Раздел 4. ОБОРОТНАЯ СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Оборотные системы водоснабжения применяют, когда в районе строительства промышленного предприятия 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, 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 источнику водоснабжения.

В оборотной системе вода, нагретая в конденсаторах турбин и в других теплообменниках, используется повторно после ее охлаждения в охладительных устройствах. Охлаждение воды может осуществляться в естественных и искусственных водохранилищах, в градирнях и брызгальных бассейнах.

В России примерно 1/3 всей установленной мощности тепловых электростанций работает на хранилищах-охладителях. Что касается промышленных тепловых электростанций, то около 60% установленной мощности их работает на оборотном водоснабжении, причем в качестве охладителей наибольшее распространение получили градирни.

Особенностями работы оборотной системы водоснабжения по сравнению с прямоточной являются:

1) более высокая температура охлаждающей воды, вследствие чего вакуум в конденсаторах турбин на 2 – 3% ниже, чем при прямоточном водоснабжении, во все времена года;

2) зависимость работы большинства охладительных устройств от метеорологических условий (температура и относительная влажность воздуха, скорость и направление ветра);

3) необходимость восполнения потерь воды в охладительных устройствах.

Потери воды в оборотной системе вызываются испарением нагретой воды, механическим уносом (особенно в брызгальных бассейнах и открытых градирнях), фильтрацией воды в грунт и через плотину (при искусственных водохранилищах-охладителях), продувкой охладительных устройств (для поддержания карбонатной жесткости циркуляционной воды в допустимых пределах).

Количество воды, испаряющейся в брызгальных бассейнах и градирнях, примерно равно расходу пара в конденсаторе, так как при установившемся тепловом равновесии теплота конденсации пара в конденсаторе должна быть равна теплоте испарения воды в охладителе.

Охлаждение циркуляционной воды в градирнях и брызгальных бассейнах происходит в основном за счет ее испарения. При относительной влажности воздуха менее 100% теоретически можно охладить воду в охладителе до температуры мокрого термометра. При относительной влажности воздуха равной 100%, т. е. при достижении насыщения воздуха водяными парами (t м = t сух), охладить воду даже теоретически можно лишь до температуры окружающего воздуха.

В действительности температура охлаждающей воды всегда выше теоретического предела охлаждения на некоторую величину µ, °С, называемую пределом охлаждения и зависящую от типа и условий работы охладительного устройства.

 

4.1. Водохранилища – охладители

Искусственные водохранилища-охладители создаются путем устройства плотины на реке, дебит которой недостаточен для использования ее в качестве источника прямоточного водоснабжения. Глубина водохранилищ-охладителей при летних уровнях воды принимается не менее 3,5м на 80% площади зоны циркуляции водохранилища.

Охлаждение воды в водохранилищах происходит как за счет испарения части циркуляционной воды, так и за счет конвективного теплообмена нагретой воды с воздухом и перемешивания нагретой воды с поступающей в водохранилище холодной водой из природных источников. Соотношения между количествами теплоты, отданными водой в водохранилище испарением и конвенцией, существенно изменяются от времени года. Зимой преобладающим является конвективный теплообмен, летом – испарительное охлаждение.

Восполнение потерь воды в водохранилищах-охладителях может осуществляться либо за счет непрерывного притока воды впадающих в водохранилище ручьев и рек, либо путем накопления запаса воды в них в период весенних паводков.

Схема снабжения конденсаторов водой при водохранилищном охлаждении в основном аналогична прямоточной (рис. 2.5). Насосы могут устанавливаться как на берегу водохранилища, так и непосредственно в турбинном цехе станции.

В связи с тем, что в водохранилищах-охладителях циркулирует одна и та же вода (если пренебречь притоком свежей воды), помимо механической очистки воды перед насосами часто необходимо осуществлять специальную ее обработку, особенно в весенне-летние периоды для предотвращения обрастания конденсаторных трубок микроорганизмами.

Необходимым условием работы водохранилищ-охладителей, как и других охладительных устройств при оборотной системе водоснабжения, является равновесие между количеством теплоты, воспринятой водой в конденсаторе и отданной водой окружающей среде в охладителе. Выражением этого условия является равенство:

 

Δ t к = Δ t охл, (4.1)

 

где Δ t к – нагрев воды в конденсаторе, °С; Δ t охл – охлаждение воды в водохранилище (зона охлаждения), °С.

В результате слива нагретой воды в водохранилище-охладитель температура воды в нем повышается по сравнению с температурой воды в естественном (первоначальном) состоянии. Превышение температуры охлажденной воды в водохранилище над температурой ее в первоначальном состоянии называют величиной недоохлаждения.

Чем меньше величина недоохлаждения, тем ниже температура воды, поступающей в конденсатор, тем глубже вакуум в конденсаторе. Величина недоохлаждения является своего рода характеристикой водохранилища как охладительного устройства и зависит от его емкости, площади зеркала испарения, очертания берегов и других факторов.

В теплообмене участвует только часть поверхности водохранилища, так называемая активная поверхность, в которой струи воды движутся параллельно от места сброса к месту забора воды.

Для увеличения активной поверхности естественных и искусственных водохранилищ-охладителей устраиваются специальные струенаправляющие насыпные дамбы или шпунтовые ряды (рис.2.5).

 

Рис. 4.1. Схема прудового водоснабжения с сифонным устройством:

1 – направляющая дамба; 2 – водоприемники; 3 – перепускной канал; 4 – приемные самотечные каналы; 5 – переключательный колодец; 6 – сливные (сифонные) колодцы; 7 – циркуляционные насосы; 8 – приемные колодцы; 9 – конденсаторы; 10 – сливной канал.

 

Расчет водохранилищ-охладителей заключается в определении необходимой полной площади поверхности или удельной площади поверхности водохранилища-охладителя, расхода воды в сутки или в час при заданных условиях работы станции (при заданной температуре воды на входе в конденсатор).

Аналитический расчет водохранилищ-охладителей из-за множества факторов, которые оказывают влияние на их работу и учесть которые не всегда возможно, представляет собой весьма сложную задачу.

Ориентировочно необходимую площадь поверхности водохранилища-охладителя можно оценить по формуле

 

F = (7 … 10) N к, (4.2)

 

где N к – полная конденсационная мощность станции при летнем режиме работы, кВт.