Microsoft Word - LakovicS rad.doc

Транскрипт

1 PERSPECTIVE OF PANEL-TYPE COOLING TOWER IN THERMAL POWER COOLING PERSPEKTIVA PRIMENE PANELNOG RASHLADNOG TORNJA ZA HLAĐENJE TERMOELEKTRANE S. V. Laković*, M. S. Laković Mašinski fakultet Niš, ul. A. Medvedeva 14, Niš Apstrakt: Zbog veće temperature rashladne vode, specifična potrošnja toplote za oko 5% je veća kod termoelektrana hladjenih vlažnim rashladnim tornjevima sa filmskom ispunom i prirodnom cirkulacijom vazduha u poređenju sa termoelektranama hlađenim protočnom vodom. Ispuna panelnog rashladnog tornja ima širinu kanala između dve susedne ploče 12-20mm, zbog čega je površina prenosa toplote i mase značajno veća u odnosu na standardne ispune, a režim strujanja vode i vazduha povoljniji. Zbog toga panelni rashladni tornjevi imaju znatno manju visinu zone hlađenja vode u poređenju sa tornjevima koji su danas u primeni. To dozvoljava niži vakuum u kondenzatoru, pa bi se ovako hladjeni parni blok po karakteristikama približio protočno hlađenom postrojenju. Činjenica da investicioni i eksploatacioni troškovi nisu veći nego za konvencionalni toranj takođe preporučuje ovaj tip tornja za znatno širu primenu. U radu je pokazano na primeru referentnog postrojenja koliko je zamena konvencionalnog tornja panelnim smanjila specifičnu potrošnju toplote, odnosno povećala energetsku efikasnost postrojenja. Ključne reči: panelni rashldni toranj, visina zone hlađenja, energetska efikasnost Abstract: Specific heat consumption is higher for about 5% in the thermal power plant using natural draft film-type cooling tower comparing with power plant with open-cycle cooling system, due to higher temperature of cooling water. Fill spacing between panels in panel-type cooling tower is 12-20mm. This means that heat and mass transfer surface is larger with preferable convection mode comparing to cooling tower with standard fill. In addition, cooling zone height in panel-type cooling tower is smaller, which allows achieving deeper vacuum in the condenser and higher efficiency of the plant. Investment and operation costs are near to costs for conventional cooling tower.

2 In this paper, on the referent plant is shown reducing specific heat consumption, thus improving energy efficiency due to replacement of conventional cooling tower with panel-type cooling tower. 1. UVOD Zbog više temperature rashladne vode, termoelektrane hlađene vlažnim rashladnim tornjevima imaju za oko 5% niži stepen iskorišćenja u odnosu na termoelektrane hlađene protočnom vodom. Osim toga, dnevne promene stanja atmosferskog vazduha dodatno utiču na temperaturu rashladne vode i time i performanse rada postrojenja. Imajući napred izneto u vidu, očigledno je da izbor najpovoljnijeg rashladnog tornja ima veliki uticaj na energetsku efikasnost termoelektrane. 2. IZBOR TIPA RASHLADNOG TORNJA Prema istraživanjima mnogih autora, uključujući i autore ovog rada, ispune rashladnih tornjeva filmskog tipa 1.6 do 2.5 puta su efikasnije od ispuna kapljičastog tipa. S toga savremeni vlažni rashladni tornjevi koriste filmsku ispunu. Strujanje vazduha kroz takvu ispunu je najčešće turbulentno. Širina kanala između dve susedne ploče ispune obično iznosi 35 do 50mm. Ako se međutim ispune približe tako da taj kanal bude širok 10 do 20mm, zapreminski koeficijent prenosa toplote i mase će se znatno povećati i ostvariti laminarni režim strujanja vazduha, zavisno od širine kanala između ploča, za brzine vazduha 1.4 do 2.0m/s (Slika 1). Slika 1. Profil brzine strujanja vazduha za ispunu panelnog tipa [4] Slika 2. Poređenje ispuna [4] Kvantitativne i kvalitativne rezultate tih istraživanja autor je objavio u radu navedenom u literaturi [4]. Na Slici 2 dato je poređenje ispuna prikazano u navedenoj literaturi [4]. Oslanjajući se na rezultate istraživanja saopštene u tom radu, autori pokazuju da se zamenom standardnog rashladnog tornja filmskog tipa panelnim rashladnim tornjem može osetno poboljšati energetska efikasnost povratno hlađenog parnog bloka.

3 3. VERIFIKACIJA PREDLOŽENOG REŠENJA Za verifikaciju predloženog rešenja izabran je kondenzacioni parni mono blok snage 100MW, toplotne snage kondenzatora 160MW. Protok rashladne vode iznosi 4.0m 3 /s. Referentno staje atmosferskog vazduha iznosi 30ºC i relativna vlažnost 50%. Koeficijent prelaza toplote i mase (sveden na jedinicu zapremine ispune) standardne ispune iznosi 0.23kgm 3 /s(kg/kg). Za navedene uslove proračuna [2] proračunom je utvrđeno: površina ispune m 2 zapremina ispune m 3 visina ispune 1.7 m temperatura vode na ulazu u toranj 40ºC temperatura vode na izlazu iz tornja 40ºC Na osnovu karakteristike kondenzatora prikazanoj na Slici 3, za dati kondenzator, protok i temperaturu rashladne vode utvrđeno je da je pritisak u kondenzatoru za dati slučaj bar. 0,7 0,2 0,18 0,6 0,16 Condensing pressure [bar] 0,5 0,4 0,3 0,2 Ste Pritisak kondenzacije [bar] 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 protok pare 90kg/s 0, , Temperatura rashladne vode [ o C] Steam flow rate through the CW temperature [degc] condenser [kg/s] 44 Slika 3. Karakteristika kondenzatora Ako bi se ova ispuna zamenila laminarnom (panelnom) tako da je kanal koji formiraju susedne ploče ispune širok 20mm, koeficijent prenosa toplote i mase sveden na jedinicu zapremine iznosi prema [4] iznosi 0.65 kgm 3 /s(kg/kg). Pri nepromenjenoj zapremini ispune, protoku rashladne vode i stanju atmosferskog vazduha, temperatura vode na izlazu iz tornja iznosi 23.7ºC. zatu temperaturu i protok rashladne vode na osnovu karakteristike kondenzatora pritisak kondenzacije iznosi bar (Slika 3). Vidi se da je zamenom standardne ispune tornja panelnom pritisak kondenzacije smanjen za Δp=p k -p' k = =0.029 bar Imajući u vidu u literaturi više puta iznet stav da promena pritiska kondenzacije od 1kPa uslovljava promenu stepena iskorišćenja 1-1.5% lako je videti da se u ovom slučaju apsolutni stepen

4 iskorišćenja povećava za oko 3%. Zavisnost pritiska kondenzacije i apsolutnog stepena iskorišćenja za razmatrano pokazno postrojenje data je na Slici 4. 0,39 Stepen iskoriscenja postrojenja 0,38 0,37 0,36 0,35 0,34 0,33 0, , , , , , , , , , , , , , , , Pritisak kondenzacije [bar] Slika 4. Stepen iskorišćenja postrojenja S obzirom na veličinu apsolutnog stepena iskorišćenja postrojenja (30-42%) nije teško zaključiti da bi se u datim uslovima specifična potrošnja toplote smanjila za oko 10%. 4. ZAVRŠNA RAZMATRANJA Napred izneto smanjenje specifične potrošnje toplote od 10% odnosi se na temperaturu atmosferskog vazduha od 30ºC. Za niže temperature atmosferskog vazduha manje je dopunsko hlađenje vode, pa je i smanjenje specifične potrošnje toplote manje. U hladnom periodu godine (u našim klimatskim uslovima od oktobra do aprila) temperatura vode ohlađene u tornju približna je temperaturi vode u otvorenim vodotokovima. Tada su specifične potrošnje toplote za povratno i protočno hlađena postrojenja približno jednake. Imajući to u vidu, može se zaključiti da smanjenje specifične potrošnje toplote na godišnjem nivou iznosi oko 5. Na taj način, imajući u vidu stav iznet u uvodu rada, korišćenje panelnog rashladnog tornja sa laminarnim srujanjem vazduha izjednačila bi se energetska efikasnost protočno i povratno hlađenog parnog bloka. Smanjenje širine kanala između dve susedne ploče ispune na 10mm može se postići znatno veći koeficijent prenosa toplote i mase, do 2.0 kgm 3 /s(kg/kg). primenom ovakve ispune, međutim, nema opravdanje jer se visina zone hlađenja može malo spustiti (ne više od 1 ºC) a zaoštravaju se zahtevi za kvalitetom rashladne vode i problemi sa pojavom zona nedovoljno okvašene ispune. Ovaj stav međutim može biti podvrgnut kritici. Naime, pri ovako maloj širini kanala, laminarni režim strujanja vazduha zadržava se do brzine vazduha od 2 m/s. To dozvoljava povećanje kapaciteta tornja pri relativno maloj visini istog. Ipak, problemi u vezi kvaliteta vode se dodatno

5 zaoštravaju zbog relativno velike količine dodatne vode koja je praktično jednaka količini u kondenzatoru kondenzovane pare, zbog toga što je latentna toplota isparavanja rashladne vode praktično jednaka latentnoj toploti kondenzacije u kondenzatoru. Treba istaći još jednom povoljnost primene panelnog rashladnog tornja a to je laminarnost strujanja vazduha. Tada se, zbog znatno manjeg otpora pri laminarnom strujanju, cirkulacija vazduha dovoljnom brzinom u tornju može se ostvariti pri osetno manjoj visini tornja. Na taj način, zbog nižih investicionih troškova i veće energetske efikasnosti perspektiva primene panelnih rashladnih tornjeva za povratno hlađenje termoenergetskih postrojenja je izvesna. REFERENCE Knjiga [1] Mihajlov J., ''Termoelektrane, projektovanje i izgradnja'', Tehnička knjiga, Zagreb, [2] L.D. Berman, Evaporative Cooling of Circulation Water, Pergamon, London, 1961 Poglavlje [3 Vatsal Bhatt, James Ekmann, William C. Horak, Thomas J. Wilbanks, Chapter4. Possible indirect effects of climate change on energz production and use in United states, Synthesis and Assessment Product 4.5, October 2007 Konferencije [4] S. Laković: Optimalna ispuna rashladnih tornjeva, VIII Jugoslovenski simpozijum termičara, Zbornik radova, Ohrid [5] Laković S., Laković M., Stojiljković M ''Uticaj temperature rashladne vode na energetsku efikasnost parnog mono bloka'', Simpozijum termičara Srbije i Crne Gore, Simterm 2005, Soko Banja, Oktobar [6] Laković S., Stoiljković M, Laković M., ''Today's condition and the future of the cooling towers'', ASME-ZSIS International Thermal Science Seminar (ITSS II Proceedings), Bled, Slovenia, June 13-16, 2004 Teze [7] Laković S., Turbulizacija graničnog sloja kao metod intenzifikacije prenosa toplote i mase kod kula za hlađenje vode u termoelektranama, Doktorska disertacija, Mašinski fakultet Beograd, Beograd 1978 [8] Laković M., Uticaj uslova rada hladnog kraja na energetsku efikasnost parnog mono bloka, Magistarski rad, Mašinski fakultet Niš, Niš 2005.