Тепловые и аэродинамические характеристики воздушно-конденсационной установки в составе паротурбинного энергоблока

   ЦЕЛЬ. Рассмотреть возможность применения воздушного конденсатора как альтернативный вариант использования в системах технического водоснабжения на электростанции в связи с возросшим потреблением воды тепловыми электрическими станциями и как следствие увеличением экологических проблем как в странах с ограниченным количеством источников водоснабжения, так и в странах, которые располагают достаточными запасами пресной воды. Представить методику расчета основных характеристик конденсатора (конденсаторных и дефлегматорных секций), оценить аэродинамические сопротивления и мощность вентилятора для конденсатора с воздушным охлаждением в составе паротурбинного энергоблока. Выявить влияние температуры воздуха и давления в конденсаторе на расчет воздушного конденсатора. Разработать рекомендации по выбору параметров воздушных конденсаторов, работающих в составе паротурбинных энергоблоков.

   МЕТОДЫ. При расчете воздушно-конденсаторной установки использованы методы проектирования теплообменных аппаратов, моделирования и интенсификации теплообменных процессов.

   РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработана методика расчета конденсаторной установки с воздушным охлаждением для конденсационной турбины мощностью 110 МВт. Приведен анализ расчетов коэффициента теплопередачи, теплообменной площади поверхности конденсаторной установки в зависимости от давления пара в конденсаторе. Сформулированы рекомендации для выбора мощности вентилятора в конденсаторной установке и расчётной температуры воздуха охлаждающего.

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Вопрос применения аппаратов воздушного охлаждения в энергетике пока мало освещен в литературе, однако экологические проблемы и нехватка пресной воды становятся все более актуальными по всему миру. Развитие систем воздушного охлаждения весьма значимый вопрос для современной энергетики. В статье показано, что для конденсации водяного пара в стационарных установках теплообменных секций их более выгодно располагать в шатровой компоновке и при этом расположением вентиляторов должно быть нижним. Даны количественные оценки изменения коэффициента теплопередачи и площади теплообменной поверхности для диапазона давлений 8…20 кПа. Потребляемая мощность вентилятора существенно зависит от температуры охлаждающего воздуха и вакуума в конденсаторе.

1. Хассан Т., Дыганова Р. Я. Инженерные решения по снижению воздействия тепловых сбросов энерготехнологических установок на качество вод водоемов-охладителей // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫЭНЕРГЕТИКИ. 2010. № 5-6. С. 105-110.

2. Ларионов В.Г., Шереметьева Е.Н. Современное состояние мировых водных ресурсов и основные направления по увеличению их доступности // Известия Иркутской государственной экономической академии. 2015. Т. 25. № 4. С. 590–596. URL: https://scholar.google.ru/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=DEBHfLEAAAAJ&citation_for_view=DEBHfLEAAAAJ:ULOm3_A8WrAC.

3. Дмитриева К.В., Дмитриева О.С. Повышение эффективности теплоэнергетических процессов при использовании воздушных конденсаторов // Вестник технологического университета. 2014. Т. 17. № 11. С. 103 – 105.

4. Гомборагчаа Н., Аронсон К.Э. Применение воздушных конденсационных установок на паровых турбинах ТЭС // Третья научно-техническая конференция молодых ученых Уральского энергетического института УРФУ. Екатеринбург: УрФУ, 2018. С. 98 – 101.

5. Федоров В.А., Мильман О.О. Конденсаторы паротурбинных установок. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. 560 с.

6. Dry cooling systems. SPX Corporation. 2014. Доступно по: https://cdn.thomasnet.com/ccp/30728866/186111.pdf. Ссылка активна на 05. 05. 2023.

7. Chen L., Yang L., Du X., et al. Novel air-cooled condenser with V-frame cells and induced axial flow fans // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. N 117. pp. 167–182. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.09.139.

8. Kong Y., Wang W., Huang X. et al. Annularly arranged air-cooled condenser to improve cooling efficiency of natural draft direct dry cooling system // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. N 118. pp. 587 – 601. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.031.

9. Marincowitz F.S., Owen M.T.F., Muiyser J. Multi-objective optimisation for wind resistant air-cooled condenser operation // Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 218. 119382. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119382.

10. Marincowitz F., Owen M., Muiyser J., et al. Uniformity index as a universal air-cooled condenser fan performance metric // International Journal of Turbomachinery. Propulsion and Power. 2022. Vol. 7, N 4. p. 35. doi: 10.3390/ijtpp7040035.

11. Du Plessis J., Owen M. Techno-economic analysis of hybrid ACC performance under different meteorological conditions // Energy. 2022. Vol. 255, N 1. 124494. doi: 10.1016/j.energy.2022.124494.

12. Du Plessis J., Owen M. A single-stage hybrid (dry/wet) dephlegmator for application in air-cooled steam condensers: Performance analysis and implications // Thermal Science and Engineering Progress. 2021. Vol. 26, N 1. 101108. doi: 10.1016/j.tsep.2021.101108.

13. Филимонов В.А., Шаломов В.И. Воздушно-конденсационные установки как эффективное средство обеспечения тепловой экономичности и экологической безопасности строящейся Советско-Гаванской ТЭЦ // ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ ВЕСНА – 2018. Материалы 16-й Международной научно-практической конференции по проблемам экологии и безопасности; 27 апреля 2018 г., Комсомольск-на-Амуре. КСЛ.: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, 2018. C. 167-170.

14. Фёдоров В.А., Мильман О.О., Ананьев П.А. и др. Результаты экспериментально-расчетных исследований воздушного потока в цирктрассах воздушных конденсаторов паротурбинных установок // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия машиностроение. 2015. № 5. С. 87-105.

15. Фёдоров В.А., Мильман О.О., Кирюхин А.В. и др. Разработка, изготовление и испытание типовой натурной секции высокоэффективного воздушного конденсатора // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2015. № 6. С.102-112.

16. Owen M., Kröger D.G. A numerical investigation of vapor flow in large air-cooled condensers // Applied Thermal Engineering. 2017. N 127. pp. 157–164. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2017.08.026.

17. Huang X., Chen L., Kong Y., et al. Effects of geometric structures of air deflectors on thermo-flow performances of air-cooled condenser // International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018. N 118. pp. 1022 – 1039. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.071.

18. Данильчик Е.С., Сухоцкий А.Б., Кунтыш В.Б. Экспериментальные исследования эффективности однорядного пучка из биметаллических оребренных труб с различной высотой оребрения при свободно-конвективном теплообмене с воздухом // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. Т. 22. № 5. С.128-141. doi: 10.30724/1998-9903-2020-22-5-128-141.

19. Боруш О.В., Синельников Д.С., Григорьева О.К. и др. Оценка влияния параметров пара в воздушном конденсаторе на эффективность турбогенератора // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. Т. 68, № 3. Новосибирск: изд-во НГТУ, 2017. С. 49 – 61.

20. Rylskiy A, Borush O, Peterson G. The analysis of an air condenser’s performance in Russia's high northern climate // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 792. pp. 393–400. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.792.393

21. Tsibulskiy S., Galashov N., Mel’nikov D. et al. Improvement air condensers evaluation model. MATEC Web of Conferences: 2018 Heat and mass transfer in the thermal control system of technical and technological energy equipment, HMTTSC 2018;24-26 Apr 2018; Tomsk, Russia. France: EDP Sciences; 2018. Art. 01017. doi: 10.1051/matecconf/201819401017.

22. Жинов А.А., Шевелев Д.В., Ананьев П.А. Моделирование потерь давления воздуха в оребренном трубном пучке воздушного конденсатора // Наука и образование : научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2013. № 3. С. 105-116.

23. Мильман О.О., Кондратьев А.В., Птахин А.В. и др. Экспериментальные исследования распределения потоков воздуха в воздушных конденсаторах пара // Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 77-85. doi: 10.1134/S004060151912005X.

24. Бродов Ю.М., Аронсон К.Э., Рябчиков А.Ю. и др. Повышение эффективности теплообменных аппаратов паротурбинных установок за счет применения профильных витых трубок // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2016. № 7-8. С. 72-78.

25. Сухоцкий А. Б., Сидорик Г. С. Исследование смешанноконвективной теплоотдачи однорядных воздухоохлаждаемых теплообменников при различных поперечных шагах установки труб // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2017. Т. 19. № 11-12. С. 3-11.

26. Гильфанов К.Х., Шакиров Р.А., Гайнуллин Р.Н. и др. Способ интенсификации теплообмена на основе интеллектуального управления режимными характеристиками теплообменного оборудования // Вестник КГЭУ. 2022. Т. 14. № 4(56). С. 91-102.