается топливо для получения пара высокого давления. Пар, выпускаемый из турбины, конденсируется в конденсаторе. Для конденсации пара через конденсатор подается либо воздух, либо вода для обмена теплом с паром. Система охлаждения воды обеспечивает непрерывный поток воды или воздуха через конденсатор для конденсации пара.
После конденсации пар конденсируется обратно в воду. В случае системы с водяным охлаждением вода, которая выходит из конденсатора, сравнительно горячая. Эта горячая вода подается обратно в градирню, где отводится тепло, и
2293
вода снова охлаждается для повторной циркуляции в конденсаторе. См. рисунок 1 для схематического представления типичной системы электростанции, включающей систему охлаждения воды. Функция системы охлаждения воды заключается в циркуляции охлаждающей воды через конденсатор путем перекачки. На рис. 1 изображены: 1 - охлаждающая вода, 2 - постоянный насос, 3 - градирня, 4 - труба охлаждающей воды, 5 - конденсатор, 6 - паровая турбина, генератор, 7 - котел, 8 - электрофильтр, 9 - дымоход, 10 - система золоотдельния, 11 - угольная система.
Рисунок 1. Типичная схема электростанции с системой постоянного тока.
Сооружения системы охлаждения воды представляют собой крупные подземные водоудерживающие сооружения, имеющие уникальную форму, размеры и нагрузки. Анализ и проектирование таких структур является сложной задачей.
Устойчивость к плавучести благодаря наличию уровня грунтовых вод для конструкций большой ширины.
2294
Использование высококачественного бетона, арматурной стали для конструкций системы охлаждения воды, подверженных воздействию воды и других условий окружающей среды, таких как температура и т. д
Очень важным аспектом является обеспечение стыков в водоподпорных конструкциях и соблюдение строительных норм для обеспечения плавности конструкции.
Требования к герметичной конструкции и защите бетона и арматуры от
воды.
Обеспечение наиболее оптимальной и экономически эффективной конструкции.
При наличии уровня грунтовых вод расчетный размер канала охлаждающей воды определяется устойчивостью к подъемной силе, возникающей из-за уровня грунтовых вод. Учитывая возможность того, что канал может быть пуст для технического обслуживания и т. д., собственная нагрузка внутреннего давления воды также не учитывается для устойчивости.
Для увеличения собственного веса против подъемной силы нижняя плита может быть снабжена выступами. Однако, когда канал чрезвычайно широк по сравнению с глубиной (например, глубина 4,0 м и ширина 18,0 м). В этом случае расчетная толщина может определять изгибающий момент в середине пролета нижней плиты. Увеличение выступа не гарантирует отсутствия подъема в центре русла.
Предохранительные клапаны используются для сброса подъемного давления, позволяя уровню грунтовых вод войти внутрь канала. Снижение давления подъема означает меньший вес бетона, необходимый для устойчивости к подъему. В результате расчетная толщина нижней плиты канала также уменьшается за счет использования предохранительных клапанов и, таким образом, экономится огромная стоимость бетонного материала и стоимости строительства. Во многих случаях использование клапанов не допускается, например, в морской воде, где соленая вода и морские агенты могут заглушить их.
2295
Вода из переднего отсека охлаждения воды поступает в отстойник. Отстойник охлаждающей воды разделен на отсеки, в каждом отсеке расположен по одному насосу охлаждающей воды. Вода, собранная в отстойнике, подается в насос через всасывающую трубу, подвешенную к нижней части насоса. По конструкции отстойник имеет периферийные стены и внутренние перегородки, опирающиеся на общий фундамент.
Внутренние стены (между двумя соседними отсеками) представляют собой подпертую консольную стенку, закрепленную в основании и закрепленную сверху. Для межцентрового расстояния двух соседних насосов определение толщины этой стенки необходимо на ранней стадии, когда подготавливается общее расположение отстойника охлаждающей воды. После того, как компоновка будет завершена, в дальнейшем возможности изменить толщину стенок не будет. Потому что изменение толщины стенок приводит к изменению объема отстойника, что неприемлемо с точки зрения устойчивости потока.
Конструкция верхней плиты отстойника охлаждающей воды определяется тем, что насос опирается на эту плиту. Насос охлаждающей весит до 150 тонн. Кроме того, в плите также необходимы большие отверстия для всасывающей трубы. Анализ и проектирование такой плиты перекрытия, подвергающейся большим нагрузкам от вращающегося насоса с большими отверстиями, является сложной задачей. Во многих случаях помимо статических нагрузок поставщик насоса предусматривает также динамические нагрузки. Выполнение динамического анализа является дополнительной проблемой.
Вода, откачиваемая насосами охлаждающей воды, подается в конденсатор через подводящие трубы. В случае закрытой системы охлаждающей воды горячая вода, выходящая из конденсатора, также отводится в градирню через возвратные трубы. Подающая и обратная трубы закопаны под землю. В местах изгиба трубы требуются большие упорные блоки насоса из-за силы тяги от потока воды под высоким давлением в трубе. Также на железнодорожных
2296
переездах необходима железобетонная оболочка трубы для защиты от движущихся грузов. Конструкция упорного блока и корпуса уникальна.
Система охлаждения воды является важной и критической системой любой тепловой электростанции и включает в себя различные сложные конструкции, подвергающиеся воздействию больших сил. Проектирование этих конструкций является чрезвычайно сложной задачей для обеспечения правильной оценки условий нагружения, поведения при различных типах нагрузок, необходимости тщательного анализа, управления взаимодействием с различными инженерными дисциплинами, точного геотехнического учета, экономичного проектирования и детализации для обеспечения простоты строительства и использования в течение срока службы электростанции. Инженеру-строителю во многих случаях необходимо применять мудрость и интуицию для решения сложных задач, связанных со структурами системы постоянного тока.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Козлов, И.В. Современные системы охлаждения на тепловых электростанциях. — М.: Энергоиздат, 2019. — 284 с;
2. Иванов, А.Н., Петров, Б.Г. Тепломассообмен в системах охлаждения водяных контуров электростанций. — СПб.: Научный мир, 2020. — 312 с;
3. Сидоров, В.К. Проблемы и перспективы модернизации систем охлаждения воды на ТЭС. — Новосибирск: Сибирский научно-исследовательский институт, 2021. — 245 с;
4. Петрова, Е.В. Эффективные методы охлаждения воды в энергетике. — Казань: Казанский университет, 2018. — 270 с;
5. Кузнецов, Н.И. Инновационные подходы к проектированию систем охлаждения на ТЭС. — Томск: Томский политехнический университет, 2022. — 300 с;
2297
6. Смирнов, Д.Д. Оптимизация систем охлаждения водяных контуров тепловых электростанций. // Инженерные исследования. — 2019. — №2. — С. 67-74;
7. Романов, С.С. Проблемы и решения в системах охлаждения тепловых электростанций. // Журнал энергетических систем. — 2021. — №1. — С. 15-23;
8. Сергеев, Д.П. Управление водными ресурсами и системы охлаждения на тепловых электростанциях. — Пермь: Пермский политехнический университет, 2021. — 278 с
Yavnov I.D., Korotkov V. V., Mitsura D.I.
Yavnov I.D.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Korotkov V.V.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Mitsura D.I.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
ENGINEERING PROBLEMS IN THE DESIGN OF THE COOLING SYSTEM WATER AT THERMAL POWER PLANT
Abstract: this study describes various types of water-cooling systems and their associated engineering challenges.
Keywords: cooling system, cooling water, engineering problems.
2298
