Повышение эффективности работы водоохлаждающего устройства башенного типа в теплый период года для климатических условий Республики Татарстан

АКТУАЛЬНОСТЬ. Актуальность исследования обусловлена возрастающими требованиями к энергоэффективности промышленных предприятий в условиях изменения климата. Башенные градирни являются ключевыми элементами систем оборотного водоснабжения на предприятиях нефтехимической и энергетической отраслей Республики Татарстан. ЦЕЛЬ. Проанализировать современные подходы к повышению эффективности башенных градирен в теплый период года с учетом климатических условий Татарстана, а также исследовать возможность применения системы испарительного охлаждения воздуха перед воздухозаборными окнами башенной градирней тепловой электрической станции. МЕТОДЫ. Для достижения поставленной цели использовался анализ литературных источников и технической документации действующего объекта, термодинамические расчеты тепломассообменных процессов испарительного охлаждения циркуляционной воды и влияние ее температуры на работу паротурбинной установки. РЕЗУЛЬТАТЫ. Внедрение системы предварительного охлаждения наружного воздуха представляет собой технологически обоснованное решение для оптимизации работы градирен в условиях повышенных температурных нагрузок. Данная система обеспечивает термодинамическую стабилизацию процесса теплообмена через снижение температуры поступающего воздушного потока. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Реализация данного инженерного решения обеспечивает устойчивую работу системы охлаждения в широком диапазоне метеорологических условий с сохранением технологических параметров в течение всего года. Внедрение технологии предварительного адиабатического охлаждения воздушного потока способствует значительному повышению энергетической эффективности энергоблока, а именно: прирост мощности турбоустановки: 492 кВт; годовая выработка дополнительной энергии: 1,7 ГВт·ч; экономический эффект: 14,67 млн руб./год; срок окупаемости менее 2 лет.

1. Инвестиционный портал Республики Татарстан. URL: https://invest.tatarstan.ru/ru/about/territory-and-climate/ (дата обращения 09.09.2025)

2. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Математические модели и расчет коэффициентов тепло и массоотдачи в насадках вентиляторных градирен // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90. № 3. С. 678-684.

3. Шишацкий Ю.И. и др. Повышение эффективности работы градирен в водооборотном цикле // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022. Т. 84. № 2. С. 34-38.

4. He W. et al. Optimal thermal management of server cooling system based cooling tower under different ambient temperatures // Applied Thermal Engineering. 2022. V. 207. P. 118176.

5. Pandelidis D. et al. Comparative analysis between traditional and M-Cycle based cooling tower // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. V. 159. P. 120124.

6. Balzamov D.S., Sabitov L.S., Balzamova E.Yu., Timershin B.F. Evaluation of the applicability of pre-evaporative cooling of air in front of the cooling tower in the conditions of the third climatic zone of the Russian Federation // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. and Eng. 2018. Vol. 412.

7. Ежов В.С., Захаров А.Е. Инновационный вариант повышения эффективности вентиляторных градирен // Будущее науки-2020. 2020. С. 215-219.

8. Balzamov D.S., Timershin B.F. Overview of advanced technologies for generating companies // Modern Science. – 2017. – № 2. – P. 26–29.

9. Лаптева Е. А. [и др.] Показатели энергоэффективности градирен // Надежность и безопасность энергетики. 2018. Т. 11. №3. С. 217–221.

10. Xiong, Y., Li, M., Wang, J. Experimental study on the thermal performance of a cross flow cooling tower with different packing configurations // Applied Thermal Engineering. – 2015. – Vol. 87. – P. 10-18.

11. Патент РФ № RU2752683C1. Всепогодная башенная градирня. Заявитель: Попов А.И., Щеклеин С.Е. Опубл. 29.07.2021. Бюл. №22

12. Патент РФ № RU193374U1. Башенная градирня. Заявитель: Давлетшин Ф.М.; Опубл. 28.10.2019. Бюл. № 31.

13. Хайбуллина А.И., Хайруллин А.Р., Сафиуллина Н.И. [и др.]. Экспериментальное исследование теплообмена в пучке труб при пульсациях потока // Инженерный вестник Дона, 2018. № 11(83). С. 125-131.

14. Бальзамов Д. С., Зиганшина А.Р. Повышение эффективности работы теплоисточников // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи : материалы IV российской молодежной научной школы-конференции: в 2 томах, Томск, 01–03 ноября 2016 года / Томский политехнический университет. Том 2. – Томск: ООО «ЦРУ», 2016. – С. 36-38.

15. Ядутов, В.В., Петров Т.И., Зацаринная Ю.Н. Воздействие ТЭС на окружающую среду // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. №19. С. 78-79.

16. Бальзамов Д. С., Тимершин Б.Ф. Анализ целесообразности применения системы испарительного охлаждения воздуха перед градирней в условиях климатической зоны республики Татарстан // Энергетика и энергосбережение: теория и практика : материалы III Всероссийской научно-практической конференции, Кемерово, 13–15 декабря 2017 года. – Кемерово: Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева, 2017. – С. 107.

17. Бальзамов Д.С., Конахина И.А. Система энерготехнологического комбинирования высокотемпературного участка дегидрирования изоамиленов в изопрен // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2010. №1 (4). С. 16-25.

18. Хайбуллина А.И., Зиннатуллин Н.Х., Ильин В.К. Повышение эффективности работы теплообменного оборудования использованием пульсационных методов очистки // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 1. С. 59-67.

19. Lemouari, M., Boumaza, M. Experimental analysis of the thermal performance of a cooling tower // Energy Conversion and Management. – 2010. – Vol. 51. – P. 2418-2424.

20. Sun, X., Zhang, B., Liu, X. Environmental impact analysis of cooling towers // Journal of Cleaner Production. – 2019. – Vol. 237. – P. 117-125.

21. Kelly, N.W. The Cooling Tower: Principles and Practice. – 3rd ed. – Brick Tower Press, 2009. – 352 p.

22. Heidarinejad, G., Karami, M., Delfani, S. Performance analysis of a hybrid wet and dry cooling system // Energy and Buildings. – 2015. – Vol. 108. – P. 49-58.

23. Local Heat Transfer Dynamics in the In-Line Tube Bundle under Asymmetrical Pulsating Flow / A. Haibullina, A. Khairullin, D. Balzamov [et al.] // Energies. – 2022. – Vol. 15, No. 15. – P. 5571.