Потенциал ресурсосбережения на теплоэлектроцентрали при применении сухих градирен

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потенциал ресурсосбережения на теплоэлектроцентрали при применении сухих градирен

Рост глобальных потребностей в водных ресурсах составляет около 1% в год и зависит, среди прочего, от роста народонаселения, экономического развития и изменения структуры потребления. В течение следующих двух десятилетий эти потребности существенно возрастут. Промышленные и бытовые потребности в воде будут расти намного быстрее, чем в сельском хозяйстве, однако последнее в целом будет оставаться ее крупнейшим потребителем. В подавляющем большинстве случаев рост потребностей в водных ресурсах придется на страны с развивающейся или формирующейся экономикой. В то же время в связи с изменением климата идет активизация глобального круговорота воды в природе - в регионах с влажным климатом, становится еще более влажным, в регионах с сухим климатом - еще более сухим. В настоящее время, по оценкам независимых международных экспертов [1], 3,6 миллиарда человек (почти половина населения мира) проживают в районах, где дефицит водных ресурсов может наблюдаться не менее одного месяца в год; к 2050 г. это население увеличится, и его численность может составить от 4,8 до 5,7 миллиарда человек.

Анализ эколого-экономической ситуации в России позволяет выделить основные проблемы, сдерживающие активность политики ресурсосбережения:

1. Проблемы государственного регулирования.

2. Государственная поддержка развития и внедрения ресурсосберегающих технологий.

3. Отсутствие финансовых средств у предприятий, необходимых для реализации действующих систем ресурсосбережения.

4. Недостаточная информированность граждан и частного сектора о возможной экономии в результате инвестирования в технологии связанные с экологией.

5. Нежелание инвестировать средства в ресурсосберегающие технологии, прежде всего, в силу их дороговизны. [2]

Одним из самых ресурсоемких производством в Российской Федерации является выработка тепла и электроэнергии. В совокупности современные промышленные предприятия и тепловые электростанции России расходуют такое количество воды, которое сопоставимо с суммарным годовым стоком Енисея и Лены. По данным запасов речных стоков Тверская, Курская, Екатеринбургская, Челябинская, Оренбургская области наиболее подвержены истощению водных ресурсов.

Рис. 1. Запасы водных ресурсов

Основным источником водопотребления на ТЭЦ является процесс охлаждения оборотной воды. Данный процесс на имеющихся ТЭЦ выполняется с помощью башенных градирен. Башенная градирня - это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. В башенных градирнях тяга воздуха, охлаждающего циркулирующую воду, создается за счет высокой вытяжной башни. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая - уносится ветром. Согласно СНиП 2.02.04-84 были посчитаны часовые испарения для каждого типа размера башенной градирни. Результаты приведены в таблице 1.

Рис. 2. Башенная градирня

1 - вытяжная башня; 2 - водоуловитель; 3 - водораспределительная система; 4 - оросительное устройство; 5 - воздухорегулирующее устройство; 6 - водосборный бассейн

Таблица 1. Показатели расхода на испарения башенной градирни

Как видно из таблицы, башенная градирня имеет весьма значительные не восполняемые расходы оборотной воды. Испарительное охлаждение так же воздействует на климатические условия:

- повышение дефицита пресной питьевой воды;

- повышение парникового эффекта;

- уменьшение солнечных часов и влияние погодных условий.

Так же такой способ охлаждения негативно воздействует на находящиеся в ближней зоне строительные конструкции и сооружения:

- вызывает изменение конструкционных материалов из-за увлажнения зданий, линий электропередачи, путей сообщения;

- влияют на климатические условия жилых зданий (могут покрываться плесенью);

- способствуют обледенению зданий при отрицательных температурах;

- повышают факторы опасности для транспортных систем (обледенение, туман, потеря электроконтакта и т.д.).

Кроме того оказывает влияние на окружающую среду вследствие растворенных солей и химикатов.

Традиционные способы сокращения расхода воды на испарительное охлаждение (изменение геометрии, установка водоуловителей, изменение состава теплоносителя) не даёт значимого роста экономии водного ресурса и порождает ряд технологических проблем, которые приводят к неэффективности данных способов. Таким образом, необходимо рассмотреть альтернативные способы охлаждения оборотной воды. Одним из эффективных альтернативных способов сбережения водных ресурсов на ТЭЦ является применения градирен сухого типа или гибридного типа. Сухое охлаждение использовалось, главным образом, для электростанций, расположенных в районах с крайне ограниченными водными ресурсами. После 1990 года факторы, способствующие использованию систем сухого охлаждения на электростанциях, резко изменился. Спрос на системы сухого охлаждения на мировом рынке за последние 15 лет вырос примерно в два раза (рис. 3) [4]. В настоящее время в дополнение к нехватке воды существуют некоторые другие причины выбора систем сухого охлаждения, такие как:

1 экологические требования к экономии воды и ее повышение температуры в реках и морях;

2 местное законодательство, ограничивающее вредные водосбросы;

3 повышение цен на водопотребление.

4 большая свобода выбора местоположения станции, упрощенная проверка и процедура разрешения на строительство.

Рис. 3. Темпы применения сухих градирен

На данный момент в мире существуют порядка 30 ТЭЦ, ТЭС с применением сухих градирен. Сочинская ТЭС установленной мощностью 72 МВт, ТЭС Адлер установленной мощностью 180 МВт. На данный момент все проектируемые новые ТЭЦ и ТЭС снабжены именно сухими градирнями.

Существует три типа схем снижения температуры оборотной воды на основе сухого охлаждения, применяемых в практике. Первый тип схемы (рис. 4а) представляет собой конденсацию выработанного пара внутри труб с наружными ребрами, охлажденными окружающим воздухом. Второй тип схемы сухого охлаждения (рис. 4b) включает использование смесительных конденсаторов и охлаждение воды окружающим воздухом на ребристой поверхности теплообменника. В этом случае, отработанный пар из паротурбиной установки (ПТУ) конденсируется не на внутренней поверхности труб, а на водяных струях в смесительном конденсаторе. Третий тип схемы сухого охлаждения (рис. 4c) предполагает использование общих поверхностных конденсаторов, которые снабжаются охлаждающей водой из воздухоохлаждаемого теплообменника [3].

Рис. 4. Типы охлаждения оборотной воды на основе сухой градирни

ресурсосбережение башенный градирня теплоэлектроцентраль

Одна из сложностей применения сухих градирен является их не способность охлаждать воду ниже температуры окружающей среды. Охлаждение оборотной воды с помощью сухой градирни вызывает сложности в пиковый летний режим. Если сухая градирня не может обеспечить предписанную температуру охлаждённой воды во время летнего пика, то возникает необходимость комбинации сухого и испарительного охлаждения. Комбинация двух разных систем объединяет не только их преимущества, но и недостатки обеих систем. В таблице 2 приведено сравнение сухой и башенной градирни с расходом 2000 мі/ч.

Таблица 2.

Сравнительные показатели башенной и сухой градирен

Анализируя всё выше приведенное, можно сделать следующий вывод, что при одинаковом количестве охлаждаемой воды (2000 мі/ч) и одинаковых параметров нагретой и охлажденной воды башенная градирня является более производительной по сравнению с сухой градирней. В то же время башенная градирня имеет высокие потери оборотной воды в связи с капельным уносом. С растущей потребностью в водных ресурсах с каждым годом будет расти потребности в новых более эффективных технологиях охлаждения оборотной воды на ТЭЦ.

С учетом выше изложенного представляет интерес применения сухой градирни или гибридной схемы на ТЭЦ. Однако данный вопрос требует предварительного изучения взаимной работы башенной и сухой градирен, методы водоподготовки на ТЭЦ, так как вода, охлаждаемая в сухой градирне, должна быть обессолена. Так же применения в зависимости от климатических условий на территории Российской Федерации. Эти вопросы будут исследованы нами в дальнейшем.

Список литературы

1. Коннор Р., Коутс Д., Уленброк С., Конкагюль Э., Всемирный доклад Организации Объединенных Наций о состоянии водных ресурсов / 2018.

2. Астафьева О.Е., Потапова И.Ю., Российское и зарубежное государственное регулирование и стимулирование ресурсосбережения // Интернет - журнал Науковедение 2015. Т. 7 №5.

3. Мильман О., Ананьев А.А., Сухие градирни и воздухо-конденсатные установки (обзор) // Thermal Engineering. 2016. С. 157-167

4. Jensen Ж.-П., Conrad B., Schuetz U., Ульрих F.-R., Ваннинг А., Гибридные сухие охладители в системах охлаждения ускорителей высокоэнергетической физики. Германия

5. Inst USA. Конструкция, спецификация и руководство по проектированию конденсора с воздушным охлаждением. [Электронный ресурс]. URL: https://publicdownload.epri.com (дата обращения 02.12.2018).