22вопрос
.pdf
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ОХЛАДИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ОБОРОТНЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Оборотные системы сооружаются с прудами-охладителями, брыз-гальными бассейнами, градирнями. Тип охлаждающих устройств выбирают на основе технико-экономических расчетов с учетом местных условий. Если площадка строительства имеет ограниченные размеры, исключающие возможность создания прудов-охладителей, прибегают к строительству градирен.
При оборотном водоснабжении применяют только двухходовые конденсаторы. Циркуляционные насосы, как правило, устанавливают в отдельной насосной, но можно и в машинном зале у
конденсаторов турбин.
Наиболее простое и дешевое устройство— естественные или (чаще) искусственные прудыохладители, для образования которых может быть сооружена плотина на реке, имеющей небольшой дебит, недостаточный для прямоточного водоснабжения.
Схема прудового водоснабжения приведена на рис. 10.8. Схема водоснабжения с прудами-охладителями наиболее близка к схеме прямоточного водоснабжения. 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. Для увеличения относительной площади основного (транзитного) потока и улучшения его формы устраивают специальные
струенапраеляющие дамбы, отклоняющие транзитный поток в сторону от водоприемного устройства. Чем больше глубина водозабора, 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
Sa= kS. (10.9), 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; 5 — полная поверхность пруда без застойных зон, м2.
Недостаток прудов-охладителей — необходимость производства довольно больших гидротехнических работ и большая площадь, требующаяся для размещения прудов. Большую экономию капиталовложений можно получить при использовании для целей технического водоснабжения расположенных вблизи АЭС водохранилищ гидравлических электростанций.
При прудовом водоснабжении необходимо учитывать наличие потерь воды и предусматривать способы ее восполнения. Потеря воды из прудов вызывается не только испарением части циркуляционной воды (см. § 10.2), но и естественным испарением с поверхности пруда и фильтрацией через грунт. Значение естественного испарения принимается на основе гидрологических и метеорологических изысканий с учетом выпадающих осадков, уменьшающих убыль воды из пруда. 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/сутки.
Глубина пруда должна быть не менее 4 м. Во избежание недопустимого понижения уровня в пруде-охладителе и уменьшения его активной площади убыль воды должна восполняться. Прудовое водоснабжение требует небольших расходов свежей воды, восполняющих потери (2—
3%. общего расхода). Поэтому возможно сооружение мощных АЭС в большом удалении от источников водоснабжения.
Основные преимущества прудов-охладителей по сравнению с другими оборотными системами заключается, как правило, 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, использовать дополнительную береговую насосную с примыкающим к ней водоприемным устройством. Такую смешанную систему прямоточно-оборотного водоснабжения создают также, когда расход воды в реке недостаточен для прямоточной системы водоснабжения, но превышает наименьший приток, который необходим при оборотном циркуляционном водоснабжении с прудами-охладителями. В этом случае часть теплой воды возвращают в пруд, а часть поступает в реку ниже плотины по ■схеме прямотока.
Большая площадь земли, необходимая для образования пруда-охладителя, делает неизбежным расположение электростанций вдали от городов. Поэтому пруды-охладители характерны для АЭС, но не для АТЭЦ, когда необходимо максимально возможное приближение станции к городу, для сокращения длины тепловых сетей и потерь в них, тепловых и гидравлических.
Для уменьшения необходимой площади, занимаемой охлаждающим устройством, может быть применено охлаждение воды в брызгальных бассейнах. Это искусственные бассейны или (реже) естественное водоемы, над которыми через распыливающие сопла подается вода, подлежащая охлаждению. При той же поверхности водоема, что и 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, многообразны. Основные требования, предъявляемые к ним, — возможно более тонкое распыление при меньших напорах, а также большая производительность, простота и незасоряемость.
Разрез по брызгальному бассейну представлен на рис. 10.9. 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 м. 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 м.
Эффект охлаждения в брызгальных бассейнах увеличивается при более тонком распылении. Однако при этом повышается 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 брызгаль-ных бассейнов возможно образование тумана, которое может привести в зимнее время к обледененню близлежащих сооружений, что необходимо учитывать при разработке генерального плана станции (см. гл. 12). Сопла устанавливают или по одному, или группами до пяти штук каждая с расстоянием между ними в пределах 3—7 м.
Брызгальныс бассейны по сравнению с прудами-охладителями занимают небольшие территории (в 30—40 раз меньше). На АЭС их используют обычно для охлаждения воды промежуточных контуров реакторного зала и воды систем обеспечения аварийного охлаждения активной зоны.
Охлаждающая вода забирается из бассейна. Для поддержания качества воды на допустимом уровне часть воды продувается, а ее убыль в результате испарения восполняется. По самотечным каналам вода поступает к насосам, установленным в обстройке герметичной оболочки реактора (для АЭС с ВВЭР-1000). Отводящие трубопроводы от конденсаторов напорные: их прочность должна быть рассчитана на давление, необходимое для создания напора перед соплами и преодоления сопротивлений на тракте от конденсатора до сопл.
Наименьшие площади требуются для размещения ГРАДИРЕН. Их постройка – обычно очень дорогое решение, но и потери водыв них существенно меньше, чем в брызгальных бассейнах. Различают следующие типы градирен: открытые, в которых распределительная система расположена на открытом воздухе и закрытые, где распределительное устройство ограждено башней( башенные градирни). Для АЭС применяются только башенные градирни, обычно противопоточного типа – движение воздуха вверх за счет разности плотностей нагретого воздуха внутри башни и холодного – вне ее, а
движение охлаждаемой воды – вниз. Система оборотного водоснабжения с использованием градирен показана на рис 10.10. Основное напрвление развития градиренувеличение их единичной мощности. Для АЭС это можно проследить по данным табл. 10.2 и рис. 10.11, из которых видно, что достигается это не только за счет увеличения высоты башни и площади орошения, но и за счет совершенствования организации процессов тепло- и массо-обмена в градирне. В связи с этим возрастает удельная гидравлическая нагрузка. Вытяжная башня может выполняться или металлической с алюминиевой обшивкой (например, градирня Нововоронежской АЭС, табл. 10.2), или железобетонной. Наибольшая мощность отечественных градирен 100*103 м3/ч (табл. 10.2) достигнута именно для
железобетонных градирен. На рис. 10.12 представлена такая железобетонная градирня гиперболической формы. Для максимальной ее высоты 150 м диаметры ее составляют у основания 126 м, в верхнем сечении —66 м и в наиболее узком сечении (на отметке 128 м) —63 м. Градирня состоит из следующих элементов: вытяжной башни, водораспределительной системы, оро-
сителя, водосборного бассейна и влагоулавливающего устройства.
Воздух поступает в нижнюю часть градирни через «окна» высотой 12 м, расположенные по всей окружности башни. Скорости воздуха в башне: на выходе из нее — 1,0—1,3 м/с, а на уровне оросительного устройства — 0,8—1,0 м/с.
Оросительное устройство высотой 2,5 м представляет собой пакеты асбоцементных листов размером 2,5x1,5 м толщиной 6 мм, расположенных с расстояниями между листами 25 мм. Дри высоте листов 1,25 м их устанавливают в два яруса Водораспределительная система состоит из асбоцементных труб диаметром 400 мм с
расположенными на них полиэтиленовыми соплами, направленными вверх, с расстоянием между соплами 0,8—1,0 м. Расстояние между распределительными трубами 1,2—1,5 м. Охлаждаемая вода в виде тонких пленок стекает вниз вдоль щитов. Поэтому такого типа оросительное устройство, соответственно вся градирня, называется пленочной. Такие градирни эффективнее, чем применявшиеся ранее капельные, где оросительное устройство выполняли в виде элементов, обеспечивающих дробление воды на капли.
Водосборный бассейн представляет собой открытый резервуар высотой 2,5 м с подземным заглублением и переходом в канал водовода к циркуляционному насосу. Над водораспределительной системой установлено влагоулавливающее устройство жалюзийного типа.
Для поддержания качества воды на требуемом уровне осуществляют продувку в размере 5—6%. от объема всей системы, показанной на рис. 10.10. Убыль воды в связи с ее испарением и продувкой восполняют подачей добавочной воды. С машинным залом градирня соединена напорными линиями и водоподводя-щими самотечными каналами. При установке более одной градирни предусматривают перемычки между ними и переключательный колодец для ремонта одной из градирен. В каждой градирне имеется также возможность отключения одной из ее половин для ремонта.
По сравнению с брызгальными бассейнами градирни обеспечивают более высокие показатели работы за счет большего развития поверхности контакта воды с воздухом.
Если общее влияние ветра на работу брызгальных бассейнов положительное (улучшение работы), то для градирен, наоборот, чем больше скорость ветра, тем хуже охлаждение. Предполагается, что это происходит из-за уменьшения расхода воздуха в верхнюю часть башни, уменьшающего ее тягу и увеличивающего сопротивление на выходе воздуха из градирни.
Расход воздуха через градирню, практически определяющий ее удельную и общую нагрузку, зависит от естественной тяги, развиваемой башней и равной обычно 2— 3 мм вод. ст. Стремление повысить расход воздуха привело к созданию вентиляторных градирен, тяга в которых за счет работы вентиляторов доходит до 15 мм вод. ст. Показатели таких градирен существенно лучше, но расход электроэнергии на собственные нужды увеличивается, поэтому они не нашли распространения, а для увеличения мощностей градирен ведутся поиски более эффективных форм вытяжных башен с естественной тягой.
Удельная гплравлическная нагрузка [м3/(м2-ч)] в зависимости от типа охладителя представлена ниже:
Пруды-охладители..... 0,025—0,05 Брызгальные бассейны . . . 1 — 1,5 Башенные железобетонные пленочные градирни:
сестественной вентиляцией .........7—10
сискусственной вентиляцией .........10—14
Недостатки градирен — высокая стоимость, сложность их конструкции, значительная затрата материалов и необходимость использования высококвалифицированной • рабочей силы для сооружения и ремонта. Однако при нехватке площадей для размещения охладителей оборотных систем строительство градирен неизбежно. Из приведенных выше показателей видно, что переход от прудов-охладителей к градирням в 200—300 раз повышает удельную нагрузку и соответственно уменьшает потребные площади. При схемах с градирнями и брызгальнымп бассейнами глубина вакуума примерно на 3% хуже, чем при прямоточном и прудовом водоснабжении, поэтому в жаркие периоды года мощности трубин часто ограничиваются. Расход электроэнергии на собственные нужды циркуляционной установки с градирнями и брызгальнымп бассейнами также больше, так как необходимая высота подъема циркуляционных насосов составляет 18—20 м, в то время как для прудов-охладителей— 8—12 м. Длительность сооружения градирен значительно больше, чем прудов-охладителей. Поэтому наиболее целесообразным решением для АЭС являются пруды-охладители и только при отсутствии необходимого места и невозможного выбора иной площадки для строительства надо идти на сооружение градирен. Они, безусловно, будут единственным решением для АТЭЦ. Брызгальные бассейны для охлаждения циркуляционной воды конденсаторов не применяют.
Несколько особняком стоят «сухие» градирни, работающие сов-
местно с конденсаторами смешивающего типа (рис. 10.13). В этом случае по контуру охлаждения циркулирует конденсат. Пар после турбины конденсируется за счет смешения с холодным конденсатом, пришедшим из градирни, и нагревает его. Количество конденсата Д(, равное расходу свежего пара, отводится из конденсатора в систему регенерации станции. Остальная (большая) часть конденсата, равная mDk (m — кратность охлаждения), циркуляционным насосом подастся в градирню для охлаждения. Конструкция градирни представляет собой набор радиаторов, изнутри
омываемых водой, а снаружи — воздухом. Для уменьшения поверхности нагрева радиаторы изготовляют из алюминиевых сплавов, имеющих большой коэффициент теплопроводности. Преимущество таких градирен — практическое отсутствие потерь воды и заводское изготовление секций, облегчающее и ускоряющее монтаж градирен. Габариты и стоимость таких градирен не меньше, чем обычных, поэтому они предпочтительны только в безводных районах, где вопросы восполнения убыли воды имеют первостепенное значение. Однако вакуум в конденсаторах при использовании сухих градирен существенно хуже.