Приветствую всех энергетиков и не только! Хочу начать серию публикаций об энергетике, технологиях и практических реализациях инженерной мысли, обо всем том, что открылось мне по-новому после знакомства с энергетикой Китайской Народной республики.

Далеко не секрет, что промышленность Китая не стоит на месте, а планомерно и ударными темпами движется вперед. Развитие экономики страны и рост промышленности в первую очередь заставляет развиваться электроэнергетику. Так как любое промышленное производство невозможно без потребления электроэнергии, то, соответственно, увеличивается и количество вводимых в эксплуатацию тепловых электростанций. Китай давно для себя решил, что экономически выгодно строить энергоблоки большой мощности, преимущественно, более 600 МВт. Оно и понятно, здесь и меньшие удельные капитальные затраты на единицу мощности, да и технико-экономические показатели таких электростанций гораздо лучше, чем для энергоблоков меньшей мощности.

Строящиеся энергоблоки в Китае преимущественно работают на угле. Самый мощный энергоблок, работающий на угле имеет мощность 1000 МВт. Наиболее распространены типовые пылеугольные энергоблоки 660 МВт и 300 МВт.

Технические решения, взятые при проектировании энергоблоков, вобрали в себя все лучшие достижения промышленности. Высокий рост количества электростанций порождает требования к экологии, экономии водных и топливных ресурсов и земельных площадей, занятых под промышленное оборудование. Цикл Ренкина, заложенный в основу производства электроэнергии из пара, да и вообще любой другой цикл обязательно требует отвода отработавшего низкопотенциального тепла. Устройства, предназначенные для отвода тепла отработавшего пара, называются конденсаторами. Конденсационная установка играет огромную роль в экономичности преобразования энергии пара в электроэнергию. От режима работы конденсатора зависит с какой эффективностью единица перегретого пара преобразуется в электроэнергию, а также какое количество электроэнергии получится на выходе.

Система охлаждения конденсатора является одной из самых крупных объектов на электростанции, поэтому при строительстве очень важно выбрать оптимальный вариант системы, выбирая между стоимость эксплуатации, капитальными вложениями и эффективностью паротурбинного цикла.

Рассмотрим какие существую виды систем охлаждения конденсатора

1. Системы водяного охлаждения конденсатора:
   • Оборотная система охлаждения с прудом-охладителем
   • Прямоточная система охлаждения
2. Системы воздушного охлаждения конденсатора
   • Система непосредственного воздушного охлаждения
   • Система косвенного воздушного охлаждения с промежуточным теплоносителем
     • С брызгальным бассейном
     • С градирнями мокрого типа (с принудительной и естественной вентиляцией)
     • С градирнями сухого типа (с принудительной и естественной вентиляцией)
     • С градирнями мокро-сухого типа

Системы оборотного и прямоточного охлаждения (их еще называют системы водоснабжения) нашли широкое применение в России. Основной принцип работы данных систем заключается в том, что охлаждение и конденсация отработавшего пара в них осуществляется в поверхностных конденсаторах путем нагрева циркуляционной воды. Разделение на оборотные и прямоточные системы зависит от типа источника водоснабжения охлаждающей воды. В оборотных системах источником является пруд-охладитель, в прямоточных — русло реки.

Система непосредственного воздушного охлаждения

Итак, представляю систему непосредственного воздушного охлаждения

1. Котел; 2. Пароперегреватель; 3. Турбина; 4. Конденсатор с воздушным охлаждением; 5. Конденсатный насос; 6. Установка тонкой очистки конденсата; 7. Конденсатный насос 2-го подъема; 8. Подогреватель низкого давления (ПНД); 9. Деаэратор; 10. Питательный насос; 11. Подогреватель высокого давления (ПВД); 12. Выхлопной патрубок турбины; 13. Осевой вентилятор охлаждения; 14. Вертикальный электродвигатель; 15. Бак конденсата; 16. Железоотделитель; 17. Генератор

Особенность данной системы является то, что конденсатор турбины вынесен за пределы машинного отделения. Подвод отработавшего пара к конденсатору осуществляется коллектором большого диаметра (одним или двумя), например таким (показан коллектор с нижним распределением потока):

Отработавший пар турбины через выхлопной патрубок и коллектор большого диаметра подается к вынесенному конденсатору с воздушным охлаждением. При помощи осевых вентиляторов поток охлаждающего воздуха охлаждает наружную поверхность конденсатора, отработанный пар конденсируется в воду и под действием силы тяжести собирается в конденсатосборнике, откуда с помощью конденсатных насосов подается обратно в тепловую схему паровой турбины.

Общий вид воздушного конденсатора представлен ниже:

Системы непосредственного воздушного охлаждения получили широкое распространение в Китае для энергоблоков 300, 600, 1000 МВт.

Примеры воплощения в жизнь инженерной мысли

Первое использование в Китае системы воздушного охлаждения выполнено на Улашанской ТЭС во Внутренней Монголии с установкой двух энергоблоков единичной мощностью 300 МВт. Введена в эксплуатацию в 2006-ом году.

Первый энергоблок 600 МВт в КНР — Тунляоская ТЭС мощностью 1×600 МВт (с двумя коллекторами отработавшего пара). Введена в эксплуатацию в июле 2008 г.

Первый в мире крупный энергоблок 1000 МВт с системой непосредственного воздушного охлаждения — Линуйская ТЭС мощностью 2×1000 МВт. Введена в эксплуатацию 28.12.2010г.

Системы косвенного воздушного охлаждения с промежуточным теплоносителем

В данных системах для охлаждения отработавшего пара используется промежуточный теплоноситель. В роли промежуточного теплоносителя может выступать циркуляционная вода или основной конденсат.
В случае использования циркуляционной воды, конструкция конденсатора является традиционной — трубчатый теплообменник поверхностного типа, в котором пар конденсируется на поверхности горизонтальных труб, а выделяемое тепло конденсации пара, путем теплообмена через стенку трубок, передается охлаждающей воде. Принципиальная схема системы косвенного воздушного охлаждения представлена ниже:

При использовании основного конденсата в качестве промежуточного теплоносителя конденсатор турбины имеет конструкцию, аналогичную смешивающему теплообменнику. В данном случае при помощи циркуляционных насосов основной конденсат из специальной емкости непрерывно перекачивается через сухую градирню и подается обратно в конденсатор, где разбивается на мелкие струи, на которых происходит конденсация отработавшего пара и перемешивание образующегося конденсата с охлажденной водой. Принципиальная схема системы охлаждения со смешивающим конденсатором представлена ниже:

Промежуточный теплоноситель в системах косвенного воздушного охлаждения охлаждается преимущественно в градирнях. Башенная градирня представляет собой  конструкцию в виде усеченного конуса большой высоты. Данная конструкция позволяет снизить или вообще исключить необходимость установки вентиляторных установок для принудительной вентиляции воздуха, за счет явления, называемого естественной тягой. Естественная тяга возникает за счет разности давлений между входом и выходом воздуха, которые располагаются на разной высоте. Разность давлений образуется за счет того, что поступающий воздух имеет более холодную температуру, а следовательно и плотность, чем выходящий воздух. Если представить градирню в виде сообщающихся сосудов, на подобии U-образника, в одном колене которого находится холодный наружный воздух, а в другом подогретый воздух внутри градирни и высота равна высоте градирни, то столб холодного воздуха будет тяжелее столба теплого воздуха. За счет вышеуказанной разности весов и образуется естественная тяга.

Градирни в зависимости от способа охлаждения подразделяются:

• Мокрые градирни
• Сухие градирни
• Мокро-сухие комбинированные градирни

Мокрые градирни

Мокрые градирни получили широкое распространение среди энергоблоков в России. Принцип охлаждения заключается в распылении охлаждающей воды, поднятой на определенную высоту и продувкой образующихся струй воздухом. Распыленная вода в конечном итоге собирается в бассейне и подается насосом обратно в конденсатор. Охлаждение воды в мокрых градирнях достигается в основном за счет испарения воды и конвективного теплообмена. Мокрые градирни используются только для охлаждения промежуточного теплоносителя с поверхностным конденсатором турбины. Данное ограничение связано с предельным содержанием кислорода в основном конденсате, которое не должно превышать 20 мкг/л, а так как при обтекании воздухом охлаждающая вода неизбежно насыщается кислородом, да еще и вдобавок пылью из воздуха, то использование контактного смешивающего конденсатора исключено.

Брызгальный бассейн

Брызгальные бассейны, работают по тому же принципу что и градирни. Отличие только в способе подачи воздуха. В данном случае воздух неподвижен или движется с дуновением ветра.

Сухие градирни

Сухие градирни получили свое название за то, что в них не используется прямой контакт охлаждающей воды с воздухом. Таким образом, теплообмен в градирнях такого типа происходит через стенку оребренных труб, внутри которых протекает охлаждаемая среда. Сухие градирни бывают башенной конструкции и W-образной конструкции с принудительной вентиляцией. В роли охлаждаемой среды может выступать как циркуляционная вода систем охлаждения с поверхностным конденсатором, так и основной конденсат в системах со смешивающим конденсатором.

На рисунках ниже показан общий вид сухой градирни с вертикальными охлаждающими элементами в основании башни.