ВОЗДУШНО-ОХЛАДИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ
CIRCULATING WATER COOLING PLANT

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в энергетических установках с целью улучшения их экономических и экологических показателей.
Известно, что для охлаждения и конденсации пара в конденсаторах паровых турбин на АЭС и ТЭС используется замкнутая система охлаждения с ограниченным количеством «оборотной» воды. Ограниченное количество воды в системе охлаждения приводит к повышению температура, что ухудшает эффективность охлаждения конденсатора и, как следствие, к снижению КПД энергетической установки. Для охлаждения воды в системе циркуляции традиционно используют «башенные охладители» (градирни), где охлаждение воды происходит встречным потоком воздуха за счет естественной тяги или с помощью вентиляторов /Краткий политехнический словарь. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М. 1955/.
По механизму охлаждения воды градирни разделяют на: «мокрые», в которых охлаждение воды происходит за счет испарения при контакте с встречным потоком воздуха, и «сухие», в которых охлаждение воды происходит за счет контакта с охлаждающим воздухом через стенку теплообменника. Охлаждение воды в «мокрых» градирнях приводит к безвозвратным потерям воды на испарение и требует постоянного пополнения ее из естественных источников при соответствующих затратах энергии. Согласно элементарным расчетам для охлаждения на 6°С необходимо испарить 1% охлаждаемой воды. Кроме того, установлено, что наличие «парникового эффекта» в среднем на 78% определяется содержанием в атмосфере водяного пара и только на 22% углекислого газа /АЭС виновны в парниковом эффекте. Независимая газета. 08.04.2008/. Поэтому актуальным становится вопрос о принятии дополнительных мер по более эффективному и экологически чистому использованию существующих охлаждающих устройств или применению иных способов охлаждения циркуляционной воды.
В связи с этим признано более целесообразным применение сухих градирен, где испарение воды в атмосферу практически исключается, что снимает все замечания по воздействию АЭС, ТЭС, ТЭЦ и др. на окружающую среду. Предполагается, что к 2020 году на всех строящихся АЭС произойдет переход на воздушное охлаждение. Могут применяться также и «сухие» конденсаторы, в которых отработанный пар в турбине конденсируется в воздушных теплообменниках без применения промежуточного теплоносителя /В.Болдырев. «Сухие» градирни на тепловых и атомных электростанциях как средство снижения антропогенных выбросов. «Промышленные ведомости» №3-4, март, апрель 2008/.
Известна воздушно-конденсационная установка для конденсации отработавшего в паровой турбине пара Сочинской ТЭС, принятая в данном случае за прототип и представляющая собой непрямую систему «сухого» охлаждения. Она работает в комплексе с поверхностным конденсатором (КП-1200), в котором пар конденсируется на трубках, охлаждаемых циркуляционной водой, возвращающейся из «сухой» градирни. Нагретая в конденсаторе вода подается насосами в «сухую» градирню и охлаждается в оребренных трубах воздушных теплообменников прогоняемым через теплообменники воздухом. Воздух «просасывается» через теплообменники в каждой секции одним осевым вентилятором, расположенным в верхней части «градирни».
Недостатком данного устройства является то, что нижний предел температуры охлаждающего воздуха зависит от многих факторов, таких, например, как: атмосферные условия, времена года, время суток и т.д. Все это напрямую оказывает влияние на интенсивность охлаждения оборотной воды и, в конечном итоге, на вакуум в конденсаторе и к.п.д. энергоустановки, а также значительно снижает среднегодовую выработку электрической энергии энергоустановкой.
Решаемая задача - создание воздушно-конденсационной установки для конденсации отработавшего в паровой турбине пара, лишенной указанного недостатка.
Технический результат предлагаемой воздушно-конденсационной установки заключается в повышении эффективности работы воздушного теплообменника, т.н. «сухой градирни», за счет снижения температуры воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины, и снятия зависимости охлаждения циркуляционной воды от внешних условий.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предлагается воздушно-охладительная установка для охлаждения оборотной воды, включающая сухой конденсатор или сухую градирню, компрессор, трубу Ранка-Хильша с входным тангенциальным, центральным выходным и периферийным выходным патрубками и газовую турбину, установленную на одном валу с электрогенератором. Причем входной патрубок трубы Ранка-Хильша соединен с выходом компрессора, центральный выходной патрубок трубы Ранка-Хильша соединен с входом в сухой конденсатор или с входом в сухую градирню, а периферийный выходной патрубок трубы Ранка-Хильша соединен с входом в газовую турбину.
Дополнительно предлагается на линии, соединяющей периферийный выходной патрубок трубы Ранка-Хильша с газовой турбиной, установить камеру сгорания, соединенную с топливным насосом.
Включение в технологическую схему компрессора, трубы Ранка-Хильша и газовой турбины с электрогенератором позволяет понизить температуру охлаждающей циркуляционной воды и тем самым повысить среднегодовую выработку электрической энергии энергоустановкой в целом, а также снять вопросы экологиии и частично скомпенсировать затраты электроэнергии на охлаждение циркуляционной воды.
На прилагаемом чертеже представлена схема заявляемой установки, где 1 - сухая градирня, 2 - компрессор, 3 - труба Ранка-Хильша с входным тангенциальным 4, центральным выходным 5 и периферийным выходным 6 патрубками, 7 - газовая турбина, установленная на одном валу с электрогенератором 8, 9 - линия, соединяющая периферийный выходной патрубок трубы Ранка-Хильша с газовой турбиной, 10 - камера сгорания, 11 - топливный насос.
Установка работает следующим образом. Воздух с помощью компрессора 2 предварительно поступает в трубу Ранка-Хильша 3, где он разделяется на два потока: горячий и холодный. Холодный поток воздуха (около 25-30% от общего количества), поступающего от компрессора 8, подается на охлаждение воды и проходит через теплообменник, расположенный в «сухой» градирне 1, а затем удаляется в атмосферу. Горячий поток (70-75%) поступает на лопатки газовой турбины 7, на валу которой расположен электрогенератор 8. Получаемый от электрогенератора ток преобразуется с помощью преобразователя или трансформатора и направляется в сеть. Работа камеры сгорания 10, в которую с помощью топливного насоса 11 подается жидкое или газообразное топливо, позволяет поднять КПД газовой турбины 7, поскольку работа топливного насоса 11 синхронизируется с вращением вала газовой турбины 7. Данная установка может работать непрерывно или включаться в работу периодически, по необходимости, что делает предлагаемое устройство экономически оправданным.