Авторизация
Авторизируйтесь
X
  • Логин*
  • Пароль *
или зарегистрируйтесь
Регистрация
X
  • Логин
    (3-15 символов)*
  • Пароль
    (6-15 символов)
    *
  • Подтвердите пароль *
Сообщение администратору
X
 
>>

Повышение эффективности парогазовых установок при использовании воздушных конденсаторов (на примере Иордании)

Абу-Рахма Тайсир Мохаммед Сулейман

Повышение эффективности парогазовых установок при использовании воздушных конденсаторов (на примере Иордании)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт- Петербург 2007

Диссертация | 2007 | Россия | docx/pdf | 12.95 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Специальность: 05.14.14 Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты.
Актуальность работы
В настоящее время условия проектирования и строительства новых энергетических установок все более усложняются из-за дефицита технической воды для восполнения потерь воды и циркулирующей охлаждающей воды. Этот дефицит обостряется на фоне ухудшения качества воды, в связи с чем все большее число заказчиков паротурбинных установок в мире отдают предпочтение использованию воздушно-конденсационных установок. Многие страны стали сильно страдать «от нехватки воды в течение последних лет. В Иордании, которая является ближней восточной страной, водная доля на человека была 175 м3/год в 2003 году, а международные специалисты считают, что минимальная водная доля должна быть 1000 м3 в год[1].
На первый взгляд воздушно-конденсационные установки оказываются неподходящим вариантом для условий Иордании, её климат средиземноморский. За последнее 20 лет летняя среднемесячная температура росла и иногда превышала 40°С. Повышение температуры окружающей среды оказывает большое влияние на показатели электростанции, особенно, когда температура превышаег расчетную температуру охлаждающего воздуха. Однако установка воздушного конденсатора является единственным вариантом из-за нехватки воды.
Объем водных запасов Земли выражается цифрой 1,35 . 1,45 млрд, км3, но пресной воды немного, всего 2,5 % от общего количества, причем около 60 .70 % ее находится в твердом состоянии. Оставшееся незначительное количество пресной воды неуклонно уменьшается вследствие возрастающего использования ее на цели охлаждения и очистки. Один кубический метр воды промышленного производства при сбросе загрязняет несколько сот кубометров воды[7]. Накопление и очистка водных стоков нс исключают постоянной угрозы разового (залпового) загрязнения источников технического водоснабжения в аварийных ситуациях, а ликвидация последствий сопряжена
со значительными материальными затратами, которые нс способны восстановить равновесие в окружающей среде.
Процесс передачи теплоты от конденсирующегося пара к охлаждающему агенту' осуществляется в теплообменном аппарате - конденсаторе. Конденсаторы бывают смешивающего и поверхностного типов. Необходимо отметить, что расходы охлаждающей воды на охлаждение различного оборудования составляют десятки тысяч кубометров в час. Использование такого большого количества воды заметно обострило экологическую обстановку не только стран с ограниченными источниками водоснабжения, но и страны со значительными запасами пресной воды.
Паровые турбины широко используются на электростанциях и промышленных предприятиях. Такие турбины являются приводом не только электрических генераторов, по также всех типов насосов, вентиляторов, компрессоров, мельниц, бумажных машин и так далее. Конденсаторы соединяются с выхлопами этих турбин, чтобы конденсировать нар. Вода и воздух обычно выбраны как охлаждающая среда. Вода может быть однократно использована (водное охлаждение с открытым циклом ) или неоднократно (водное охлаждение с закрытым никлом). Воздушное охлаждение использует атмосферу как холодный источник. Сегодня многие научные исследования обращают внимание „а экологический аспект и отдают ему приоритет перед экономическим аспектом. Системы воздушного охлаждения имеют несколько экологических преимуществ и недостатков по сравнению с системами водного
охлаждения.
Водяные системы охлаждения
На электростанциях и промышленных предприятиях охлаждающая вода отбирается из пресноводного потока или грунта иди любого другого источника, где отвод воды и распределение является важной проблемой особенно во время засух. Эффективная градирня потребляет около десяти миллионов галлонов в день, и одноразовая система потребляет сотни миллионов галлонов 
воды в день [11]. Кардинальным решением проблемы сокращения водопотребления в теплоэнергетике является замена воды как рабочего охлаждающего агента, более доступным агентом в любой географической точке планеты - воздухом.
Поскольку системы с воздушным охлаждением не имеют испаряющихся потерь, поэтому не требуются поставки воды из градирни, и водное потребление на установках с воздушным охлаждением минимальное. Воздушное охлаждение может уменьшить использование и потребление воды приблизительно на 1-2 порядка величины по сравнению с оборотным-циклом водного охлаждения, и на 3-4 порядка величины по сравнению с прямоточным охлаждением. Тем не менее уровень уменьшения в водном потреблении меньший, поскольку одноразовое охлаждение возвращает большее количество воды в свой источник за исключением небольшой части испарения. В воздушном охлаждении вода используется только для случайной замены потерь из-за нормальных действий, регулярной очистки и эксплуатации систем, поэтому применение воздушного охлаждения сберегает около 2x106 м3/год воды па 1МВт мощности станции [22].
Забранная вода из прямоточного и оборотного-никл а охлаждения оказывает химические, термические и биологические воздействие на водные системы. Химическое влияние происходит с выгрузки химических веществ, которые намеренно добавлены к воде охлаждения, выпущенной в выброшенную воду как побочный продукт промышленного процесса. Такне химические вещества включают биоциды, анти-коррозию и необрастающие агенты, нефть, пепел, растворенные твердые вещества и другие добавки. Нагретая выброшенная вода может вызвать термическое влияние на водную среду. Выброшенная вода может вызвать биологические эффекты - (кислородные соединение ). Воздушное охлаждение устраняет все эти воздействия. 
Воздушные эмиссии
Системы воздушного охлаждения имеют немного более высокий показатель отвода теплоты, чем системы водного охлаждения из-за того, что использование технологии воздушного охлаждения увеличивает температуру конденсации пара, которая в свою очередь увеличивает давление и температуру выхлопного пара из паровой турбины и уменьшает её мощность. Это дает более высокие удельные расходы топлива на кВтч произведенной электроэнергии, ведя к более высокому выбросу углекислоты и других загрязняющих веществ как, например, оксиды азота и угарного газа.
Потребители обычно используют электроэнергию больше, чем им нужно, особенно в ЖКХ. Уменьшение чрезмерного использования энергии более важно, чем компенсация потенциального незначительного снижения эффективности из-за воздушного охлаждения. Например, в США потребители тратят на электроэнергию в ЖКХ в два раза больше, чем им нужно [11]. Таким образом, любые потери энергетической эффективности, связанные с воздушным охлаждением, могут быть легко возмещены через управление нацеленного требования. Потеря в энергетической эффективности считается на уровне установки 1,5 %. Эта потеря за большей защитой водных ресурсов считается разумным решением, сравнимым с другим штрафом эффективности.
Минеральный дрейф
Испарительная градирня, связанная с оборотными системами водного охлаждения, отбирает теплоту через испарение части охлаждающей воды. Через процесс испарения соль и другие минералы в испаренной воде сбрасываются нз градирни и могут попасть на соседние земли. Такие процессы, как например, обратный осмос могут удалять соль и другие минералы из воды. Воздушное охлаждение исключает испарение и, следовательно, полностью устраняет потенциальную проблему минерального дрейфа. 
Устранение воздействии влажнопарового потока
Зимой в условиях сурового климата, когда низкая температура увеличивает непрозрачность испарившегося пара, влажнопаровой поток может быть проблемой вблизи электростанции, которые используют закрытый цикл охлаждающей системы с градирней. Хотя поток состоят только из безвредного водяного пара, они могут вызвать затенение соседних областей, а также вызвать обледенение дорог. Назначение воздушного охлаждения систем- нс выпускать никакого пара в атмосферу и не иметь влажнопарового потока.
Требование дополнительных площадей
За счет диффузии воды коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха в градирнях примерно в 4 раза больше, чем в аппаратах воздушного охлаждения (АВО), где теплота отводится путем конвекции при температуре сухого термометра. Поэтому коэффициенты теплопередачи в АВО обычно не превышают 16-60 Вт/(м2.К), а площади поверхностей охладитель единичных модулей достигают 20 тыс. м2 (по оребрению) [17]. Поэтому все типы систем с воздушным охлаждением требуют большого поверхностного охлаждения, чтобы полностью конденсировать пар, чем система водного охлаждения -стандартная механическая тяговая градирня. Тем не менее, в некоторых случаях высота естественной тяговой градирни может быть даже больше чем системы воздушного охлаждения - вплоть до 150 метров. Системе воздушного охлаждения не нужны дополнительные трубы для поставки воды и обратной линии. Оборудование воздушного охлаждения почти в два раза больше градирни водного охлаждения и могут потребовать земли для очистки.
Последние разработки систем охлаждения предполагают уменьшать необходимую площадь. С тех пор как парогазовая установка является самым популярным типом сооружения ТЭС, текущие рыночные условия для нового поколения ТЭС уже значительно уменьшили средние размеры установки для воздушного охлаждения. 
Агрегат охлаждения может быть уменьшен на
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Некоторое количество теплоты теряется через дополнительные трубы пара. Эта потеря уменьшает поверхность агрегата охлаждепия на несколько процентов, что вполне достаточно, чтобы уменьшать поверхность конденсатора. Кроме того, если воздушное охлаждение требует больше земли, оно позволяет располагать электростанции в менее экологически чувствительных местах, а не привязывать к источнику водоснабжения. Любая дополнительная земля не может увеличивать цену земли, поскольку покупная цена земли далеко от порта может быть значительно ниже, чем та же земля около порта.

Содержание

Введение 7
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ 15
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПГУ
1.1 Энергетика Иордании 15
1.1.1 Действующие электростанции в Иордании 15
1.1,2Стратегия развития электроэнергетики Иордании 17
1.2 Проблема воды в Иордании 18
1.3 Иорданские электростанции с воздушными конденсаторами 19
1.3.1 «Аль-Хуссейн» электростанция 20
1,3.2«Рыхаб» электростанция 21
1.4 Этапы развития и особенности парогазовых установок 23
1.5 Термодинамические показатели парогазовых установок с котлом-
утилизатором 27
1.6 Тепловые потоки и показатели ИГУ с одноконтурным КУ 30
1.7 Тепловые потоки и показатели ПГУ с двухконтурным КУ 36
1.8 Термодинамические показатели парогазовых установок с ВПГ И НПГ 38
1.9 Обзор показатели конденсационных парогазовых установок
ПГУ КЭС. 42
2. КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 54
2.1 Работа конденсационной установки и ес основных элементов 54
2.2 Типы конденсаторов 56
2.2.1 Конденсаторы смешивающего типа 57
2.2.2 Поверхностные конденсаторы 59
2.3 Классификация поверхностных конденсаторов 61
2.3.1 Конденсатор с водяным охлаждением 62
2.3.2 Конденсатор с воздушным охлаждением (КВО) 66
2.3.3 Конденсатор с гибридным охлаждением 67 
2.4 Классификация конденсаторов с воздушным охлаждением (КВО) 70
2.4.1 Классификация по способу воздушного охлаждения 70
2.4.2 Классификация по пространственному расположению
вентилятора и трубных пучков 73
2.4.3 Классификация по числу ступеней конденсации: одноступенчатые, 76 двухступенчатые
2.5 Конструкция КВО и процесс конденсации пара 79
2.6 Трубы панелей КВО 82
2.7 Аэродинамические элементы КВО 85
2.8 Обзор литературных источников 88
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНДЕНСАТОРА С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ 93
3.1 Описание методики исследования 93
3.2 Тепловой расчет конденсатора с воздушным охлаждением 94
3.2.1 Уравнение теплового баланса 94
3.2.2 Определение коэффициента оребрения труб 95
3.2.3 Определение коэффициента теплоотдачи 96
3.2.4 Определение среднего температурного напора 100
3.3 Аэродинамический расчет КВО 101
3.4 Выбор вентиляторов ЮЗ
3.5 Определение геометрических размеров КВО 106
3.6 Шахматные пучки круглых труб со спиральными накатными
и навитыми ребрами 109
3.7 Шахматные пучки труб с эллиптическим оребрением 114
3.8 Гидравлический расчет 117
3.9 Гидравлическое сопротивление и теплоотдача при конденсации в
горизонтальных трубах 119 
3.10 Гидравлическое сопротивление при конденсации в вертикальных
трубах 120
3.11 Теплоотдача внутри труб, произвольно ориентированных в
пространстве 121
4. РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ ПОВЕРХНОСТИ СЕКЦИЙ КОНДЕНСАТОРА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ КОНДЕНСАЦИОННОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ 123
4.1 Исходные данные 123
4.2 Уравнение теплового баланса 123
4.3 Методика расчета поверхности секций конденсатора воздушного
охлаждения 124
4.4.1 Определение поверхности и размеров эллиптических труб
конденсаторных секций 125
4.4.2 Определение характеристик вентилятора 127
4.4.3 Определение числа конденсаторных секции и числа вентиляторов 128
4.4.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 129
4.4.5 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара 130
4.4.6 Определение коэффициента теплопередачи оребренной
трубы и площади теплообмена конденсаторной секции 132
4.4.7 Определение среднего температурного напора 132
4.4.8 Расчет аэродинамических сопротивлений конденсаторных
секций конденсатора воздушного охлаждения 133
4.4.9 Расчет дефлегматорных секций конденсатора
воздушного охлаждения 135
4.4.10 Определение поверхности труб дефлегматорных секций 135
4.4.11 характеристики вентиляторов дефлегматорных секций 135
4.4.12 Определение числа вентиляторов дефлегматорных секций 136
4.4.13 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 137
4.4.14 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара 138
4.4.15 Определение коэффициента теплопередачи оребренной
трубы и площади теплообмена дефлегматорных секции
4.4.16 Определение среднего температурного напора
4.4.17 Определение расчетной площади поверхности теплообмена одной дефлегматорной секции
4.4.18 Аэродинамический расчет дефлегматорных секций
4.5Второй вариант
4.5.1 Определение поверхности и размеров круглых труб конденсаторных секций
4.5.20пределение характеристик вентилятора
4.5.3 Определение числа конденсаторных секции и числа вентиляторов
4.5.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха
4.5.5 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара
4.5.6 Определение коэффициента теплопередачи оребренной трубы и площади теплообмена конденсаторной секции
4.5.7 Определение среднего температурного напора
4.5.8 Расчет аэродинамических сопротивлений конденсаторных секций конденсатора воздушного охлаждения
4.5.9 Расчет дефлегматорных секций конденсатора воздушного
охлаждения
4.5.10 Определение поверхности труб дефлегматорных секций
4.5.11 характеристики вентиляторов дефлегматорных секций
4.5.12 Определение числа вентиляторов дефлегматорных секций
4.5.13 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха
4.5.14 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны пара
4.5.15 Определение коэффициента теплопередачи оребренной трубы и площади теплообмена дефлегматорных секции
4.5.16 Определение среднего температурного напора
4.5.17 Определение расчетной площади поверхности теплообмена одной 
дефлегматорной секции Расчет аэродинамических сопротивлений дефлегматорных секци конденсатора воздушного охлаждения
4.6 Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУР

Диссертация | 2007 | Россия | docx/pdf | 12.95 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Повышение эффективности парогазовых установок при использовании воздушных конденсаторов (на примере Иордании)

релевантные научные источники:

Другие источники по дисциплине Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты:

  1. Моделирование топливно-энергетического баланса тепловой электрической станции
    Иванов Александр Павлович | Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Улан - Удэ, 2007 | Диссертация | 2007 | Россия | docx/pdf | 6.18 Мб