Введение к работе
Актуальность темы. Повышение единичной мощности энергоблоков является одной из приоритетных целей не только при разработке новых, но и при эксплуатации действующих тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанций.
На крупных отечественных ТЭС и АЭС в преобладающем числе используются паротурбинные установки, для которых конечные параметры расширения пара определяются условиями отвода теплоты в окружающую среду. Наибольшей технической эффективности работы конденсационной установки соответствует наименьшее давление (вакуум) в конденсаторе, который, в свою очередь зависит от температуры охлаждающей воды и от температурного напора. В составе ТЭС и АЭС имеются системы технического водоснабжения с прямоточной, замкнутой или смешанной схемами циркуляционного водоснабжения.
При кратности охлаждения для конденсаторов, равной m = 40 * 70, расход охлаждающей воды для турбины одного энергоблока на 1000 МВт составляет около GOB = 42 м3/с, в то время как расход воды в реке Дон составляет около 60 м3/с. Поэтому, с целью обеспечения устойчивого водоснабжения населения и промышленных объектов пресной водой, широко используется регулирование речных стоков водохранилищами, а для ТЭС и АЭС - использование прудов-охладителей.
Основная технико-экономическая эффективность работы ТЭС и АЭС при оптимизации режима работы системы технического водоснабжения, в том числе осуществляемого с забором воды из крупных водоемов, заключается в достижении оптимальной температуры охлаждающей воды. Для летнего периода необходима возможность интенсификации охлаждения циркуляционного водоснабжения, так как существующие конструкции турбинных установок ограничивают возможность их длительной работы при температуре циркуляционной воды выше 33 С. Последнее оказывает отрицательное влияние на КПД турбины и на тепловую экономичность блока в целом.
Для эффективного использования водоемов-охладителей необходимо иметь полное представление о тех изменениях, которые уже произошли, и о тех последствиях, к которым могут привести применяемые методы использования охлаждающей воды.
В связи с тем, что в условиях существующих экосистем прямоточное водоснабжение для охлаждения конденсаторов крупных турбоустановок недопустимо, проблема разработки и совершенствования эффективности теплообмена в открытых водоемах большой и малой глубины, а также проблема повышения технологического совершенства и эффективности использования прудов-охладителей ТЭС и АЭС приобретает особо важное значение, и является весьма актуальной для повышения экономичности и надежности работы ТЭС и АЭС. Наиболее остро она стоит для водоема-охладителя АЭС, в связи с тем, что расходы технической воды АЭС в 2 - 3 раза больше, чем для сравнительно одинаковых по мощности энергоблоках ТЭС.
Основанием для выполнения работ этого направления послужили:
Сводное заключение Экспертной комиссии государственной экологической экспертизы Минприроды России по проекту Ростовской АЭС (переименована в Волгодонскую АЭС) от 14 июля 1995 г.
Федеральная целевая программа по развитию атомного энергетического комплекса.
Предметом исследования является система технического водоснабжения замкнутого типа с учетом внешних факторов, рассмотренная на примере работы пруда-охладителя Волгодонской АЭС (ВдАЭС).
Объектом исследования является пруд-охладитель ВдАЭС, представляющий собой открытый водоем средней и малой глубины.
Цель работы
Повышение эффективности работы прудов-охладителей ТЭС и АЭС с учетом повышения интенсивности тепломассообмена воды по объему водоема на основе смонтированных устройств осуществляющих быструю циркуляцию воды пруда-охладителя.
Задачи диссертации:
В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи:
- разработать мероприятия, способствующие повышению эффективно
сти использования мелководной части водоемов-охладителей;
проанализировать особенности режима работы пруда-охладителя в летнее и зимнее временя при различных погодных условиях и дать рекомендации по эксплуатации водоема в эти периоды;
определить основные направления разработки инновационных технологий для повышения эффективности тепломассообмена в открытых водоемах с учетом условий и особенностей их эксплуатации;
разработать мероприятия по совершенствованию систем технического водоснабжения ТЭС и АЭС с прудами-охладителями;
разработать методы и систему регулирования температуры охлаждающей воды с учетом предотвращения образования шуги в зимнее время.
Научная новизна работы:
На основе многолетних исследований системы технического водоснабжения электростанции впервые получены сравнительные экспериментальные данные среднемесячных и среднесуточных температур воды в водоеме-охладителе (на примере Волгодонской АЭС).
Установлены новые закономерности изменения температурных характеристик воды в водоеме-охладителе Волгодонской АЭС с различными типами стратификации: от гомотермии до прямой температурной стратификации;
Разработано и установлено устройство, обеспечивающее высокоэффективный тепломассообмен в открытых водоемах любой глубины;
Разработаны предложения по снижению отрицательных последствий мелководности водоема-охладителя Волгодонской АЭС для летних и зимних периодов года;
5. На основе комплексного подхода, разработаны перспективные направления совершенствования систем технического водоснабжения для южных регионов РФ.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается:
значительным объемом экспериментальных исследований, проведенных в реальных условиях эксплуатации на протяжении 1998^-2006 г.г.;
применением широко используемых современных методов и нормативных документов по исследованию и определению отдельных показателей, характеризующих объект исследования;
- использованием материалов и приборов, прошедших экспертизу и
имеющих сертификацию ведущих научных и проектных организаций;
- хорошим согласованием результатов исследований с независимыми дан
ными других авторов.
Практическая значимость работы заключается:
в обосновании целесообразности модернизаций систем технического водоснабжения электростанции с открытыми водоемами малой глубины с использованием новых способов, улучшающих условия перемешивания слоев воды по глубине, для обеспечения эффективной работы конденсаторов и создания благоприятного санитарного состояния прудов-охладителей тепловых и атомных электростанций;
в новизне полученных экспериментальных и расчетных данных о степени и величине тепломассообмена в пруде-охладителе (на примере Волгодонской АЭС);
в проведении на пруде-охладителе Волгодонской АЭС исследований и разработке автором установок, способствующих перемешиванию воды, с определением характеристик и существенных особенностей мелководных прудов-охладителей;
- в получении автором закономерностей и в разработке рекомендаций,
позволяющих установить направления совершенствования действующих сис
тем технического водоснабжения и, в частности, в обосновании строительства
перепускных сооружений для предотвращения образования шуги.
Основные положения и результаты, выдвигаемые на защиту.
Комплексный подход к реализации в энергетике принципов поддержания высоких технико-экономических показателей за счет модернизации существующих систем технического водоснабжения с открытыми мелководными прудами-охладителями.
Результаты экспериментальных и расчетных данных по повышению эффективности тепломассообмена воды в открытых водоемах в различные периоды года.
Среднемесячные и среднесуточные результаты исследований температурных характеристик воды водоема-охладителя с учетом стратификации по глубине и при различных направлениях и скоростях ветра.
Использование в схемах технического водоснабжения с открытыми водоемами-охладителями малой глубины новых методов для регулирования температуры воды в различные периоды года и повышения экономичности и надежности работы АЭС и ТЭС.
5. Разработанное техническое устройство (защищенное патентом на полезную модель) активизации тепломассообмена воды в открытых водоемах.
Личный вклад автора
Представленные в диссертации результаты являются итогом обобщения материалов многолетних научных исследований и их практического внедрения, в которых непосредственное участие автора заключается в практической модернизации на основе созданных технологий, перемешивания воды, и в проведении экспериментальных исследований систем технического водоснабжения при пуске и эксплуатации энергоблока №1 Волгодонской АЭС.
Автор лично участвовал в составлении в разработке конструкций внедряемых установок, в проведении расчетов и обсуждении и анализе результатов проведенных испытаний.
Автором подготовлены все материалы, опубликованные в печати. Он лично участвовал в подготовке материалов по патентованию и написанию докладов, а также материалов для научно-технических конференций и семинаров.
Реализация результатов работы.
Основные результаты проведенных исследований и научно-технических разработок внедрены на Волгодонской АЭС (имеется акт внедрения). Результаты диссертационной работы целесообразно использовать в практике эксплуатации ТЭС и АЭС с открытыми прудами-охладителями, а также в процессе создания теплогидравлических моделей систем технического водоснабжения с открытыми мелководными прудами-охладителями в проектных и научно-исследовательских организациях (ТЭП, АЭП, ВНИИАЭС, и др.). Апробация работы.
Разработанные методики и программы проведения промышленных испытаний системы технического водоснабжения апробированы на этапах пуска и работы под нагрузкой энергоблока №1 Волгодонской АЭС.
Основные положения и результаты работы докладывались на: на пятой международной научно-технической конференции «Повышение эффективности производства электроэнергии», г. Новочеркасск,2005 г.; на шестой международной научно-технической конференции «Повышение эффективности производства электроэнергии», г. Новочеркасск,2007 г.; на региональной научно-практической конференции «Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС», г. Волгодонск, 2006 г.; на Международной научно-практической конференции «Рациональное природопользование: экономика, ресурсо- и энергосберегающие технологии и материалы», г. Петрозаводск, Питкяранта, Республика Карелия , 2007г.; технических советах Волгодонской АЭС, а также на заседаниях кафедры ТЭС ЮРГТУ (НПИ)
Публикации. По диссертационной работе опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых изданиях, 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложения. Список литературы содержит 125 наименования. Диссертационная работа изложена на 113 страницах, включая 110 страниц основного текста и 3 страницы приложения.
