Оборотная система охлаждения энергетической установки с гибридным охладителем

 

Использование: в энергетике, в частности на тепловых и атомных электростанциях. Cущность: конденсационное устройство снабжено по меньшей мере тремя дополнительными конденсаторами поверхностного типа с двумя трубными пучками, образующими с указанным выше конденсатором парные группы, соответствующие трубные пучки каждой из которых последовательно соединены между собой, причем сухой и испарительный охладители выполнены в виде единого теплообменного аппарата. 12 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях, а также на энергетических установках промышленных предприятий.

Известна оборотная система охлаждения энергетической установки с комбинированным охладителем, содержащая смешивающий конденсатор, подключенный трубопроводами к сухой градирне, состоящей из системы поверхностных теплообменников водовоздушного типа, размещенных в воздухоподающем устройстве башенного типа, и через водяной теплообменник с промежуточным циркуляционным контуром к дополнительному охладителю испарительного типа, обеспечивающему доохлаждение циркуляционной воды за счет непосредственного контакта воды промежуточного контура с охлаждающим воздухом, причем, промежуточный контур с испарительным охладителем является вспомогательным и включается в работу системы охлаждения только в летнее время, когда градирня не обеспечивает охлаждение циркуляционной воды до требуемой по техническим условиям температуры (авт.св. СССР N 383989, кл. F 28 B 5/00, 1973 г).

В таких системах охлаждения уровень зависимости охлаждающей способности БКУ от температуры воздуха в летнее время несколько снижается за счет подключения к основному контуру охлаждения "пиковых" орошаемых теплообменников, либо за счет организации дополнительного контура охлаждения с использованием испарительных охладителей, подключаемых к основному контуру охлаждения через водоводяные теплообменники. Однако такие решения сложны и громоздки, требуют дополнительных материальных затрат и ресурсов, что приводит к еще большему удорожанию системы охлаждения в целом.

Как показывает практика, при таком выполнении системы охлаждения энергетической установки, при повышении температуры наружного воздуха выше 26 27^oC, не обеспечивается нормальный температурный режим работы энергетического оборудования.

наиболее близким техническим решением является оборотная система охлаждения энергетической установки, содержащая образованный системой поверхностных теплообменников водовоздушного типа сухой охладитель, испарительный охладитель и конденсатор поверхностного типа с двумя трубными пучками, один из которых подключен к сухому охладителю, а другой к испарительному охладителю с образованием, соответственно, сухого и испарительного циркуляционных контуров охлаждения с различными по химическому составу теплоносителями (патент США N 4296802, кл. F 28 B 9/06, от 1981 г. - прототип).

Недостатками данного технического решения являются сложность конструкции, большие материальные и энергетические затраты, а также невозможность обеспечения нормального температурного режима работы энергетического оборудования.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения, снижение материальных и энергетических затрат, а также повышение уровня защиты окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что оборотная система охлаждения снабжена по меньшей мере тремя дополнительными конденсаторами поверхностного типа с двумя трубными пучками, образующими с указанным выше конденсатором парные группы, соответствующие трубные пучки каждой из которых последовательно соединены между собой, причем сухой и испарительный охладители выполнены в виде единого теплообменного аппарата; что теплообменный аппарат выполнен в виде башенной градирни, в боковой стенке башни которой выполнено воздухозаборное устройство; что башня градирни снабжена вентилятором; что башня градирни снабжена внутренней, концентричной башне оболочкой с прикрепленной к ее нижнему торцу разделительной стенкой, заведенной в воздухозаборное устройство башни; что башня градирни выполнена в виде наружной и внутренней концентрических оболочек и имеет общее воздухозаборное устройство, снабженное разделительной стенкой, являющейся конструктивным элементом внутренней оболочки; что высота внутренней оболочки не превышает высоту наружной оболочки; что испарительный охладитель расположен в центральной части башни, образованной внутренней оболочкой с разделительной стенкой; что испарительный охладитель выполнен в виде испарительной градирни с пленочным оросителем с противоточной схемой движения охлаждаемой воды и воздуха; что испарительный охладитель выполнен в виде испарительной градирни с пленочным оросителем с поперечноточной схемой движения охлаждаемой воды и воздуха; что испарительный охладитель выполнен в виде испарительной градирни с капельным оросителем; что испарительный охладитель выполнен в виде брызгальной градирни; что поверхностные теплообменники водовоздушного типа сухого охладителя расположены в воздухозаборном устройстве, образованном наружной оболочкой, внутренней оболочкой и разделительной стенкой; что гибридный охладитель выполнен в виде сухой градирни, расположенной в пределах акватории пруда (водохранилища) охладителя; что гибридный охладитель выполнен в виде сухой градирни, расположенной в пределах акватории брызгального бассейна; что гибридный охладитель выполнен в виде отдельно стоящих сухой градирни и испарительного охладителя.

На фиг. 1 изображена схема оборотной системы охлаждения энергетической установки с гибридным охладителем совмещенного типа с испарительной градирней и противоточной схемой движения охлаждающей воды и воздуха; на фиг. 2 схема оборотной системы охлаждения энергетической установки с гибридным охладителем совмещенного типа с испарительной градирней и поперечноточной схемой движения охлаждающей воды и воздуха; на фиг. 3 схема оборотной системы охлаждения энергетической установки с гибридным охладителем совмещенного типа с брызгальной градирней; на фиг. 4 схема оборотной системы охлаждения энергоустановки, где гибридный охладитель в виде сухой градирни, размещенной в пределах акватории брызгального бассейна, либо пруда-охладителя.

Согласно изобретению оборотная система охлаждения энергетической установки содержит гибридный охладитель 1, состоящий из сухого 2 и испарительного 3 охладителей и конденсаторы поверхностного типа, состоящие из парных групп конденсаторов 4, 5 и 6, 7, соединенных циркводоводами с соответствующими цилиндрами низкого давления 8 турбины. Составляющие парных групп 4, 5 и 6, 7 конденсаторов имеют по два трубных пучка 9, 10.

Трубные пучки 9 каждой пары конденсаторов 4, 5 и 6, 7 последовательно соединены между собой и в совокупности с циркводоводами 11, циркнасосами 12 и сухим охладителем 2 образуют сухой контур системы охлаждения.

Соответственно трубные пучки 10 каждой пары конденсаторов также последовательно соединены между собой и в совокупности с циркводоводами 13, циркнасосами 14 и испарительным охладителем 3 образуют испарительный контур системы охлаждения.

Сухой и испарительный контуры системы охлаждения являются независимыми друг от друга, параллельно работающими контурами и заполнены разными по химическому составу теплоносителями.

Гибридный охладитель 1 может быть выполнен совмещенной конструкции - сухого 2 и испарительного 3 охладителей (фиг. 1, 2, 3) в виде башенной градирни на естественной или вентиляторной тяге.

Сухой 2 охладитель (фиг. 1, 2, 3) представляет собой сухую градирню 2, а испарительный 3 охладитель может быть выполнен либо в виде испарительной градирни 3 с пленочным или капельным оросителем (фиг. 1, 2), либо в виде брызгальной градирни 3 (фиг. 3).

Башня градирни гибридного охладителя 1 выполнена в виде наружной 15 и внутренней 16 концентрических оболочек, имеющих разделительную стенку 17, являющуюся конструктивным элементом внутренней оболочки 16. Внутренняя 16 и наружная 15 оболочки имеют общее воздухозаборное устройство 18 с системой поворотных жалюзи 19.

Высота внутренней оболочки 16 может быть выполнена различной высоты (это определяется расчетным путем для каждого конкретного случая в отдельности), но не должна превышать высоты наружной оболочки 15.

Конструктивно гибридный 1 охладитель выполнен таким образом, что водовоздушные теплообменники 20 сухой градирни 2 расположены в воздухозаборном устройстве 18 в пространстве, образованном наружной 15, внутренней 16 оболочками и разделительной стенкой 17.

Как уже отмечалось, испарительный охладитель может быть выполнен либо в виде испарительной градирни 3 (с пленочным или капельным орошением) (см. фиг. 1, 2), либо в виде брызгальной градирни 3 (см. фиг. 3).

При этом конструктивно испарительный 3 охладитель размещен в центральной части башни, образованной внутренней оболочкой 16. В основании башни под испарительным охладителем имеется бассейн 21 для сбора охлажденного теплоносителя.

Следует также отметить, что в случае выполнения испарительного 3 охладителя в виде испарительной градирни с пленочным или капельным орошением возможны два варианта компоновки гибридного охладителя, при одном из которых реализуется противоточная схема движения охлаждаемого теплоносителя (воды) и воздуха (фиг. 1), а при другом реализуется поперечноточная схема движения охлаждаемого теплоносителя (воды) и воздуха (фиг. 2).

Кроме того, гибридный охладитель 1 (см. фиг. 4) может быть выполнен в виде сухой градирни 2 с водовоздушными теплообменниками 20 и системой воздухозабора 18 с поворотными жалюзи 19, расположенной в пределах акватории брызгального бассейна 22, либо пруда-охладителя 23. При этом технологическая и конструктивная схема организации сухого и испарительного контуров системы охлаждения остается такой же, как и описана выше (применительно к фиг. 1, 2, 3).

Гибридный охладитель может быть выполнен также в виде отдельно стоящих - сухого охладителя и испарительного охладителя. При этом в качестве сухого охладителя может быть использована сухая градирня с водовоздушными теплообменниками, а испарительный охладитель может быть выполнен в виде испарительной градирни (с пленочным или капельным орошением), брызгальной градирни, брызгального бассейна или пруда-охладителя (такое выполнение системы охлаждения на чертежах не показано).

Испарительный контур охлаждения заполняется водой обыкновенного качества. Подача охлаждающей воды к каждой группе конденсаторов осуществляется двумя циркнасосами 14 с запорно-регулирующей арматурой 24. Отработавший пар поступает из ЦНД турбины в конденсатор 4, 5 и 6, 7 и конденсируется на поверхности трубных пучков, нагревая воду. Нагрев воды в каждой группе конденсаторов происходит последовательно, по ходу ее движения через проточную часть трубных пучков пары конденсаторов. Нагретая вода подается по напорному циркводоводу 13 с запорно-регулирующей арматурой 24 к водораспределительной системе с орошающим устройством испарительного 3 охладителя. Если испарительная часть охладителя выполнена в виде испарительной градирни (фиг. 1, 2) с пленочным (капельным) оросителем, то нагретая вода с помощью сопел орошающего устройства равномерно распределяется по всей площади блока оросителей и в виде водяных пленок стекает вниз по поверхности листов оросителя. Охлаждение воды осуществляется воздушным потоком за счет тепломассоотдачи, при непосредственном контакте наружного воздуха с поверхностью водяной пленки. Охлаждение воды может быть организовано как по противоточной, так и по поперечноточной схеме движения водяной пленки и наружного воздуха. Если испарительная часть охладителя выполнена в виде брызгальной градирни (фиг. 3), то нагретая вода равномерно разбрызгивается соплами в виде капель по всему объему, ограниченному внутренней оболочкой (16) и отведенному под установку разбрызгивающих сопел. Охлаждение воды осуществляется воздушным потоком за счет тепломассоотдачи, при непосредственном контакте потока наружного воздуха с поверхностью водяных капель. Охлажденная вода собирается в водосборном бассейне 21 и по обратному циркводоводу 13 с запорно-регулирующей арматурой 13 поступает к циркнасосам 14.

Испарительный контур охлаждения "И" подвержен загрязнению (органического и минерального характера), поэтому коэффициент чистоты проточной части трубных пучков 10 конденсаторных групп не превышает значений β₄=0,8^oC0,75 и требует проведения периодических чисток.

В отличие от испарительного, сухой контур охлаждения заполняется обессоленной водой (конденсатом), благодаря чему полностью исключается отложение солей на внутренней поверхности трубок водовоздушных теплообменников 20 сухой части гибридного охладителя 1 и на внутренней поверхности трубных пучков 9 конденсаторных групп, подключенных к этому контуру. Подача охлаждающей воды к каждой группе конденсаторов осуществляется двумя циркнасосами 12 с запорно-регулирующей арматурой 25. При конденсации отработавшего пара на поверхности трубных пучков 9 вода нагревается. Нагрев воды происходит последовательно, по ходу ее движения через проточную часть трубных пучков 9 пары конденсаторов. Нагретая вода по напорному циркводоводу 11 с запорно-регулирующей арматурой 25 подается в систему водовоздушных теплообменников 20. Охлаждение воды осуществляется потоком наружного воздуха за счет теплоотдачи (конвекцией). В отличие от испарительного охладителя, передача тепла от воды к воздушному потоку осуществляется через стенку теплообменника, без прямого контакта воды и воздуха, что исключает возможность загрязнения (органического характера) проточной части сухого контура охлаждения. Таким образом, использование обессоленной воды в качестве теплоносителя в сухом контуре охлаждения позволяет не только существенно повысить эффективность охлаждения (за счет повышения коэффициентов теплопередачи в конденсаторе и в водовоздушных теплообменниках), но и исключить проведение дорогостоящих работ по очистке проточной части трубных пучков 9 конденсаторов и водовоздушных теплообменников 20. Охлажденная вода по обратному циркводоводу 11 с запорно-регулирующей арматурой 25 поступает к циркнасосам 12.

Нагрев воздуха в испарительной и сухой части гибридного охладителя происходит по-разному, поэтому воздушные потоки после нагрева отличаются по своим параметрам.

Воздушный поток, проходящий через водовоздушные теплообменники 20 нагревается за счет конвекции, причем влагосодержание воздушного потока не меняется, поскольку процесс нагрева идет по линии α = const. Относительная влажность воздушного потока резко падает.

Воздушный поток, проходящий через оросители или капельный поток, не только нагревается, но и насыщается, увеличивая свое влагосодержание. Относительная влажность воздушного потока может достигать предельных (близких к максимальным) значений.

При смешении воздушных потоков, на выходе вытяжной башни гибридного охладителя 1 параметры меняются и принимают промежуточные значения в зависимости от тепловой нагрузки сухой и испарительной части гибридного охладителя. С целью улучшения экологических характеристик гибридного охладителя, соотношение между его сухой и испарительной частью выбирается таким образом, чтобы в зимний период обеспечить максимальную тепловую нагрузку сухой части охладителя, а в летний период испарительной. Это позволит на выходе из вытяжной башни гибридного охладителя 1 иметь воздушный поток с параметрами, исключающими негативные явления, связанные с образованием туманов, смогов, обледенением дорог и линий электропередач, а также связанные с ухудшением социальных условий проживания людей в районе расположения электростанции.

На фиг. 4 представлена схема гибридного охладителя 1, у которого сухой охладитель выполнен в виде сухой градирни 2, конструктивно совмещенной с испарительным охладителем, выполненным в виде водохранилища (пруда) охладителя 23, либо в виде брызгального бассейна 22. Сухая градирня 2 расположена в пределах акватории водохранилища (пруда) охладителя 23, либо брызгального бассейна 22, и является составной частью сухого контура системы охлаждения, а собственно водохранилище (пруд) охладитель, либо брызгальный бассейн - соответственно составной частью испарительного контура системы охлаждения. Работа такого гибридного охладителя позволяет избежать целый ряд негативных явлений, связанных с парением и туманообразованием над водной поверхностью испарительного охладителя, поскольку за счет тяги, развиваемой башней градирни 2 (либо за счет вентиляторной тяги) будет обеспечивается забор влажного воздуха с большей части акватории испарительного охладителя. При прохождении через систему поверхностных теплообменников 20 водовоздушного типа, расположенных в сухой градирне 2, влажный воздух нагревается и подсушивается, предотвращая туманообразование и, как следствие, обледенение дорог, линий электропередач, ухудшение видимости на территории и подъездных путях электростанции и многое другое.

Предложенная система охлаждения энергетической установки с гибридным охладителем позволяет решить задачи, связанные с защитой окружающей среды, повысить эффективность охлаждения энергетической установки, снизить затраты и безвозвратное водопотребление.

Формула изобретения

1. Оборотная система охлаждения энергетической установки, содержащая образованный системой поверхностных теплообменников воздушного типа сухой охладитель, испарительный охладитель и конденсационное устройство в виде конденсатора поверхностного типа с двумя трубными пучками, один из которых подключен к сухому охладителю, а другой к испарительному охладителю с образованием соответственно сухого и испарительного циркуляционных контуров охлаждения с различными по химическому составу теплоносителями, отличающаяся тем, что конденсационное устройство снабжено по меньшей мере тремя дополнительными конденсаторами поверхностного типа с двумя трубными пучками, образующими с указанным выше конденсатором парные группы, соответствующие трубные пучки каждой из которых последовательно соединены между собой, причем сухой и испарительный охладители выполнены в виде единого теплообменного аппарата.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что теплообменный аппарат выполнен в виде башенной градирни, в боковой стенке башни которой выполнено воздухозаборное устройство.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что башня градирни снабжена вентилятором.

4. Система по пп.1-3, отличающаяся тем, что башня градирни снабжена внутренней, концентричной башне оболочкой с прикрепленной к ее нижнему торцу разделительной стенкой, заведенной в воздухозаборное устройство башни.

5. Система по пп. 2 4, отличающаяся тем, что внутренняя оболочка выполнена высотой, не превышающей высоту башни градирни.

6. Система по пп. 2 5, отличающаяся тем, что испарительный охладитель расположен в центральной части башни, ограниченной внутренней оболочкой с разделительной стенкой.

7. Система по пп. 2 6, отличающаяся тем, что испарительный охладитель выполнен пленочного типа с противоточной схемой движения взаимодействующих сред.

8. Система по пп. 2 7, отличающаяся тем, что испарительный охладитель выполнен пленочного типа с поперечно-точной схемой взаимодействующих сред.

9. Система по пп. 2 8, отличающаяся тем, что испарительный охладитель выполнен капельного типа.

10. Система по пп. 2 9, отличающаяся тем, что испарительный охладитель выполнен брызгального типа.

11. Система по пп. 2 10, отличающаяся тем, что поверхностные теплообменники водовоздушного типа расположены в воздухозаборном устройстве, на участке, ограниченном корпусом, внутренней оболочкой и распределительной стенкой.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что испарительный охладитель выполнен в виде водохранилища либо пруда-охладителя, а сухой в виде сухой градирни, расположенной в акватории водохранилища, либо пруда-охладителя.

13. Система по п.1, отличающаяся тем, что испарительный охладитель выполнен в виде брызгального бассейна, а сухой охладитель в виде сухой градирни, расположенной в пределах акватории бассейна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4