Выбор системы водоснабжения на электрических станциях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 69. ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1952 г.

ВЫБОР СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СТАНЦИЯХ

Е. Н. ШАДРИН

Существующие в литературе данные о выборе системы водоснабжения ъесьма противоречивы. Так, Романов А. М. [1] говорит, что при возвышении Н станции над уровнем источника воды не более 12 ж и при удалении ¿ примерно на 1000 м выгоднее прямоточная система, между тем как здесь же указывает, что практика проектирования дает для прямоточного водоснабжения //<16 м и ¿<2000 м.

При 12 м < //< 25 м и 1000 м <<¿<2000 м выгодность применения прямоточной системы должна быть проверена с точки зрения технико-эко-иомической. При //>25 м и ¿>2000 м безусловно выгодно применение оборотного водоснабжения.

Лаговский А. А. [2] максимальное удаление станции от источника водоснабжения, когда еще экономически более выгодна прямоточная система охлаждения, принимает 500 м. Лукницкий В. В. [3] рекомендует принимать //=12 м и ¿ — 2000 м.

Казанский А. М. [4] указывает, что прямоточная система только тогда целесообразна, когда источник воды расположен в непосредственной близости от станции и разность уровней пола конденсационного помещения и отметки воды в источнике меньше 12—15 м.

Макеев В. А. [5] считает более выгодным использование естественного источника при //<25 му при непременном устройстве сифона на обратной линии высотой до 9-—9,5 м. Американская практика устанавливает предел применимости прямоточной системы возвышением станционной площадки над уровнем воды на 12 м или удалением на 1500 м.

При исследовании данного вопроса нами принято:

1. Выбор системы водоснабжения не лимитируется дебетом речного потока.

2. Коэфициент теплопередачи в конденсаторе остается постоянным.

3. Насосы подают воду в количестве, соответствующем температуре воды источника.

4. Стоимость обработки циркуляционной воды при различных системах одинакова.

Количество воды, которое должны подавать циркуляционные насосы в

конденсатор паровой турбины при расчетных условиях

»

тйЫ нг\час, где (1)

т — расчетная кратность охлаждения;

¿/—уд. расход пара турбиной в кг\квт-ч\

-/V —мощность турбины кет;

л — коэфициент, показывающий, какая часть пара попадает в конденсатор.

Если далее обозначить через т' — кратность охлаждения при максимальной производительности насосов;

f°C—температуру воды, соответствующую т\ то в период, когда температура воды t < f,

где W1nP = aminPdNi

¿2 — ^к:

т^р =

ttnP

Здесь ¿^—средняя температура воды в реке в период, когда /<¿4

В летний период, когда

= '<хт'(1М кг\час.

Насосы, подающие эту воду, преодолевают сопротивление конденсатора, подводящих водоводов, водоочистительных сооружений и нивелирный -напор.

Сопротивление конденсатора

Нк = г(0,031-4^' + ^Л^^м вод. ст. (2)

\ Лъ 2g 2g ) 7

Здесь первое слагаемое характеризует фрикционные сопротивления внутри трубок конденсатора, а второе—сопр ^тивления входа и выхода; ^--коэфициент, учитывающий влияние средней температуры и скорости воды.

Обозначим период времени, когда через ^ в частях года.

Тогда количество квт-ч, затрачиваемых в год на преодоление сопротивлений конденсатора, будет

3,66.10\71я. т* ш л } 1 ;

Обычно насосы подают необходимую воду для целей охлаждения масла и воздуха. Количество этой воды составляет от 4 до 8% расхода циркуляционной воды для конденсаторов, как таковых.

Сопротивление подводящих водоводов

тт У ¿э С2вод

Пв0д = ь9—--. - м ВОД. СТ.

йеод

Если принять, что в целях большей надежности будут в работе находиться две нитки водовода, то

йвод = 1/1(4) V 2.3,6.10 «п.Гвоа

Количество квт-ч, затрачиваемых в год на преодоление сопротивлений водоводов,

Эпр = Х^ШКс^Х^А [(] _ )тпРз + ,8] в (5)

Количество квт-ч, затрачиваемых в год на преодоление напора, обусловленного нивелирной высотой

3.66 ЛО5.?]«

Затрата энергии на преодоление сопротивлений водоочистительных сооружений нами не учитывается. Это сделано из тех соображений, что, во-первых, эти сопротивления незначительны по сравнению с указанными выше, а во-вторых, данная статья расхода имеет место и в случае оборотного охлаждения воды.

Таким образом, общая затрата энергии на подачу охлаждающей воды

Эпр = ЭхпР + Э2пр + Э3пр квт-ч/год (7)

Полный годовой расход в рублях, причиняемый перекачкой воды, по статье расхода топлива

ШЭПР fi+J^-gZL. (8)

% 02 \ юо ) юоо

Здесь Rr —- стоимость тонны топлива в рублях, ( ^^—— х03я^ственны^ коэфициент.

Перерасход пара турбиной в рублях в период, когда по статье

расхода топлива

ЯЗЬ = -860« (* + —) -^-•.тИ^.С^. (9)

100) юоо 11 .100

Здесь средняя температура воды для рассматриваемого периода.

Более точный подсчет перерасхода пара возможен, если будут известны гарантийные характеристики турбины. Здесь же принято, что повышение температуры охлаждающей воды на 1°С вызывает увеличение расхода пара на 1% [Щ-

Переходим теперь к оценке расходов, зависящих от капитальных вложений.

Отчисления по капитализационному фактору для конденсатора и конденсационной установки в уравнение не войдут, так как они равны как в случае прямоточной системы, так и при оборотной.

Стоимость одного погонного метра водовода в рублях в укладке

5б0д — а + Ьйвод (Ю)

Здесь коэфициенты а и Ь могут быть приняты постоянными в известных пределах изменения йв0д* Они учитывают укладку двойного водовода

с , , {атйЫ)^ /мч

Беоа^а + Ь. \ ' . (И)

2300. свод

Сумма ежегодных капитализационных отчислений по водоводу

(12)

Seoa.Wu и

Ппр _ "еос/'-"о ~ _ "" ¿яр

вод ~~ 100 100 '

' , , (amdNf* а + b

2300 .с«

Здесь фактическая длина водовода, а и—отчисления в процентах.

Стоимость насосной 5нас=/(Мнас) принимается пропорциональной ее мощности NN¿10 где Мнас в л. е., а /—численный коэфициент, представляющий стоимость машин на 1 л. с. с полной установкой, фундаментами, а также стоимостью помещений.

= = 1,% —1Г-. (13)

100 100 А

где Эпр—берется из уравнения 7.

Итак, сумма годовых расходов, связанных с подачей воды для станции, при прямоточной системе

= + Япер + + АС, •

Переходим теперь к оценке затрат при оборотной системе охлаждения. Для этого дополнительно введем следующие обозначения:

—средняя температура воды в бассейне в период, когда t<it'\ ив"—то же для периода, когда t^>f; т" —кратность охлаждения, соответствующая

t2-f

Здесь, как и раньше, принято ts —12 — const.

Количество квт-ч, затрачиваемых в год на преодоление сопротивлений конденсатора,

К^-ТгК'Ч- Т,.я'"]. (15)

3,66.10". т]н.т~

где ^2~коэфициент, характеризующий, какую часть года имеет место период, когда t>f.

Количество квт-ч, затрачиваемых в год на преодоление сопротивлений водоводов

1 Оба dNc2'5 A }L,°6

Если обозначим напор, обусловливаемый нивелирной высотой, и свободный напор перед соплами черёз MN°6, то количество квт-ч, затрачиваемых на преодоление данного напора,

3,66.105 f]H

Существенное значение имеет правильный выбор напора перед соплами. При проектировании Нн°б может быть принят порядка 6—8 м [7]. При этом величина его может быть принята одинаковой как для брызгальиых бессейнов, так и для градирен. Сопло П—16 требует напора 12 м [8].

Для сопел типа Кертинга наивыгоднейший напор при нормальных условиях составляет 4,7 м.

При оборотной системе охлаждения воды сооружается также береговая насосная, назначение которой заключается в пополнении потерь воды в циркуляционной системе. Эти потери слагаются из потерь на испарение, на унос и на продувку.

Поскольку охлаждение воды происходит прежде всего за счет испарения, то данная потеря может быть подсчитана из следующих соображений.

В конденсаторе воде передается с каждого килограмма пара

it — tk ~ 520 — 530 ккал.

Теплота парообразования при ¿ = 25°С, каковая может ^ быть принята средней для брызгальных бассейнов и градирен,

г = 583,2 ккал!кг.

Тогда при кратности охлаждения т = 60

583,2.60

Сказанное подтверждается кривыми фиг. 1 [7], построенными по точным формулам.

Величина уноса Р3 на основании опытных данных может быть принята для башенных охладителей 0,5—0,75° 0) а для брызгальных бассейнов от 1,5 до 3% [10].

Величина продувки системы в процентах общего количества циркуляционной воды

где

&т аа

*(18)

а0 — жесткость воды, добавка в градусах немецких,

ат— предельно допустимая карбонатная жесткость в градусах немецких.

4

О!

и

О)

3

ЯО

&

О

с

£ ч*

-

>

гя'с

А

/ /

>1:

р*1

/с

20 30 кО X

Температура Ноздужа.

Фиг. 1

В зависимости от состава добавочной воды и режима работы установки ат может колебаться от 7—8° до 12—1-4° немецких [9].

Количество квт-ч, затрачиваемых на преодоление сопротивлений подводящих водоводов,

Э|0б= «¿АШГ-с^Х 1(1 ■ • ~г '!

(19)

То же на преодоление напора, обусловливаемого нивелирной высотой,

[(1- т2К' + Т2^']. (20)

0,66. 10'. 7)н

Здесь Р = РХ + — общий процент добавки.

Общая затрата энергии на подачу охлаждающей воды и воды добавка при оборотной системе

Э°б - Э,06 + Э2°б + Эгоб+ Э4 05 + Э5 06.

Полный годовой расход в рублях, причиняемый перекачкой циркуляционной воды и воды добавка

1 + . " (21) ч«Q; I юо ) юоо

Перерасход пара турбиной во время работы ее при ухудшенном вакууме по статье расхода топлива

R06 _ / _ЕА\ ^ Q t

nep *i*Q? \ юо) loo

(23)

Сумма ежегодных капитализационных отчислений по водоводу

^ ,об I а + ь ,.пр Г а + ь «

R«*~ 100 1 Lo L 2300.c{\fgd j +L° | a i 23700.^

Здесь ¿^—фактическая длина водовода при оборотной системе.

Сумма ежегодных отчислений по насосной

= 1,36 .и./.Э°* 100 А

Стоимость охладителя циркуляционной воды в рублях

S0XA = 10~3amdN<f, где

y — стоимость охладителя в рублях, приходящаяся на 1 м* охлажденной врды. Тогда сумма ежегодных капитализационных отчислений по охладителю

R0XA — 10-ЧтйЫщ0ХЛ. (24)

Сумма годовых расходов, связанных с подачей и охлаждением воды при оборотной системе,

R°? = R°y6e + R°n6op 4- Rfod + Rte + Ro,, ■ (25)

Для выбора системы водоснабжения, т. е. для определения H н 1 и L0 * , при которых как прямоточная, так и оборотная системы с точки зрения технико-экономической равноценны, нужно совместно решить уравнения 14 и 25.

R7 = Rf. (26)

В координатах Lw, Hw данное выражение представляет из себя уравнение прямой, которую легко построить, положив попеременно равными ¿пр и Hf.

Если положить Г|М = 0,68 и если грубо приближенно принять X — 0,03, тег при LPJ* = 0 и при условии

Г\пр — роб

*\нас *\нас

получим для возвышения станции над уровнем воды в источнике

+1,06н°У6 + ^Гт-ДС - О - П

¡-¡пр Ш аа

н 1,06р^.0,01рр°6 104

2,9.10ЗД/

*/?г

V юо I

АйЫ

(иЬ

I 100

а

(«ОТйЬУ)05 2300^а

1,06р^.0,01/7р°б

м

Здесь

1пр

о

1,06р^—0,0]рр°б уо<5 = |(1__Т2)т"з Т2т'з];

Ри* = [(1—■ъ)1П1пр~{- ът']. Если положить Ипр — 0, то

М

'2,5 вод^

963(й таму*

+

0,122-п^иЬ.т

0,5

где

уч»а0-5Лт{ 1 +

Р

£Д

100

(¿ЛГсвод |

0,5

(10,3—/>0,5)

(28)

¡пр

]пР __ _ Т1т'£].

В уравнениях 27 и 28 опущены члены, характеризующие расходы энергии на преодоление сопротивлений конденсатора в случае прямоточной системы и сопротивлений подводящих водоводов в случае оборотной системы. Это сделано из тех соображений, что, во-первых, затраты, характеризуемые этими членами, незначительны по сравнению с другими затратами и, во-вторых, они входят в числители дробей с противоположными знаками.

На фиг. 2 в осях Ь0пр, Ннпр дана прямая, построенная по уравнениям 27 и 2Я для частного примера, когда

/п — 60; ¿¿ — 4,5 кг\квт-ч\ Л7 —25000 квт\ t=lS0C\ Съ, = 2 м{сек\ Свод— 1,8 м\сек\ = м; а = 0,8; р = 1,2; 7 м; ^ = 1000, *)«=0,68;

— 60 руб;т; ЕД=|0%; а = 25; ^ = 450;

А =5000 час/год; ср ■= 25 руб/м'6 охл. воды; Иол,=3°/0; « = 10%; Р — 7% ; Т1 = 0,25; 72^0,5.

Из фиг. 2 усматривается, что при принятых условиях можно предельными значениями для Нпр и Ц* считать 20 ж и 2000 м. Кроме того, график показывает, что увеличение нивелирной высоты на каждые 10 м равносильно увеличению расстояния станции от источника водоснабжения на 600—700 м.

На фиг. 3 показаны изменения Нпнр и Ьпр в зависимости от напора перед соплами в охлаждающих устройствах.

Фиг. 4-и 5 устанавливают, что увеличение мощности станции, а также применение низкосортных топлив увеличивают предельные значения Нлр и 1пр.

(

о то 2000 зооощ

—с?

Фиг. 2

*с 60

50

к

30

20

ю

Í L--

i i 1 1 : ¡ i

1 1 i

Vх

V V г* S* %

0

£оаа

4ооо

бОООп

Фиг. 4

КГ

м 60

50

¡tQ

so 20 10

•

-----

4 h p V N с

IООО

2000

Фиг. 5

зооо

4ооо

M

L

Выводы

1. Предельные значения высоты расположения станции над уровнем воды в источнике и удаление станции от последнего, при которых целесообразно еще применять прямоточную систему водоснажения, являются величинами переменными, зависящими от мощности станции, сорта и стоимости используемого топлива, схемы регенеративного подогрева, стоимости охладителей циркуляционной воды и др.

2. С увеличением мощности станции и с применением низкосортных ■ топлив расширяются пределы применимости прямоточных систем.

3. При выборе системы водоснабжения необходимо учитывать быстрый ввод мощностей на наших станциях и в системах, а также перевод станций -на низкосортное топливо.

ЛИТЕРАТУРА

1. Романов А. М,—Водоснабжение энергоустановок, изд. 1936.

2. Л аговский А. А.—Тепловые электрические станции, Госэнергоиздат, 1948.

3. Лукницкий В. Б. —Электрические станции малой и средней мощности, 1948.

4. Казанский А. М.—Вспомогательное оборудование турбинных установок, 1941.

5. Макеев В. А.—Конденсационные устройства паросиловых установок, изд. 1933

6. Берман Л. Д.—Пути улучшения работы брызгальных бассейнов и градирен, журнал .Рабочий энергетик", №. I, 194и.

7. Радциг—В. А. Бассейны с брызгалами, журнал „Бюллетень гипромеза", № 1—2, 1930.

8. Ф а р ф о р о в с к и й—Б. С. Выбор величины напора в брызгальных бассейнах, Тепло и Сила № 8, 1937.

9. Бута ков И. Н.- Новый тип башенных охладителей, Тепло и Сила, № И, 1930.

10. Берман Л. Д.—Расчеты водных режимов в системах оборотного водоснабжения, .Электрические станции № 3, 1946.

ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ

Стр. Строка | Напечатано Следует

24 2 снизу 1Г = S Р Tr=S Pr

41 4 сверху цитированая цитированная

57 5 сверху термо-игидродинамические термо- и гидродинамические

69 11 снизу топлоносителя теплоносителя

85 10 снизу dV „ л dV 0ass ¿а =

da

102 17 снизу бессейнов бассейнов

178 фиг. 1 в процесс в процессе

185 14,15,17 снизу э е

204 7 сверху огд год

210 6 снизу где 860 NzMk = 8(Nik — №k) где 860 Ыэмк = 860 (Nik — N9k)

211 9 сверху Nz = Nzk + Nzno Na =» Nafc + N3no

211 18 свсрху 860 N-k Dk— ■ — — </0 — Ik) f[M 860 Nah Dk — ' . .v ' Ä (i0 — ik) *]г