УШ.З. Прямоточная система водоснабжения 1 страница

Прямоточная система водоснабжения наиболее проста и в 2—4 раза дешевле оборотной. Преимущество ее — более низкая температура охлаждающей, воды, а следовательно, и более глубокий вакуум по сравнению с оборотными системами (см. табл. VIII. 3). Эта система наиболее предпочтительна для конденсационных станций. Применимость прямоточного водоснабжения определяется также требованиями Госрыбнадзора; в результате сброса на­гретой воды температура в естественном водоеме не должна повышаться более чем на 5° С летом и 3°С зимой.

При прямоточном водоснабжении могут применяться как двухходовые конденсаторы, так и одноходовые. Кратность охлаждения может быть вы­брана большей, если по условиям рельефа высота подъема мала, т. е. в та­ких случаях можно принять одноходовой конденсатор, например с пг= 100 (при высоте подъема не более 10м). При высоте подъема 20—25 м кратность охлаждения т « 50; это означает, что конденсатор должен быть двуххо­довым.

При прямоточной системе водоснабжения можно располагать циркуляцион­ные насосы в машинном зале, подводя к ним воду по самотечному каналу, но такое решение может применяться только при небольшом превышении площадки станции над уровнем воды в источнике водоснабжения, который к тому же мало изменяется с течением времени. Обычно при прямоточном во­доснабжении создается береговая насосная станция.

Нагретую воду сбрасывают в тот же естественный водоем. Однако для пре­дотвращения возможности подмешивания теплой воды к холодной сброс осуществляют на расстоянии не менее 40 м от водозаборного устройства. Если источником водоснабжения выбрана река, то сброс делают ниже по течению.

Вода от береговой насосной подается к конденсаторам турбин. Обычно в ма­шинном зале при этом циркуляционные насосы не устанавливают. Однако в редких случаях (большая высота подъема) на такое решение (установку циркуляционных насосов второго подъема у конденсаторов турбин) прихо­дится идти.

Для уменьшения напора циркуляционных насосов в прямоточных систе­мах водоснабжения слив производят с использованием сифона (рис. VIII.5). Циркуляционный насос всасывает воду из приемного колодца, преодолевая вакуумметрическую высоту всасывания #_вак. Конец сливного трубопровода опускают под уровень воды в сливном колодце, что позволяет использовать сифонное действие сливного трубопровода. При этом насос должен прео­долевать не полную геометрическую высоту подъема воды Я_пол, а лишь разность Я_пол — #_сиф = Я_г.

Теоретически высота сифона может быть равна 10 м, т. е. соответствовать атмосферному давлению. Практически она составляет примерно 7,5—8 м, так как при больших высотах сифона верхняя часть сливной трубы оказы­вается под значительным разрежением, что снижает надежность работы циркуляционной системы.

Эффективность работы сифонного устройства повышается, если из верхней части сифонной трубы отсасывать выделяющийся из воды воздух. Это тем более необходимо, что в связи с разрежением вверху сифона дополнительно может иметь место подсос окружающего воздуха. Для хорошей работы сифона опускная скорость воды должна быть больше скорости подъема пузырьков воздуха, поэтому величину ее принимают до 3,5 м/с и во вся­ком случае не менее 1,0 м/с.

При выборе насоса следует считаться не только с необходимым полным на­пором для преодоления геометрической высоты подъема и всех сопротив­лений на тракте (на трение и местных), но и отдельно проверять соответ­ствие принятой вакуумметрической высоты всасывания соответствующей величине, указанной для данного насоса (см. табл. VII. 4 и VII.5). Одна из возможных принципиальных схем прямоточного водоснабжения представлена на рис. VIII.6. Циркуляционные насосы, установленные в береговой насосной, подают воду на общий коллектор, откуда по стальным

напорным водоводам она поступает в машинный зал к конденсаторам. После конденсаторов нагретая вода через сифонные колодцы по железобетонному сливному каналу возвращается в реку. В зимнее время часть нагретой воды через переключательный колодец может быть направлена к водоприемному устройству для борьбы с шугой. Водоприемные устройства снабжают гру­быми очистительными установками. Чаще всего это вращающиеся сетки, перед которыми устанавливают заградительные щиты. Водоприемные устройства делят на секции с возможностью отключения любой из них для ремонта или для гидравлической очистки.

Большое значение имеет’ глубина водозабора. Чем она больше, тем ниже температура охлаждающей воды. Желательна глубина водозабора до 4 м. Для схемы, показанной на рис. VIII. 6, напорные водоводы от всех берего­вых насосных объединены в пределах машинного зала. Для мощных тур­бин большее распространение имеет блочная схема охлаждения (см. рис. VIII. 4), когда не только каждый конденсатор, но и каждая его поло­вина имеют самостоятельную систему с отдельным циркуляционным насо­сом в береговой насосной. В этом случае резервные насосы не устанавли­вают.

При прямоточном водоснабжении общая высота подъема воды (давление в напорном патрубке насоса) колеблется обычно в пределах 8—12 м.

У111.4. Основы работы охладителей оборотных систем водоснабжения

В оборотных системах вода циркулирует по замкнутому контуру. Проходя через конденсатор и другие теплообменники, она нагревается, а проходя через охладитель, охлаждается. Количества теплоты, воспринимаемые в конденсаторе и теплообменниках и отдаваемые в охладителе, равны. Если рассмотреть баланс теплота для наибольшей части охлаждающей воды, которая проходит через конденсатор, и пренебречь потерей воды в систе­ме, то равными будут не только часовые количества теплоты, но и разности температур воды. Для конденсатора температуры воды на выходе /_ох2 и входе г_ох1, для охладителя 1_± = /_ох2 и /₂ = /_ох1.

Анализ тепловой работы охладителей оборотных систем удобно выполнять применительно именно к потоку охлаждающей воды, проходящей через кон­денсаторы. Разность температур до и после охладителя А< = 1₁—/₃ на­зывают зоной охлаждения, которая равна повышению температуры воды при проходе через конденсатор и зависит только от режима его работы. Содержание водяных паров в воздухе характеризуется его относительной влажностью с С, меньше температуры сухого 6, с С. При относительной влажности ф = 100% эти температуры равны (т = 6)и испарительное охлаждение невозможно.

В охладительных устройствах от основной массы воды отводится количество теплоты, расходуемой на испарение части влаги в воздух, относительная влажность которого менее 100%. При этом теоретическим пределом охлаждения воды является температура смоченного термометра т, завися­щая от влажности воздуха и его температуры. Из рис. VIII. 7 видно, что при ф = 100% температура воды не может быть ниже температуры возду­ха (т= ^возд), но чем меньше влажность воздуха, тем больше может быть охлаждена вода по сравнению с температурой воздуха (т 3 /(м 2 -ч)] и удель­ную тепловую нагрузку Сох/Зорвт [кДж/(м 2 ■ ч) ].

У1Н.5. Основные типы охладительных устройств оборотных систем водоснабжения

Оборотные системы охлаждения применяют, когда в районе строительства электростанции дебит естественного источника водоснабжения недоста­точен. В отдельных случаях к оборотному водоснабжению приходится при­бегать при большом загрязнении водоемов и сильном образовании шуги при трудностях борьбы с ней, а также для удовлетворения требований Госрыб­надзора. Это прежде всего относится к мощным конденсационным электро­станциям с большим расходом охлаждающей воды, а также к ТЭЦ, которые территориально больше тяготеют к тепловым потребителям, чем к источ­никам водоснабжения.

Оборотные системы сооружаются с прудами-охладителями, брызгальными бассейнами или градирнями. Выбирают тип охлаждающих устройств на основе технико-экономических расчетов с учетом местных условий. Для ТЭЦ обычно создают градирни, так как эти электростанции часто строят в черте города. В таком случае площадки строительства ТЭЦ имеют ограни­ченные размеры, исключающие возможность создания прудов-охладите_: лей, занимающих большую территорию. Высокая стоимость градирен не­сколько снижается при уменьшении их размеров и повышении температу­ры охлаждающей воды, а следовательно с ухудшением вакуума. Для ТЭЦ это допустимо, так как выработка электроэнергии на потоке пара в конден­сатор невелика и ухудшение вакуума не столь существенно влияет на тепловую экономичность установки. Часто такое решение принимают и для конденсационных электростанций, в том числе для АЭС, исходя из конкрет­ных условий выбранной площадки для строительства станции. При оборотном водоснабжении одноходовые конденсаторы не используют. Для конденсаторов мощных турбин не применяют более двух ходов. Цирку­ляционные насосы при оборотном водоснабжении, как правило, устанав­ливают в отдельной насосной, но допускается и установка их в машинном зале у конденсаторов турбин.

Наиболее простое и дешевое устройство — естественные или (чаще) искус­ственные пруды-охладители, для образования которых может быть соору­жена плотина на реке, имеющей небольшой дебит, недостаточный для пря­моточного водоснабжения. Наибольшее распространение пруды-охлади­тели получили на конденсационных станциях.

Схема прудового водоснабжения приведена на рис. VIII. 9. Станцию рас­полагают вблизи пруда. Подводящий канал подает воду к приемным ко-

лодцам. В водоприемниках предусматривают грубую очистку, в основном от водорослей. Установка циркуляционных насосов возможна как в машинном зале, так и в береговой или центральной насосной. В остальном схема водо­снабжения с прудами-охладителями близка к схеме прямоточного водоснаб­жения.

При определении места сброса нагретой воды необходимо обеспечить тре­бующуюся поверхность между местами сброса и приема. Вода охлаждается главным образом за счет испарения, однако для прудов-охладителей ха­рактерно наибольшее по сравнению с другими охладителями участие кон­вективного теплообмена в общем теплоотводе. Для того чтобы вода при дви­жении от места сброса до места забора могла достаточно охладиться, необ­ходима определенная активная площадь пруда. Она меньше полной поверх­ности пруда, так как часть воды, например в наименее глубоких областях, вообще не принимает участия в циркуляции. Кроме того, всегда имеются во­довороты, охлаждающая способность которых меньше, чем у основного (транзитного) потока. Для увеличения относительной площади транзит­ного потока и улучшения его формы устраивают специальные струенаправ-ляющие дамбы, отклоняющие транзитный поток в сторону от водоприем­ного устройства. Чем больше глубина водозабора (в пределах до 4—5 м), тем большая площадь пруда может быть использована для охлаждения. Под активной поверхностью пруда понимают условную поверхность фик­тивного пруда, в котором имеются только транзитные потоки при тех же начальных и конечных температурах воды, что и для реального пруда-охла­дителя. Активная поверхность

где к— коэффициент использования пруда, равный 0,8—0,9 при вытяну­той форме: 0,6—0,75 —■ при неправильной форме; 0,4—0,5 — при округлен­ных очертаниях (значения к даны для глубокого водозабора); 5 — полная поверхность пруда без застойных зон, м 2 .

Недостаток прудов-охладителей — необходимость производства довольно больших гидротехнических работ и большая площадь, требующаяся для раз­мещения прудов. Большую экономию капиталовложений можно получить при использовании для технического водоснабжения водохранилищ гидрав­лических электростанций относительно небольшой мощности, вблизи кото­рых возможно сооружение АЭС.

При прудовом водоснабжении необходимо учитывать наличие потерь воды и предусматривать способы ее восполнения. Потеря воды из прудов вызы­вается: испарением в результате нагревания циркуляционной воды на стан­ции; естественным испарением с поверхности пруда и фильтрацией через грунт.

Величина естественного испарения, имеющегося во всяком водоеме при ■естественной температуре воды, принимается на основе гидрологических и метеорологическихшзысканий (см. гл. XIV) с учетом выпадающих осадков, уменьшающих убыль воды из пруда. Потеря от испарения, вызываемого на­гревом воды на станции, для любых охладителей с достаточной точностью может быть принята равной количеству пара, конденсирующегося в кон­денсаторах турбины.

Фильтрация через грунт зависит от местных геологических условий и в первые годы работы искусственных водохранилищ может достигать значи­тельных размеров. После заиления дна понижение уровня воды вследствие фильтрации можно принимать равным 1 мм в сутки. Глубина пруда должна быть не менее 4 м. Во избежание недопустимого по 1 -нижения уровня в пруде-охладителе и уменьшения его активной площади

убыль воды должна восполняться. Если нет естественного пополнения убыли за счет впадающих ручьев или ключей, то необходимо искусственное ее восполнение.

Прудовое водоснабжение требует небольших расходов свежей воды, вос­полняющих потери (2—3% от общего расхода). Поэтому даже малые по водности источники обеспечивают потребности тепловых электростанций очень большой мощности. Возможно сооружение мощных конденсационных электростанций в большом удалении от источников водоснабжения с пода­чей добавки воды в пруд-охладитель по трубопроводам или каналам. Основные преимущества прудов-охладителей по сравнению с другими обо­ротными системами заключаются в более низких и устойчивых температу­рах охлаждающей воды, в связи с чем глубина вакуума при прудовом водо­снабжении больше. Кроме того, для прудового водоснабжения высота подъ­ема относительно невелика — 2—8 м, поэтому расход электроэнергии на перекачку воды примерно в 2—2,5 раза меньше, чем при оборотном водо­снабжении с градирнями и брызгальными бассейнами, потери воды меньше, а обмерзание отсутствует.

При большом колебании уровня воды в пруду, обусловленном резко пере­менным притоком воды в течение года или сменой многоводных и маловод­ных лет, целесообразно, как и при прямоточной системе водоснабжения, сооружать береговую насосную с примыкающим к ней водоприемным устройством. Когда расход воды в реке недостаточен для прямоточной систе­мы водоснабжения, но превышает наименьший приток, который необхо­дим при оборотном циркуляционном водоснабжении с прудами-охладите­лями, создают смешанную систему прямоточно-оборотного водоснабжения. В этом случае часть теплой воды возвращают в пруд, а остальное ее коли­чество поступает в реку ниже плотины по схеме прямотока. Для уменьшения необходимой площади, занимаемой охлаждающим устрой­ством, может быть применено охлаждение воды в брызгальных бассейнах. Это искусственные бассейны или (реже) естественные водоемы, над которыми через распыливающие сопла подается вода, подлежащая охлаждению. В этом случае при той же поверхности водоема, что и у пруда-охладителя, поверхность контакта с воздухом существенно возрастает, так как она равна суммарной поверхности мелких капель. В результате увеличивается ин­тенсивность испарительного охлаждения.

Конструкции сопл, применяемых для распыливания воды, весьма много­образны. Основные требования, предъявляемые к ним,— возможно более тонкое распыление при возможно меньших напорах, а также большая про­изводительность, простота и незасоряемость.

Разрез по брызгальному бассейну представлен на рис. VIII. 10. Глубина бассейна должна быть не менее 1,5 м, чтобы вода не прогревалась солнцем. Для уменьшения уноса капель ветром расстояние от крайних сопл до борта бассейна принимают не менее 7,0 м (лучше 8,0). Бассейны секционируют для удобства чистки и ремонта. Над ними прокладывается сеть разводящих труб, на которых равномерно распределены группы вертикальных сопл, распыляющих воду, подаваемую к ним циркуляционными насосами. Вы­сота расположения сопл над уровнем воды в бассейне должна быть не ме­нее 1,5 м. Для хорошего доступа воздуха ко всем соплам ширину бассейна принимают равной 50—55 мм.

Эффект охлаждения в брызгальных бассейнах увеличивается при более тонком распылении. Однако при этом требуется больший расход электро­энергии для создания большего напора перед соплами. Интенсивность охлаж­дения возрастает с увеличением скорости ветра, но одновременно растет потеря воды с уносом капель. При работе брызгальных бассейнов возможно образование тумана, которое может привести в зимнее время к обледене-

нию близлежащих сооружений, что необходимо учитывать при разработке генерального плана станции (см. гл. XIV). Сопла устанавливают или по одному, или группами до пяти штук каждая с расстоянием между соплами в пределах 3—7 м.

Охлажденная вода забирается из бассейна. Для поддержания качества воды на допустимом уровне часть воды продувается, а ее убыль в результате ис- ■ парения восполняется. По самотечным каналам вода поступает к цирку­ляционным насосам, установленным в машинном зале у конденсаторов турбин. Отводящие трубопроводы этих конденсаторов напорные: их проч­ность должна быть рассчитана на давление, необходимое для создания напора перед соплами и преодоления сопротивлений на тракте от конден­сатора до сопл.

Брызгальные бассейны по сравнению с прудами-охладителями занимают небольшие территории (табл. VIII. 4). Еще меньшие площади необходи-

мы для размещения градирен. Их постройка — обычно наиболее дорогое решение, но потери воды в них существенно меньше, чем в брызгальных бас­сейнах. Различают следующие типы градирен: открытые, в которых распре-

делительная система расположена на открытом воздухе, и закрытые, где распределительное устройство ограждено башней <башенные градирни). Для мощных станций применяют только башенные градирни. Эти градир­ни различают по способу тяги воздуха через них — с естественной и ис­кусственной тягой. В первом случае движение воздуха обеспечивается за счет разности удельных весов нагретого воздуха внутри башни и холодно­го вне ее: во втором устанавливают вентиляторы, нагнетающие воздух в градирню, в связи с чем башни могут быть меньшей высоты. Башни градирен выполняют деревянными только при относительно неболь­ших мощностях станций, т. е. при высоте до 40—45 м. Для электростанций больших мощностей устанавливают железобетонные градирни с высотой башен до 80—100 м. В последнее время начато строительство стальных гра­дирен с внутренней алюминиевой обшивкой, предохраняющей сталь от кор­розионного разрушения.

Внимание проектировщиков направлено на всемерную интенсификацию работы градирен, с тем чтобы одна градирня могла обслуживать конденса­торы турбин значительной мощности. Если в последние годы для станций высоких параметров эта мощность ограничивалась 100 МВт (12—16 тыс. м 3 /ч воды), то в настоящее время работают градирни, обслуживающие 320 МВт (30—35 тыс. м 3 /ч воды), 600 МВт (до 57 тыс. м 3 /ч воды), и проек­тируют еще более мощные.

При охлаждении в градирнях (рис. VIII. 11) вода подается в башню на некоторой высоте, поступает в распределительную систему и в виде струй или пленок стекает вниз, охлаждаясь по пути за счет испарительного охлажде­ния. В нижней части градирни она собирается и откачивается циркуля­ционными насосами к конденсаторам турбин. Холодный воздух поступает через окна ниже воды и, двигаясь ей навстречу, нагревается за счет частич­ного испарения воды, причем относительная влажность воздуха при выходе из оросительного устройства может быть близкой к ср = 100%. Нагретый воздух выбрасывается в атмосферу через градирни, создавая за счет разви­тия башни вверх естественную тягу для преодоления сопротивления его движению. В работающих таким образом градирнях осуществляется естест­венная тяга. Эти градирни нашли наибольшее распространение. Для поддержания качества воды на требуемом уровне из системы (рис. VIII. 12) осуществляют продувку на уровне 5—6%. Убыль воды в связи с ее испарением и продувкой восполняют подачей добавочной воды. С машинным залом градирня соединена напорными линиями 4 и водопод-водящими самотечными каналами 8. При установке более одной градирни, как это бывает на мощных станциях, предусматривают перемычки между ними и установку переключательного колодца 3 для ремонта одной из гра­дирен. В каждой градирне предусмотрена также возможность отключения одной из ее половин для ремонта.

По сравнению с брызгальными бассейнами градирни обеспечивают более высокие показатели работы (см. табл. VIII. 4) за счет более развитой по­верхности контакта воды с воздухом. В зависимости от способа, которым это достигается, башенные градирни подразделяют на капельные и пленоч­ные. Открытые градирни всегда капельные. Применялись, но не получили распространения, брызгальные башенные градирни, в которые вода посту­пала через разбрызгивающие сопла, аналогичные брызгальным бассей­нам, однако они увеличивают общий перепад давлений, практически не улучшая контакта с воздухом по сравнению с пленочными и капельными градирнями.

В башенных градирнях теплоотвод за счет конвекции практически отсут­ствует, в открытых — некоторая роль конвективного теплоотвода существу­ет. Открытые капельные градирни по существу близки к брызгальным бас-

сейнам, но отличаются способом дробления воды. Необходимый общий на­пор для них практически одинаков; хотя в градирнях отсуствует сопротив­ление сопл, но вода должна быть поднята на большую высоту; эффективность дробления большая, поэтому показатели открытой градирни более благо­приятны, чем брызгальных бассейнов (см. табл. VIII. 4).

На рис. VIII. 13 приведена схема распылительного устройства открытой капельной градирни. Вода дробится при падении на так называемый «ре­шетник» 4, состоящий из деревянных брусков различной конфигурации. Первоначальное распределение воды по решетнику осуществляется через желоб / и сливные трубы 2, из которых вода стекает на розетки 3. Высота расположения открытого желоба над решетником должна обеспечить пол­ный веер распыливания. Далее влага стекает по рядам решетника и про­должает дробиться.

Аналогично выполнено оросительное устройство в башенных капельных градирнях. Открытые и деревянные башенные градирни неприемлемы для больших мощностей как из-за недостаточной удельной нагрузки, так и по абсолютно возможному расходу охлаждаемой воды.

Основными частями башенной градирни являются; оросительное устрой­ство, занимающее примерно У_е— х /₄ общей высоты, вытяжная башня с опорной конструкцией и сборный бассейн. Нагретая вода поступает в цен­тральный распределитель и от него расходится по радиально расположен­ным распределительным деревянным желобам, расположенным на высоте 6—10 м над собственно оросительным устройством. Сливные трубки закан­чиваются на высоте 0,6—0,7 м над разбрызгивающей розеткой. Решетник капельной градирни состоит из большого числа (15—20) горизонтально расположенных деревянных брусков треугольного или прямоугольного се­чения, с шахматным (рис. VIII. 13 и VIII. 14, а) или коридорным распо­ложением их по рядам. Общая высота оросительного устройства доходит до 10—12 м. По периферии оросительного устройства образуется воздушный коридор для защиты оросителя от обледенения в зимнее время. В башенных градирнях пленочного типа оросительное устройство строят из установленных со слабым наклоном к вертикали плоских дощатых щитов (рис. VIII. 14, б). Со щитов стекает пленкой влага, с поверхности которой происходит испарение. Щиты устанавливают в один, два или три яруса. По сравнению с капельными градирнями пленочные допускают большие скорости воздуха без опасений повышенного уноса влаги. Поэтому их уде­льные нагрузки выше (см. табл. VIII. 4), но больше и расходы воздуха, что требует увеличения высоты вытяжной башни. Скорость воздуха в се­чении между брусками (или щитами) принимают для капельных градирен 0,5—1,3 м/с в зависимости от высоты башни (меньшие значения — для де­ревянных градирен) и 3—3,5 м/с — для пленочных. Наиболее распро­странены на мощных станциях пленочные градирни из-за их лучших удель­ных показателей.

Если общее влияние ветра на работу брызгальных бассейнов положитель­ное (улучшение работы), то для градирен, наоборот, чем больше скорость ветра, тем хуже охлаждение. Причины такого явления недостаточно ясны. Предполагается, что это происходит из-за уменьшения расхода воздуха через градирню в связи с проникновением холодного воздуха в верхнюю часть башни, уменьшающего ее тягу и увеличивающего сопротивление на выходе воздуха из градирни.

Дата добавления: 2014-12-18 ; просмотров: 1350 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ