CC BY
3
УДК 621.175
Гатина Р.З. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУВО «КНИТУ» Хакимуллин Б.Р. студент 3 курса кафедра ПТЭ институт теплоэнергетики Потапов А.А., к.ф.-м.н.
доцент кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ В КОНДЕНСАТОРАХ ПАРОВЫХ ТУРБИН Рассматриваются энергоэффективные системы охлаждения конденсаторов паровых турбин. Проблемы теплового загрязнения водоёмов. Особенности использования низкокипящих рабочих тел в качестве промежуточного теплоносителя.
Ключевые слова: конденсатор паровой турбины, система охлаждения, низкокипящее рабочее тело.
Gatina R.Z.
5th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Hakimullin B.R. 3th year student
department «industrial heat power engineering and heat supply systems»
institute of heat power engineering
Potapov A.A.
candidate of physico-mathematical sciences assistant professor of department «industrial electronics and lighting»
«KSPEU» Russia, Kazan
PROSPECTS OF APPLICATION OF AIR COOLING SYSTEMS IN STEAM TURBINE CONDENSERS
Energy efficient cooling systems for steam turbine condensers are considered. Problems of thermal pollution of reservoirs. Features of using low-boiling working bodies as an intermediate coolant.
Keywords: steam turbine condenser, cooling system, low-boiling working
fluid.
Экологические требования в последние годы ужесточились настолько, что дальнейший рост мощностей теплоэлектростанций можно осуществлять либо за счёт использования воздушных конденсаторов, либо ориентируясь
на оборотные системы водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами. Однако при использовании мокрых градирен охлаждение осуществляется в основном за счёт испарения воды, что приводит к уносу влаги и накоплению солей в оборотном контуре охлаждения. Таким образом, водный режим с одной стороны оказывается вредным для оборудования в связи с низким качеством воды, а с другой является источником загрязнения атмосферы водными парами.
Использование воздушных конденсаторов позволяет решить такие проблемы, как привязка электростанции к источнику охлаждающей воды, либо затраты на строительство прудов-охладителей, исключает необходимость установки и эксплуатации водозаборных и водоочистных сооружений. С экологической точки зрения воздушные конденсаторы дают возможность избавиться от теплового загрязнения водоёмов, негативно сказывающего на обитающих в них организмах, а также избежать насыщения атмосферного воздуха водяными парами [1].
Для пустынных и засушливых регионов применение сухих систем охлаждения остаётся единственно возможным вариантом. К сухим системам относятся два вида систем охлаждения: прямая (с воздушным конденсатором) и косвенная, в которой охлаждение происходит за счёт нагрева промежуточного теплоносителя (воды), в свою очередь, охлаждаемого воздухом в радиаторном теплообменнике сухой градирни. Сухие системы имеют очевидные преимущества над испарительными системами как в экологических вопросах, так и в вопросах размещения станций (при испарении всё же теряется примерно 4% охлаждающей воды, запасы которой необходимо восполнять).
В настоящее время широкое распространение получили воздушные конденсаторы, в которых пар, движущийся внутри оребрённых трубных пучков, охлаждается атмосферным воздухом, который протягивается через межтрубное пространство вентилятором.
Стоит обратить внимание на то, что использование оборотных систем сухого косвенного охлаждения требует наличия воздушного теплообменника на 25-30% большей площади, чем в воздушных конденсаторах систем прямого охлаждения, либо увеличенного расхода охлаждающего воздуха. Кроме того, такая схема предполагает наличие двух теплообменников -пароводяного и водовоздушного, поэтому более сложная и дорогостоящая.
Поэтому проводятся исследования и разработки новых энергоэффективных систем охлаждения конденсаторов паровых турбин, в которых промежуточным теплоносителем вместо воды служит аммиак, испаряющийся в поверхностном конденсаторе паровой турбины и конденсирующийся затем в охладительной башне, где теплота конденсации передается наружному воздуху. Система представляет собой сборку заполненных аммиаком тепловых трубок, которые служат в качестве поверхности конденсатора, эффективно передавая теплоту конденсации (рис. 1). Такая система обеспечивает существенное снижение затрат на
установку при незначительном возрастании затрат на конденсатор [2].
Рис. 1. Система мокросухого охлаждения конденсатора паровой турбины с низкокипящим веществом в качестве промежуточного
теплоносителя.
Представленный на рис. 1 конденсатор 1 выполнен двухсекционным, в каждой из секций размещено по одному трубному пучку 2 и 3, и каждый пучок автономно подключен соответственно к сухой 4 и мокрой 7 градирням. В качестве промежуточного теплоносителя для сухой градирни используется низкокипящее вещество, например, аммиак. В этой схеме между трубным пучком 2 и сухой градирней 4 установлен сепаратор 5 для разделения парожидкостного потока аммиака на выходе из трубного пучка 2 и подачи жидкого аммиака по трубопроводу 6 на вход трубного пучка 2. В связи с токсичностью аммиака должны быть предусмотрены соответствующие меры безопасности [3].
Суровые климатические условия России и продолжительность зимнего периода времени во многом способствует для использования систем воздушного охлаждения конденсаторов паровых турбин на основе низкокипящих рабочих тел. Так как низкокипящие рабочие тела в большинстве своем случаи характеризуются низкой температурой замерзания [4].
Например, Якутия является «рекордсменом» по низким температурам в Северном полушарии. Абсолютный минимум температуры воздуха здесь достигает минус 70°С, а средний из абсолютных минимумов составляет минус 60°С. При этом установленная мощность тепловых электростанций Республике Саха (Якутия) составляет около 2200 МВт. Другим примером может служить Сургутская ГРЭС-2 - крупнейшая тепловая электростанция России с установленной мощностью около 5597 МВт, расположенная в городе Сургут Ханты-Мансийского автономного округа, где температура воздуха зимой опускается до минус 50°С и ниже [5].
Таким образом, использование оборотных систем сухого косвенного охлаждения с низкокипящим рабочим телом имеет ряд объективных преимуществ: полное отсутствие привязки к источникам водоснабжения, отсутствие выброса водяных паров в атмосферу в процессе работы,
повышение надежности работы конденсаторов паровых турбин за счет отсутствия коррозионно-активной среды и обрастания трубок органическими соединениями по сравнению с традиционной системой охлаждения.
Использованные источники:
1. Гафуров Н.М., Зайнуллин Р.Р. Возможности повышения надежности работы конденсаторов паровых турбин. // Форум молодых ученых. - 2017. -№7 (11). - С. 151-154.
2. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Новые системы охлаждения конденсаторов паровых турбин ТЭС. // Инновационная наука. - 2016. - №33. - С. 100-101.
3. Совершенствование систем охлаждения конденсаторов. // http://openedu.urfu.ru/files/book/%D0%93%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%B 0%2013.html.
4. Гафуров Н.М., Зайнуллин Р.Р. Возможности достижения предельного вакуума в конденсаторе паровой турбины в зимний период времени. // Форум молодых ученых. - 2017. - №7 (11). - С. 155-158.
5. Минимальная температура воздуха. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://geographyofrussia.com/mmimalnaya-temperatura-vozduxa/.
