Распространенные виды прудов охладителей

Охлаждение циркуляционной воды

Силовые установки (конденсаторы паровых турбин, дизельмоторы, компресоры и т. д.), как правило, требуют для охлаждения воду. На ТЭС и АЭС преобладающее количество воды (90-95%) расходуется на охлаждение конденсаторов турбин. Для совершения полезной работы турбиной от нее отводится с отработанным паром часть тепла, которое передается в конденсаторе охлаждающей воде. Расход воды рассчитывается относительно расхода поступающего в конденсатор пара таким образом, чтобы отводимого от него тепла было достаточно для нагрева воды в среднем на 10 o С градусов. Вода для указанной цели может непрерывно поступать из источника, а по использовании отводиться в сток, либо нагретая вода отводится к специальным устройствам, где охлаждается и снова насосами подается для охлаждения агрегатов (оборотная вода). Вопрос о применении для целей охлаждения свежей воды или оборотной в каждом отдельном случае решается экономическим сравнением. Часто оборот воды необходим вследствие недостатка ее.

Для восстановления низкой температуры охлаждающей воды служат:

• градирни ( башенные охладители);
• охлаждающие пруды;
• охлаждающие пруды с брызгалами.

Градирни

Охлаждающее действие башенного охладителя основывается на радроблении охлаждаемой воды на мелкие капли в «оросительном устройстве» градирни. Часть теплоты воды отнимается вследствие испарения, часть теряется в воздухе при соприкосновении с ним частиц воды. В башне должна быть обеспечена постоянная циркуляция воздуха в достаточном количестве.

На турбинных электростанциях строятся следующие типы градирен:

1) Закрытые с естественной циркуляцией воздуха.

2) Закрытые с искусственной (принудительной циркуляцией воздуха).

Закрытая градирня с естественной циркуляцией воздуха является наиболее распространенным типом охлаждающего устройства. Схема установки с такой градирней приведена на (рис. 6). Градирня состоит из оросителя (решетника), закрытого боковыми стенками с отверстиями (жалюзи) для подвода воздуха и снабженного вытяжной башней (камином), создающей интенсивный ток воздуха через ороситель. Высота вытяжной башни может достигать 80-90 м.

Ороситель представляет собой систему вертикальных стоек и большого числа тонких горизонтальных планок или вертикально установленных пластин, размещенных между стойками рядами с небольшими зазорами. Циркуляционная вода подводится к верхней части оросителя по трубам и желобам, чтекает вниз по планкам или пластинам, разбиваясь на тонкие струйки или пленки, и отдает часть своего тепла окружающему воздуху. Непосредственно под градирней расположен бассейн, куда собирается охлажденная вода.

Корпус, башню и стойки градирни обычно строят из дерева, железа, нержавеющей стали, полимеров или железобетона. Общий вид градирни показан на (рис. 7). Благодаря наличию высокой башни, насыщенный парами воздух отводится в более высокие слои атмосферы.

Градирни с принудительной циркуляцией воздуха отличаются от вышеописанных тем, что боковые стенки их совершенно закрыты и подвод воздуха осуществляется через несколько отверстий в нижней части градирни посредством вентиляторов. На привод вентиляторов затрачивается от 1 до 2% всей вырабатываемой электроэнергии. Эти градирни применяются в тех местностях, где атмосферные условия делают ненадежной работу градирни с естественной циркуляцией.

Существуют также градирни комбинированного типа с принудительной и естественной циркуляцией, представляющие собой наиболее дорогой но и более совершенный тип охладительного устройства. В этих градирнях вентиляторы пускаются в ход только в тех случаях, когда естественная циркуляция оказывается недостаточной (плохие атмосферные условия, большая нагрузка машин); поэтому и годовой расход энергии на привод вентиляторов оказывается не очень большим при полной надежности установки.

Убыль воды в циркуляционной системе пополняется добавлением в бассейн градирни

воды из близлежащих источников посредством насосной установки (рис. 6). По причине непрерывного испарения части воды жесткость воды (содержание растворенных солей) в системе постепенно возрастает, что вызывает необходимость химического умягчения или периодической смены воды.

Ввиду того что в системе циркулирует почти одно и тоже количество воды, эту воду можно подвергать химической обработке, что благоприятно сказывается на работе конденсаторов, предупреждая загрязнение их трубок.

Охлаждающий пруд

Охлаждающий пруд представляет собой водоем, в который циркуляционная вода сливается с одного конца, а забирается с другого. Вода охлаждается путем теплоотдачи в атмосферный воздух, а также вследствие испарения части воды, на которое затрачивается значительное количество тепла.

Охлаждающие естественные пруды являются весьма простыми, но несовершенными устройствами; охлаждающее действие их незначительно вследствие плохой циркуляции воды и в большой степени зависит от атмосферных условий. Поверхность охлаждения должна быть очень значительной. Потери воды на испарение довольно велики, часть воды теряется также вследствие впитывания в почву. Температура циркуляционной воды в прудах, колеблется от 10 o С зимой до 35 o С летом.

При определении поверхности пруда пользуются опытными данными. Так, в условиях средней полосы России на 1 м 3 воды, охлаждаемой от конденсатора паровой турбины, необходимо около 10м 2 поверхности пруда.

Лучшим решением вопроса является применение охлаждающих прудов с разбрызгивающими соплами (брызгальный бассейн). Здесь, так же как и в описанных выше случаях, охлаждение имеет место в результате передачи тепла воздуха при соприкосновении распыленных частиц воды с последним и за счет выделения скрытой теплоты парообразования. К этим соплам циркуляционная вода подается под давлением 0,5-1,5 ати, распыляется в соплах над поверхностью пруда и быстро охлаждается благодаря большой поверхности соприкосновения струй с воздухом. Площадь пруда с брызгалками может быть сделана примерно в 10 раз меньшей, чем поверхность простого пруда, с таким же охлаждающим эффектом.

Количество испаряющейся воды в бассейнах может быть точно определено соответствующими тепловыми расчетами. При перепаде в 10 o С испаряется 1,0-1,2% воды; при больших перепадах может испаряться до 2-2,5%; могут иметь место также унос воды ветром, утечка и прочее. Практически пополняемое количество свежей воды может составить около 3% для больших и около 5% для малых бассейнов.

Режим работы брызгальных бассейнов в зависимости от времени года может меняться.

Брызгала могут обеспечить большой охлаждающий эффект и работают достаточно надежно, но они требуют большей площади.

Источник

Типы охладителей воды

Охлаждающие пруды. Охлаждающие, пруды или брызгаль-ные бассейны, представляют собой искусственные водоемы (пруды), над поверхностью которых разбрызгивается вода при помощи форсунок. Разбрызгивание воды во много раз увеличивает площадь поверхности контакта воды ее с воздухом и интенсифицирует процесс ее охлаждения, поэтому как испарение воды с поверхности самого пруда, так и радиационный приток теплоты к ней имеют сравнительно небольшое значение. Поддон бассейна, являющийся водосборным резервуаром, выполняется из бетона и имеет высоту 0,5-1 м. Обычно поддон в плане имеет вид вытянутого прямоугольника, длинную сторону которого располагают перпендикулярно к господствующему направлению ветров в летнее время, чтобы максимально использовать силу ветра. Форсунки располагают над уровнем воды выходными отверстиями вверх, чтобы эжектирующее действие струй воды, вылетающих из сопел, усиливало конвективное движение воздуха. Иногда такие бассейны окружают жалюзийными ограждениями на высоту 3—3,5 м для уменьшения уноса воды ветром.

Градирни. Градирни классифицируют по способу подвода воздуха и типу оросителя. По способу подвода воздуха градирни делят на две основные группы: с естественным (свободным) и искусственным движением воздуха.

Градирни первой группы могут быть открытыми, в которых движение воздуха создается силой ветра, а также частично естественной конвекцией, и закрытыми, в которых движение воздуха создается большой высотой градирни (образованием естественной тяги). В градирнях второй группы, называемых вентиляторными, создается принудительное движение воздуха вентиляторами, которые могут или нагнетать воздух в градирню, или отсасывать его. Последний способ встречается чаще. Оросительное устройство (насадка) предназначается для увеличения площади поверхности контакта воды с воздухом.

По типу насадки градирни делят на брызгальные, капельные и пленочные. Интенсивность работы охладителя воды зависит от возможностей, какие представляются в аппарате для поверхностного испарения воды, поскольку именно оно является основным охлаждающим фактором. Здесь содержатся величины двух видов, определяющие интенсивность испарения воды. К первому виду относятся величины, зависящие от условий внешней среды: разность влагосодержаний, являющаяся движущей силой массообмена и зависящая, прежде всего, от влагосодержания наружного воздуха, а также от температуры воды, поступающей на охлаждение (ей соответствует влагосодержание насыщенного воздуха над водой), очевидно, что в местностях с сухим климатом охлаждение воды будет идти более интенсивно; скорость ветра, от которой в охладителях со свободным движением воздуха зависит коэффициент испарения, в связи с этим такие охладители располагают на открытых местах и таким образом, чтобы максимально использовать интенсифицирующее действие ветра.

Ко второму виду относятся величины, главным образом зависящие от конструкции охладителя: площадь поверхности, с которой испаряется вода, площадь поверхности жидкости увеличивается раздроблением ее на струи, капли, пленки; время нахождения воды в контакте с воздухом, для использования этого фактора по возможности увеличивается путь движения воды в охладителе; скорость движения воздуха в охладителе, которая является в определенной степени фактором конструкции и от которой зависит коэффициент испарения; в градирнях со свободным движением воздуха принимают меры к увеличению естественной тяги, в вентиляторных градирнях создают постоянную скорость движения воздуха, не зависящую от внешних условий.

Открытые форсуночные градирни являются наиболее простым и дешевым типом охладителя для относительно небольших холодильных установок. Градирня представляет собой небольшой бассейн, огражденный жалюзийными стенками, предохраняющими от уноса воды ветром. Для разбрызгивания воды применяют форсунки, как и в брызгальных бассейнах. Форсунки размещены в верхней части градирни и обычно обращены отверстием вниз. Подъем форсунок на высоту более 4 м над уровнем воды в поддоне существенно не сказывается на работе охладителя. Высота жалюзийного ограждения 2-4 м; высота поддона до 0,5 м. Чтобы лучше использовать силу ветра, ширину градирни делают не более 4 м, вытягивая ее основание в виде прямоугольника. Только малые градирни площадью примерно до 6 м2 имеют квадратное сечение. Открытые брызгальные градирни благодаря своей малой массе и сравнительно небольшим габаритным размерам могут устанавливаться над конденсаторами или на крышах производственных зданий. Интенсивность брызгальных градирен выше, чем охлаждающих прудов.

Закрытые капельные градирни целесообразно применять для крупных установок с большим расходом воды. Такая градирня представляет собой башню высотой не более 10 м, огражденную стенками, поставленными по периметру водосборного бассейна (поддона). Вода подается на верх градирни в ороситель, подающий воду по площади охладителя при помощи, например, желобов с треугольными вырезами в бортах или желобов с трубками в днищах. Из распределителя вода подается в насадку, заполняющую весь объем градирни. Ороситель имеет 8-12 ярусов по высоте обрешетника, выполненного из деревянных (или пластмассовых) брусков. Расстояние между ярусами 0,6-0,9 м. Вода вытекает струями из распределительного устройства и попадает на бруски обрешетника. Здесь вода многократно разбрызгивается на капли, меняет скорость и направление движения. Благодаря этому эффективно используется увеличенное время пребывания капель в контакте с воздухом.

Вентиляторные градирни получили наибольшее применение. Их выполняют в широком интервале производительности. Большим достоинством таких градирен является полная независимость от силы и направления ветра. Они допускают более высокие тепловые потоки, обеспечивают более глубокое охлаждение воды (на 4-6 К выше температуры воздуха по мокрому термометру), их работа легко автоматизируется. Однако для привода вентиляторов требуется электроэнергия.

Вентиляторные градирни разнообразны, в частности, их различают по способу подачи воздуха вентиляторами: на градирни с нагнетательной и отсасывающей прокачкой (или нижним и верхним расположением вентилятора); по типу оросителя: на брызгальные, капельные и пленочные; по виду конструкции: на секционные и отдельно стоящие. На рис. 8.10 показаны вентиляторные пленочные градирни, включающие несущий каркас с обшивкой 1, каплеотделитель 2, водораспределитель с форсунками 3, насадку (деревянные или пластмассовые вертикальные или наклонные щиты) 4, поддон 6 для сбора охлажденной воды, имеющий трубопроводы: переливной (сливной) 5, водозаборный с фильтром 7, подачи свежей воды (для пополнения) 8, осевой вентилятор 9, отсасывающий (рис. 8.10, а) и нагнетательный (рис. 8.10, б). Отсасывающий вентилятор создает более равномерную скорость движения воздуха по сечению градирни и выбрасывает воздух с относительно большой скоростью, что предотвращает циркуляцию воздуха, т. е. всасывание уже увлажненного воздуха, вышедшего из градирни.

Источник

Пруды и водохранилища-охладители

Охлаждающий пруд (охладительный пруд) или пруд-охладитель — естественный или искусственный открытый водоем, служащий для охлаждения нагретой циркуляционной воды в системах оборотного водоснабжения ТЭС или промышленного предпри­ятия. Вода охлаждается в пруде-охладителе главным образом вследствие испарения и конвективной теплоотдачи (вода — воздух). Температура охлажденной воды зависит от метеорологических условий (температуры и влажности атмосферного воздуха, общей облачности и скорости ветра) и температуры поступающей нагретой воды.

Пруды-охладители сравнительно просты в эксплуатации, они могут обеспечить в течение большей части года (особенно в зимний период) более низкую температуру во­ды, чем другие охладители (бассейны брызгальные, градирни). Наличие пруда-охладителя исключает необходимость подачи воды на значительную высоту (как, например, в градирнях), что сокращает расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов Недостаток прудов-охладителей — сравнительно низкая удельная теплоотдача с его поверхности, требующая создания значительной площади зеркала пруда. Для устройства прудов-охладителей используются поймы рек, перекрываемые плотинами, а также озера и участки вне водотоков, ограждаемые дамбами.

Водохранилища-охладители надлежит применять при невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, наличии свободных малоценных земельных площадей вблизи предприятий, наличии естественных водоемов или искусственных водохранилищ.

Глубина водохранилищ-охладителей при летних уровнях воды должна быть не ме­нее 3,5 м на 80% площади зоны циркуляции водохранилища. Следует предусматривать мероприятия по ликвидации мелководий, удалению всплывающего торфа, а также обес­печению требуемого качества воды.

П лотины, дамбы, водосбросы, водовыпуски и каналы для водохранилищ-охладителей надлежит проектировать по нормативным документам на проектирование гидротех­нических сооружений.

Водохозяйственные расчеты водохранилищ-охладителей надлежит выполнять ана­логично водохозяйственным расчетам водохранилищ с учетом потерь на дополнитель­ные испарения.

Коэффициенты использования водохранилищ-охладителей должны определяться по аналогам на основании модельных лабораторных исследований, а при расширении предприятий — на основании натурных исследований.

Расположение и конструкции водозаборных и водовыпускных сооружений, а также сооружений, повышающих охлаждение воды (струераспределительные сооружения, струенаправляющие дамбы), необходимо принимать с учетом ветрового влияния, гид­рологических особенностей водоемов (стоковых, ветровых, плотностных и других тече­ний), а также возможностей использования и создания вертикальной циркуляции ох­лаждаемой воды.

С целью снижения температуры, повышения качества забираемой воды и защиты рыб­ной молоди следует рассматривать целесообразность устройства глубинных водозаборов.

Для водохранилищ-охладителей с притоком свежей воды следует предусматривать сброс части отработавшей воды в нижний бьеф водохранилища.

При проектировании водохранилищ надлежит предусматривать мероприятия по подгонке их ложа (расчистка от деревьев, кустарников). Состав и объем мероприятий определяются в каждом конкретном случае.

Для предотвращения размыва берегов водохранилища-охладителя и его заиления должны предусматриваться: укрепление берегов, организация стока поверхностных вод, устройство в устьях оврагов дамб, установление запретных зон запашки, травосея­ние, насаждение кустарника на склонах водохранилища.

П ри заболачивании прилегающих к водохранилищу территорий необходимо преду­сматривать мелиоративные мероприятия.

Для уменьшения концентраций солей в воде водохранилища в случае необходимо­сти надлежит предусматривать устройство сброса воды из нижних слоев водохранили­ща и подачу воды из других водотоков.

Охлаждение нагретого потока воды в прудах-охладителях происходит за счет теп­лоотдачи с площади зеркала пруда. В качестве прудов-охладителей используются искус­ственные или естественные водоемы.

Охлаждение воды происходит при движении ее от места выпуска до места водоза­бора, но не весь пруд участвует в охлаждении. Величина активной зоны пруда меньше площади зеркала пруда.

Активная площадь пруда, участвующая в охлаждении, определяется по следующей формуле

Где Fтр — площадь, занятая транзитным потоком, м 2 ; F_вод — пл-дь водоворотных зон ; α — коэффициент, учитывающий охлаждающую способность водоворотных юн, смежных с транзитным потоком, α = 0,1 — 0,5.

Отношение площади активной зоны к площади зеркала пруда называется коэффициентом использования площади пруда

Оптимальной является вытянутая форма пруда с плавным очертанием берегом и рассеивающим выпуском.

Для увеличения коэффициента использования площади пруда применяются рассеивающие выпуски и другие струераспределительные сооружения, водосборные гале­реи, применяются струенаправляющие дамбы. Чаще всего применяются струенаправляющие дамбы, смысл которых заключается в удлинении пути движения воды и устране­нии водоворотных зон.

Расчет прудов-охладителей состоит из гидравлического и теплового расчетов.

Гидравлический расчет заключается в определении плана течения распределении температур по глубине пруда, объемов транзитных и водоворотных зон, степени их участия в процессах теплообмена, определении коэффициента использования площади пруда.

Удельная площадь активной зоны пруда-охладителя определяется по формулe

Q_сут -суточный расход охлаждаемой воды, м 3 /сут; F_aкт — площадь активной зоны пруда-охладителя, м 2 .

Тепловой расчет состоит в определении температуры охлаждения воды при извеа ной площади и конфигурации пруда или в определении необходимой площади активной зоны пруда, обеспечивающей получение заданной температуры в месте водозабора.

Расчет производится для наиболее неблагоприятной по метеорологическим условиям для охлаждения воды декады наиболее жаркого месяца. Для расчета используется уравнение теплового баланса для пруда-охладителя.

где Q ₁ Ct ₁ — количество тепла, поступающее в пруд-охладитель с нагретой водой, ккал/сут; Q_PCt_P— количество тепла, приносимого с речной водой, ккал/сут; Q ₂ Ct _{2 —} количество тепла, забираемого из пруда-охладителя с охлажденной водой, ккал/сут; Q_{c 6 p} Ct_{c 6 p} — количество тепла, сбрасываемого из пруда-охладителя, ккал/cyт, [ a_c (к t_cp — T ) — количество тепла, отдаваемого поверхностью за счет сопротивления, ккал/м 2 сут; β ( e_т — e ) — количество тепла, отдаваемого поверхностью пруда за счет испарения, ккал/м 2 сут; к — коэффициент, учитывающий неравномерность распределении температур воды по глубине пруда; e_т — средняя температура активной юны пруда охладителя, °С; К — радиационный баланс, ккал/м 2 , сут; F_aкm — площадь активной зоны пру­да-охладителя, м 2 .

Значение коэффициентов а_с и β определяют по зависимостям:

α_с= 0,11 (1 + 0,135 w), ккал/м 2 сут мм вод. ст.

β = 0,231 (1 +0,135 w) ккал/м 2 сут мм вод. ст.,

Из уравнения теплового баланса определяется температура t_cp воды в пределах ак­тивной зоны пруда-охладителя. Температура охлажденной воды t_t у водозабора находит­ся из выражения

где t ₁ и t₂— температура сбрасываемой в пруд-охладитель нагретой и забираемой охлаж­денной воды, С; t_e— естественная температура на поверхности пруда-охладителя без учета подогрева ее теплом нагретой воды, °С.

Температура t_e— принимается по аналогии с температурой воды естественных во­доемов, расположенных в районе проектируемого пруда-охладителя, или определяется расчетом по уравнению

К достоинствам прудов-охладителей следует отнести:

• возможность получения в течение значительной части года более низких тем­ператур охлажденной воды, чем на брыз­гальных бассейнах и градирнях;
• отсутствие напора на сбросе;
• простоту устройства.

Недостатками прудов-охладителей являются:

• сложность эксплуатации, связанная с заилением, зарастанием прудов и цветением воды в них; при глубине прудов более 4 м цветение и зарастанием прудов проявляются в меньшей степени;
• необходимость больших площадей из-за малой гидравлической нагрузки и значи­тельные капитальные затраты на строительство;
• нежелательные экологические последствия, связанные с повышением уровня грунтовых вод, приводящие к изменению флоры и фауны, и также усложнению и удоро­жанию строительства промышленных и гражданских объектов в зонах подтопления.

Пруды-охладители целесообразно применять при расположении предприятия вблизи естественных водоемов или рек, на которых имеются благоприятные условия для создания водохранилищ или уже существующие водохранилища.

Источник