Бергманн

Сухие градирни для ЛАЭС-2
Международный Общественный Форум-диалог
«Атомная энергия, общество, безопасность 2012»
Россия, Санкт-Петербург
5-6 сентября 2012 года
Возможность применения сухих градирен системы Геллера
в комбинации с пиковыми испарительными градирнями
для охлаждения энергоблоков ЛАЭС-2.
Дьёрдь Бергманн, ст. инженер-консультант
компания «GEA EGI», Будапешт, Венгрия
1
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
О чём идёт речь?
Возможность применения сухих градирен системы Геллера
в комбинации с пиковыми испарительными градирнями
для охлаждения энергоблоков ЛАЭС-2.
Испарительное охлаждение – вызывает различные проблемы, связанные
с нагрузкой окружающей среды.
Возникла идея о рассмотрении технической возможности применения
сухого охлаждения вместо испарительного.
Разработан вариант комбинированного охлаждения:
сбережение больше чем 95% (!) подпиточной воды,
В такой же мере снижается нагрузка окружающей среды.
Зимой – исключительно сухой режим
(без выброса воды и иных материалов)
2
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Запрос от Рабочей Группы
Запрос от Рабочей Группы, созданной Госкорпорацией «Росатом»
Задание: Рассмотрение технической возможности
применения сухого охлаждения вместо испарительного
для 4-х энергоблоков мощностью 1200 МВт ЛАЭС-2.
Следующие соображения должны быть исследованы:
1. Энергоблоки №3 и №4, строительство которых ещё не началось,
обслуживаются новыми сухими градирнями.
2. Строительство энергоблоков №1 и №2 уже в ходе, и достигло
определённой готовности, тут вытяжные башни испарительных
градирен применяются для сухих градирен.
3
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
ЛАЭС-2 – Генплан
4
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Испарительные градирни и окружающая среда
Испарительное охлаждение потребляет воду – в случае
крупных мощностей в огромном количестве
Воздействие на климатические условия:
• содействие дефициту пресной питьевой воды
• содействие парниковому эффекту
• снижение солнечных часов, образование облаков и тумана
Воздействие на близкие сооружения:
• увлажнение зданий, линий электропередачи, путей сообщения
• жилые здания могут покрываться плесенью
• обледенение зданий при отрицательных температурах
• угроза безопасности транспорта (обледенение, туман)
Дальнейшие нагрузки окружающей среды:
• выброс в атмосферу растворённых солей и химикатов
• удаление отходов продувки
• применение химикатов, нейтрализация отходов и избавление от них
5
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Оборотные системы охлаждения
Испарительное охлаждение
6
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухое охлаждение
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Система Геллера
Система Геллера – это схема оборотного охлаждения
конденсаторов при помощи сухих градирен
Непрямая воздушно-конденсационная установка (ВКУ) Системы Геллера
представляет собой замкнутый и закрытый водяной контур охлаждения, включая
сухую градирню с водо-воздушными теплообменниками.
При классическом исполнении Системы Геллера теплосъём производится без
испарения, без продувки, практически отсутствуют потери воды, и связанные с
ними нагрузки окружающей среды.
Это даёт возможность на выбор площадки крупной электростанции независимо от
значительных источников водоснабжения. Так, например, АЭС в случае протеста
со стороны населения может быть построена далеко от населённого пункта.
Вид тяги сухой градирни: искусственная или естественная.
Материал вытяжной башни: металлоконструкция или железобетон.
Тип тяги и конструкция башни выбирается всегда на базе местных условий. В
данном случае только естественная тяга имеет место.
7
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Сухие градирни с естественной тягой
Китай, Бао Джи 660 МВт, железобетонная конструкция
8
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сирия, Дейр Али 750 МВт, металлоконструкция
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Билибинская АЭС – сухое охлаждение
Билибинская АЭС 4х12 МВт, пуск 1970-е годы, Чукотский АО (РФ)
Фото: http://foto.chukotken.ru
9
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Теплообменники типа Форго
Водо-воздушные теплообменники типа Форго:
высокая эффективность на основе мелкоребристого принципа
Теплообменники типа Форго обеспечивают экономичность
осуществления воздушного охлаждения при помощи повышенной
интенсификации теплоотдачи на воздушной поверхности
Алюминиевые теплообменники – стандартное исполнение (50 лет опыта)
• Высокая теплопроводимость материала
• Лёгкий вес, лёгкая обработка
• Одинаковое тепловое расширение трубок и оребрения
• Хорошая коррозионная стойкость воздушной стороны
• Теплообменники не требуют консервации при длительном простое и опорожнении.
Усовершенствования (для специальных применений)
• Трубки из углеродистой стали (со стальными камерами)
• Трубки из легированной стали (для энергоблоков АЭС с ресурсом 60 лет)
10
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Теплообменники типа Форго
Мелкоребристый теплообменник
типа Форго
11
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Монтаж
теплообменников
(охладительных дельт)
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Сравнение типов охлаждения
Сравнение теплотехнических свойств
сухого и испарительного охлаждения
Тип охлаждения
Теоретический предел
охлаждения
Сухое
Температура по
сухому термометру
Испарительное
Температура по
влажному термометру
Тип теплопередачи
Конвекция
Испарение
Расхождение температур воздуха по сухому и смоченному термометру во
время летнего пика может достигать 10 ºС, и даже больше.
(В данном случае требуется охлаждать воду до температуры 33 С при
помощи воздуха с температурой + 33 С)
Коэффициент теплопередачи при испарении значительно превышает
коэффициент теплопередачи при сухом охлаждении.
Следовательно, сухие градирни больше и дороже.
12
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Исходные данные для охлаждения ЛАЭС-2
Теплотехнические данные охлаждения блоков №3 и №4 ЛАЭС-2
получены от СПб АЭП в 2010-м году
расход охлаждаемой воды
150000 м3/ч
тепловая нагрузка
1725 Гкал/ч
температурный перепад в градирне
11,5 С
расчетная температура воды на выходе из градирни
29,0 С
+ 24,0 С
расчетная температура воздуха
соответствующая относительная влажность
55%
среднегодовое барометрическое давление
1010 гПа
максимально допустимая температура воды на выходе из градирни
33,0 С
абсолютная минимальная температура воздуха
– 41 С
среднегодовая температура воздуха
+4,2 С
абсолютная максимальная температура воздуха
13
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
+ 33,0 С
GEA Heat Exchangers
График производительности
14
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Оптимизация «холодного конца»
Оптимизация «холодного конца» пароводяного цикла
«Холодный конец» включает турбину низкого давления, конденсатор и контур
охлаждения с градирней.
В таких случаях, когда рассматривается и применение сухих градирен,
необходимо учитывать специальные условия сухого охлаждения:
• Сухая температура выше влажной (особенно летом)
• Температура воды летом выше, и изменяется в более широком диапазоне
Следовательно, необходимо применение паровых турбин (с более короткими
лопатками последних ступеней), которые способны работать при изменении
давления конденсатора в более широком диапазоне.
Благодаря такому подходу, во многих жарких и сухих районах работают
электростанции, с исключительно сухим охлаждением конденсаторов.
Общая мощность электростанций с воздушно-конденсационной установкой
(ВКУ) системы Геллера, поставленная компанией GEA–EGI, составляет свыше
30.000 МВт.
15
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Комбинации сухого и испарительного охлаждения
Возможные комбинации сухого и испарительного охлаждения
Если сухая градирня не может обеспечить предписанную температуру
охлаждённой воды во время летнего пика, то возникает необходимость
комбинации сухого и испарительного охлаждения.
Комбинация двух разных систем объединяет не только их преимущества,
но и невыгодные стороны обеих систем. В нашем задании сухое
охлаждение является основным, испарение применяется только для
снятия летнего пика.
Некоторые варианты:
• Предварительное охлаждение воздуха путём распыления воды
• Применение комбинированных теплообменников с орошением
• Комбинация работы сухой градирни с испарительной (различные варианты
включения возможны)
Гибридная градирня:
• В основном испарительная с интегрированными сухими теплообменниками
• Подавление видимого паровоздушного факела над градирней (до + 5ºС)
• «Оптическое решение» проблемы, потребление воды большое
16
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Выбранный вариант охлаждения
Выбранная система комбинированного охлаждения
1. С учётом соображений Рабочей Группы 2 х 2 = 4 испарительные
градирни принимаются в качестве пиковых для всех 4-х энергоблоков
(по одной для каждого блока).
2. Основные сухие градирни выбираются (2 шт. для каждого блока) так,
что они – вместе с пиковыми испарительными градирнями – могли
выполнять теплотехнические требования как в расчётном режиме
(температура воздуха +24 ºС), так и во время летнего пика
(температура воздуха + 33 ºС).
3. Во время летнего пика применяется предварительное увлажнение
воздуха перед входом в теплообменники.
Градирня
Высота (м)
Диаметр основания (м)
Диаметр горловины (м)
17
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухая
200
177
102
Сухие градирни для ЛАЭС-2
Испарительная
150
120
75
GEA Heat Exchangers
Выбранный вариант охлаждения
Схема выбранного варианта
18
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Режимы работы предлагаемого варианта
Режимы работы комбинированной системы охлаждения
При расчётном режиме (температура воздуха + 24 ºС) сухие и
испарительные градирни работают без ограничения охладительной
способности, и обеспечивают предписанную температуру охлаждающей воды
(29 ºС).
При более высоких температурах воздуха, включая и летний пик
(температура воздуха + 33 ºС) сухие и испарительные градирни работают без
ограничения охладительной способности, и дополнительно производится
предварительное увлажнение воздуха на входе в теплообменники сухих
градирен.
При температурах ниже расчётной постепенно ограничивается
охладительная способность испарительной градирни (и тем самым,
потребление воды).
При температурах атмосферного воздуха + 17 ºС и ниже полностью
отключается испарительная градирня, работают только сухие градирни.
Сухие градирни оснащены специальными жалюзийными устройствами для
ограничения охладительной способности и при зимних условиях, с целью
защиты от замерзания.
19
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
График производительности
20
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Потребление воды
21
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Сопоставление вариантов
Сопоставление разработанного варианта
и испарительного охлаждения
для одного энергоблока 1200 МВт
Оригиналь- Разработанный
ный
Вариант
Количество сухих градирен
шт.
–
2
Количество испарительных градирен
шт.
2
1
Выработка электроэнергии за год
млн. кВтч
8639
8629
Собственные нужды за год
млн. кВтч
119
121
Выработка энергии нетто за год
млн. кВтч
8520
8508
Потери подпиточной воды за год
тыс. м3
18.510
781
Потери увлажняющей воды за год
тыс. м3
–
17,4
22
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Сопоставление вариантов
23
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers
Резултаты и выводы
Результаты работы и выводы
1. Характерные черты разработанного технического решения:
• Основная часть охлаждения выполняется сухими градирнями;
• Испарительные градирни блоков №1 и №2, которые считаются уже
существующими, применяются (в качестве пиковых охладителей).
2. Теплотехнические требования к испарительным градирням (!) соблюдаются:
• Расчётный режим (tВ2 = 29 ºС при tНВ = + 24 ºС) выполняется;
• Летний пиковый режим (tВ2 = 33 ºС при tНВ = + 33 ºС) также выполняется.
3. Благодаря разработанному варианту, можно сэкономить больше чем
95% (!) подпиточной воды, потребляемой испарительным охлаждением.
4. Пропорционально снижается и нагрузка окружающей среды, и она
ограничивается на летнее время. (Зимой исключительно сухой режим.)
5. Летнее увлажнение
количестве.
24
потребляет
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
обессоленную
Сухие градирни для ЛАЭС-2
воду
в
ничтожном
GEA Heat Exchangers
Конец презентации
Международный Общественный Форум-диалог
«Атомная энергия, общество, безопасность 2012»
Россия, Санкт-Петербург
5-6 сентября 2012 года
Возможность применения сухих градирен системы Геллера
в комбинации с пиковыми испарительными градирнями
для охлаждения энергоблоков ЛАЭС-2.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Дьёрдь Бергманн, ст. инженер-консультант
компания «GEA EGI», Будапешт, Венгрия
www.egi.hu
gyorgy.bergmann@gea.com
25
GEA EGI Contracting/Engineering Co. Ltd.
Сухие градирни для ЛАЭС-2
GEA Heat Exchangers