Ядрени технологии
10.4. Основните видове охладителни устройства за циркулационни водоснабдителни системи
За циркулиращо водоснабдяване се използват само двупосочни кондензатори. Циркулационните помпи по правило се монтират в отделно помпено помещение, но е възможно и в машинното отделение в близост до кондензаторите на турбината.
От устройствата, използвани в техническите охладителни системи, трябва да се посочат преди всичко изкуствените езера - охладители. Тези устройства са най-прости и освен това дават най-дълбоко охлаждане, осигуряват най-дълбок вакуум и следователно най-висока икономия. Те обаче са неблагоприятни, тъй като за изграждането им се отчуждават значителни парцели. В допълнение, те са напълно неподходящи за използване в топлоелектрически централи, които обикновено се намират в града или в близост до града.
За атомните електроцентрали преди това се използваха и охладителни басейни и това беше направено главно по настояване на турбинните централи в името на постигането на най-висока ефективност. Опитът от атомната електроцентрала в Чернобил насърчава общото отхвърляне на използването на охладителни басейни за атомни електроцентрали. Трябва да се счита за задължително за АЕЦ всички съоръжения, включително охладителните устройства, да бъдат разположени на територията на промишлената площадка на АЕЦ. Известно е, че за Чернобилската атомна електроцентрала е изграден охладителен басейн с площ 25 квадратни километра и дълбочина 4 метра. Разбира се, такова огромно езерце може да бъде разположено само извън индустриалната зона на Чернобил. В резултат на аварията в четвърти блок на тази атомна електроцентрала в охладителния басейн беше внесена значителна радиоактивност, а дезактивацията на охладителния басейн още дори не е започнала. Съществува реална опасност от проникване през, разбира се, не съвсем плътни стени и дъното на езерото, тази радиоактивност в подпочвените води сподходящо разпространение в целия регион. Всичко това означава, че е недопустимо използването на охладителни басейни за атомни електроцентрали. Сред другите устройства за техническо водоснабдяване е възможно използването на бризгални басейни и охладителни кули в атомните електроцентрали.
Разпръскващите басейни осигуряват по-дълбоко охлаждане от охладителните кули. Това са изкуствени басейни, над които се подава вода през трионни дюзи за охлаждане. Повърхността на контакт с въздуха е значително развита, тъй като е равна на общата повърхност на малките капки. В резултат на това се увеличава интензивността на изпарителното охлаждане.
Дизайнът на дюзите, използвани за рязане на вода, е разнообразен. Основните изисквания към тях са по-фино разпръскване с по-малко налягане, както и по-голяма производителност, простота и незапушване. Разрезът на бризгалния басейн е показан на фиг. 10.5. Дълбочината на басейна трябва да бъде най-малко 1,5 м, така че водата да не се нагрява от слънцето. За намаляване на вятъра
1 - стоманени носещи конструкции; 2 - разпределителна тръба; 3 - дюзи; 4 - ролкови лагери; 5 - нормално ниво на водата
разстоянието от крайните дюзи до страната на басейна е най-малко 7 м. Басейните са разделени на части за по-лесно почистване и ремонт. Над тях е положена мрежа от разпределителни тръби, върху които са равномерно разпределени групи от вертикални дюзи, пръскащи вода, подадена към тях от циркулационни помпи. Височината на дюзите над нивото на водата в басейна трябва да бъде най-малко 1,5 м. За достъп на въздух до всички дюзи се приема, че ширината на басейна е 50 - 55 m.
Охлаждащият ефект в спрей басейните се увеличава с по-фино разпръскване. Това обаче се увеличаваконсумация на енергия за създаване на повече налягане пред дюзите. Интензивността на охлаждане се увеличава с увеличаване на скоростта на вятъра, но в същото време се увеличава загубата на вода с увличането на капчици. По време на експлоатацията на бризгалните басейни е възможно образуването на мъгла, което може да доведе до заледяване на близките конструкции през зимата, което трябва да се вземе предвид при разработването на генералния план на станцията (виж Глава 11). Дюзите се монтират една по една или в групи от до пет броя всяка с разстояние между тях в рамките на 3-7 m.
Бризгалните басейни заемат малки площи, 30-40 пъти по-малки от охладителните басейни. В атомните електроцентрали
обикновено се използват за охлаждане на водата на междинните контури на реакторната зала и водата на системите за аварийно охлаждане на активната зона (виж фиг. 7.11).
Водата за охлаждане се черпи от басейна. За да се поддържа качеството на водата на приемливо ниво, част от водата се изчиства и загубата й в резултат на изпарение се попълва. По гравитационни, но задължително затворени канали водата постъпва в помпите, монтирани в обшивката на херметичната обвивка на реактора (за АЕЦ с ВВЕР-1000).
Изпускателните тръбопроводи от кондензаторите са напорни тръби: тяхната якост трябва да бъде изчислена за налягането, необходимо за създаване на налягане пред дюзите и преодоляване на съпротивлението по пътя от кондензатора до дюзите.
Най-малките площи са необходими за разполагане на охладителни кули. Изграждането им обикновено е най-скъпото решение, но загубата на вода при тях е значително по-малка, отколкото при бризгалните басейни. Има следните видове охладителни кули: отворени, при които разпределителната система е разположена на открито, и затворени, при които разпределителната уредба е затворена от кула (охладителни кули). За атомните електроцентрали се използват само охладителни кули с кули, обикновено тип противопоток - движение на въздуханагоре поради разликата в плътността между нагрятия въздух вътре в кулата и студения въздух извън нея и движението на охладената вода надолу.
Системата за циркулационно водоснабдяване, използваща охладителни кули, е показана на фиг. 10.6. Основната посока в развитието на охладителните кули е увеличаването на техния единичен капацитет, което се постига чрез увеличаване на височината на кулата и напоителната площ и чрез подобряване на организацията на процесите на топло- и масообмен в охладителната кула. В резултат на това се увеличава специфичното хидравлично натоварване.
Изпускателната кула може да бъде изработена от метал с алуминиева обвивка или стоманобетон. На фиг. 10.7 показва хиперболична стоманобетонна охладителна кула. При максимална височина от 150 m диаметрите му са 126 m в основата, 66 m в горната част и 63 m в най-тясната част (на кота 128 m).
Въздухът навлиза в дъното на охладителната кула през 12 м високи "прозорци", разположени по цялата обиколка
1 - охладителна кула; 2 - изход на нагрят влажен въздух; 3 - вход за студен въздух; 4 - циркулационна помпа; 5 - кондензатор
1 - захранващи тръбопроводи; 2 - дренажен басейн; 3 - въздуховодни щитове; 4 - щитове на напоителното устройство от филмов тип; 5 - водоотделител; 6 - водоразпределителни тръбопроводи с пръскащи дюзи; 7 - изпускателна стоманобетонна кула; 8 - защита от светлина; 9 - спринклерна рамка; 10 - изходни тръби
кули. Скоростта на въздуха в кулата: на изхода от нея - 1,0 - 1,3 m / s, а на нивополивно устройство - 0,8 - 1,0 m / s.
Устройството за напояване с височина 2,5 m е пакет от азбестоциментови листове с размери 2,5 × 1,5 m, дебелина 6 mm, разположени на разстояние между листовете 25 mm. С височина на листа от 1,25 м, те се монтират на две нива.
Водоразпределителната система се състои от азбестоциментови тръби с диаметър 400 mm с полиетиленови дюзи, разположени върху тях, насочени нагоре, с разстояние между дюзите 0,8 - 1,0 м. Разстоянието между разпределителните тръби е 1,2 - 1,5 м. Охладената вода под формата на тънки филми тече надолу по щитовете. Следователно този тип напоително устройство и съответно цялата охладителна кула се нарича филм. Такива охладителни кули са по-ефективни от използваните по-рано капкови, където напоителното устройство е направено под формата на елементи, които осигуряват раздробяването на водата на капки.
Дренажният басейн е открит резервоар с височина 2,5 m с подземно погребение и преход към водопроводния канал към циркулационната помпа. Над водоразпределителната система е монтиран жалузиен влагоуловител.
За да се поддържа качеството на водата на необходимото ниво, прочистването се извършва в размер на 5–6% от обема на цялата система, показана на фиг. 10.6. Загубата на вода поради нейното изпаряване чрез издухване се попълва чрез водоснабдяване. Охладителната кула е свързана с машинното отделение чрез тръбопроводи под налягане и затворени гравитационни канали за водоснабдяване. При инсталиране на повече от една охладителна кула се предвиждат джъмпери между тях и преходен кладенец за ремонт на една от охладителните кули. Всяка охладителна кула също има опция за изключване на една от половините си за ремонт.
В сравнение с бризгалните езера, охладителните кули осигуряват по-висока производителност, като развиват повече контактна повърхност вода-въздух.
Ако общият ефект на вятъра върху работата на бризгалните басейни е положителен (подобрение), тогава за охладителната кула, напротив, колкото по-голяма е скоростта на вятъра, толкова по-лошо е охлаждането. Предполага се, че това се дължи на намаляване на въздушния поток към върха на кулата, намаляване на нейното течение и увеличаване на съпротивлението при изхода на въздуха от охладителната кула.
Въздушният поток през охладителната кула, който на практика определя нейния специфичен и общ товар, зависи от естествената тяга, развивана от кулата, и обикновено е равен на 2–3 mm воден слой. Изкуство. Желанието да се увеличи консумацията на въздух доведе до създаването на вентилаторна охладителна кула, тягата в която поради работата на вентилаторите достига 15 mm воден стълб. Производителността на такива охладителни кули е много по-добра, но потреблението на електроенергия за собствени нужди се увеличава, така че те не са намерили разпределение и да се увеличават
капацитет на охладителната кула, в ход са търсения за по-ефективни форми на изпускателна кула с естествена тяга.
Специфичното хидравлично натоварване [m 3 /(m 2 h)] в зависимост от вида на охладителя е представено по-долу:
Недостатъците на охладителните кули са високата цена, сложността на дизайна им, значителната цена на материалите и необходимостта от използване на висококвалифицирана работна ръка за строителство и ремонт. Въпреки това, за атомните електроцентрали, за да се поберат охладителите на циркулационни системи, изграждането на охладителни кули е неизбежно, тъй като само охладителни кули могат да бъдат поставени на промишлената площадка на атомна електроцентрала.
От горните показатели се вижда, че преходът от охладителни басейни към охладителни кули увеличава специфичното натоварване с коефициент 200–300 и съответно намалява необходимата площ.
С охладителни кули и бризгални басейни, дълбочината на вакуума при
3% по-лошо, отколкото при водоснабдяването на езерото, следователно през горещите периоди на годината мощността на турбината често е ограничена. Консумацияима и повече електроенергия за собствените нужди на циркулационната централа с охладителни кули и бризгални басейни, тъй като необходимата височина на повдигане на циркулационните помпи е 18–20 m, докато за охладителните басейни е 8–12 m.
Охладителните кули, които работят заедно със смесителни кондензатори, стоят малко отделно (вижте Фигура 10.8). В този случай кондензатът циркулира през охладителната верига. Парата след турбината се кондензира чрез смесване със студен кондензат, идващ от охладителната кула и го нагрява. Количеството кондензат Dk, равно на дебита на жива пара, се отстранява от кондензатора към системата за регенерация на станцията. Останалата (голяма) част от кондензата, равна на mDk (m е коефициентът на охлаждане), ще се подава от циркулационната помпа към охладителната кула за охлаждане. Дизайнът на охладителната кула е набор от радиатори, измити с вода отвътре и
1 - пара от турбината; 2 - връщане на охладен кондензат; 3 - "суха" (радиаторна) охладителна кула; 4 - циркулационна помпа на кондензатора; 5 - оттичане на кондензат към регенеративната система; 6 - смесителен тип кондензатор
отвън е въздух. За да се намали топлообменната повърхност, радиаторите са изработени от алуминиеви сплави с висока топлопроводимост. Предимствата на такива охладителни кули са практически липсата на загуби на вода и предварителното производство на секциите, което улеснява и ускорява монтажа на такава охладителна кула.
Размерите и цената на такива охладителни кули са не по-малки от конвенционалните, а вакуумът е по-лош. Поради това те са за предпочитане в безводни райони, където проблемите с попълването на вода са от първостепенно значение.
Експлоатацията на Билибинската АЕЦ напълно потвърди това, както и предимствата на безсмукателния режимкондензатори.