Способ работы охладительной системы тепловых и атомных электростанций с водоемами-охладителями

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в охладительных системах тепловых и атомных электростанций. Задачей данного изобретения является поддержание солевого баланса водоемов-охладителей на допустимом уровне с целью исключения отложения солей на поверхностях нагрева, приводящего к снижению коэффициента теплопередачи и, как следствие, необходимости увеличения расхода охлаждающей воды. Осуществляют забор воды из водоемов, направление ее по трубопроводам в теплообменники для отвода тепла от оборудования станции с последующим сбросом использованной воды обратно в водоем и подпитку его водой для покрытия потерь воды. Из водоема-охладителя дополнительно забирают воду для ее очистки от солей путем выпаривания. Полученный дистиллят возвращают в водоем-охладитель, оставшийся рассол выпаривают до образования солей в виде кубового остатка, полученный при этом дистиллят тоже направляют в водоем-охладитель, при этом объемный расход подаваемой на выпаривание воды определяют в соответствии с выражением:

где S_доу - солесодержание дистиллята (параметр выпарной установки);

S_B - требуемое солесодержание воды в водоеме-охладителе, г/л;

S_n - солесодержание воды, используемой для покрытия потерь, связанных с естественным испарением, г/л;

D_u - количество испарившейся воды в час, м³/ч. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в охладительных системах тепловых и атомных электростанций.

На любой электростанции существует охладительная система, включающая водоемы-охладители. Это пруды-охладители и брызгальные бассейны.

В брызгальных бассейнах АЭС осуществляется охлаждение воды, используемой для отвода тепла от различного оборудования первого контура.

В прудах-охладителях осуществляется охлаждение воды, используемой для конденсации пара в конденсаторах турбин.

За прототип взят способ работы охладительной системы тепловых и атомных электростанций с водоемами охладителями, используемыми для отвода тепла от различного оборудования станции, при котором осуществляют забор воды из данных водоемов, направление ее по трубопроводам в теплообменники для отвода тепла от оборудования станции с последующим сбросом использованной воды обратно в водоем и подпитку его водой для покрытия потерь воды [1].

Охлаждающим системам на базе брызгальных бассейнов и прудов-охладителей присущи следующие недостатки.

Поскольку с поверхности водоемов-охладителей постоянно осуществляется испарение воды, а в брызгальных бассейнах этот процесс происходит наиболее интенсивно, в них постепенно повышается солесодержание охлаждающей воды, что при замкнутом водообороте вызывает отложение солей на поверхностях нагрева оборудования и, таким образом, негативно отражается на состоянии теплообменного оборудования контура отвода тепла. За счет этого происходит снижение коэффициента теплопередачи и, как следствие, возникает необходимость увеличения расхода охлаждающей воды. Кроме того, при повышении содержания солей в пруде-охладителе затрудняется обеспечение глубокого эксплуатационного вакуума (повышается давление в конденсаторе), следовательно, ухудшаются экономические показатели электростанции (снижается электрическая мощность турбины, а следовательно, ухудшается КПД). В случае применения шарикоочистки с абразивами сокращается срок службы поверхностей охлаждения конденсаторов. К тому же в конденсаторе практически всегда присутствуют микроскопические неплотности, что при увеличенном солесодержании охлаждающей воды приводит из-за попадания охлаждающей воды в паровое пространство конденсатора к повышенной нагрузке на блочную установку конденсатоочистки. Кроме того, повышение концентрации солей в пруде-охладителе до 1.1-1.2 г/л является предельным значением по условию организации в пруду промыслового рыбоводства.

Ввиду наличия неплотностей в теплообменном оборудовании (к примеру, обусловленных сальниковыми уплотнениями) для АЭС возможен слабый переток радиоактивности в охлаждающую воду. Соли, содержащиеся в охлаждающей воде брызгальных бассейнов АЭС, способны накапливать долгоживущие радионуклиды и при попадании даже слаборадиоактивных солей в водоемы происходит концентрирование радионуклидов [2, 3]:

в пене - 100-10000 раз;

в фитопланктоне - 500-75000 раз;

в зеленых водорослях - 800-50000 раз;

в личинках насекомых - 100-100000 раз;

в рыбе - 100-30000 раз.

Поскольку брызгальный бассейн представляет собой изолированную водяную систему, то есть отсутствует переток воды из него в окружающие водоемы, то с течением времени брызгальный бассейн атомной электростанции сам становится слабым источником радиоактивности. Опыт эксплуатации АЭС с ВВЭР - 1000 показал, что суммарная активность по ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs может составлять соответственно до 22÷38 Бк/кг.

Уменьшение солесодержания охлаждающей воды в брызгальном бассейне путем отвода засоленной воды не представляется возможным, так как при попадании даже слабо радиоактивных солей в водоемы может происходить концентрирование радионуклидов [2, 3]. Уменьшение солесодержания в воде пруда-охладителя путем отвода засоленной воды при обеспечении хорошего водообмена, а именно на достаточном удалении от места сброса продувочной воды от дамбы и мелководий, как показали предварительно проведенные расчеты института геологии и геофизики СГУ, можно рекомендовать лишь как временный метод, применимый только для неотложного решения задачи понижения солесодержания.

Задачей настоящего изобретения является поддержание на допустимом уровне солевого баланса водоемов охладителей ТЭС и АЭС.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе работы охладительной системы тепловых и атомных электростанций, включающей водоемы-охладители, при котором осуществляют забор воды из данных водоемов, направление ее по трубопроводам в теплообменники для отвода тепла от оборудования станции с последующим сбросом использованной воды обратно в водоем и подпитку его водой для покрытия потерь воды, из водоема-охладителя дополнительно забирают воду для ее очистки от солей путем выпаривания, полученный дистиллят возвращают в водоем-охладитель, оставшийся рассол выпаривают до образования солей в виде кубового остатка, полученный при этом дистиллят тоже направляют в водоем-охладитель. Объемный расход воды, направляемый на выпаривание, определяют в соответствии с выражением:

где S_ДОУ - солесодержание дистиллята, получаемого в испарительной установке (параметр установки);

S_в - требуемое солесодержание воды в водоеме-охладителе, г/л;

S_n - солесодержание воды, используемой для покрытия потерь, связанных с естественным испарением (в случае покрытия потерь водой из естественных водоемов определяется по справочной литературе или аналитическим путем, а в случае покрытия потерь дистиллятом или химочищенной водой является параметром испарительной установки или химводоочистки), г/л;

D_u - количество испарившейся из водоема-охладителя воды, м³/ч,

а величина объема воды, необходимого для подпитки водоема, определяется из выражения:

где D_к - количество кубового остатка, образовавшегося в единицу времени, м³/ч.

Авторами для выпаривания продувочной воды из водоема-охладителя была выбрана опреснительная установка с горизонтально-трубными пленочными испарителями, которая обеспечивает малое накипеобразование, высокую кратность концентрирования, высокий коэффициент теплопередачи и, как следствие, малую металлоемкость [4, 5], а также за счет низких температур получаемого дистиллята (примерно 30°С) позволяет подавать его в водоем-охладитель с небольшим промохлаждением на открытом воздухе и обеспечивать его приемлемонизкий температурный режим.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой приведена схема реализации способа.

Способ осуществляется следующим образом. Продувочная вода с объемным расходом D_пр поступает из водоема-охладителя 1 для выпаривания на опреснительную установку с горизонтально-трубными пленочными испарителями (ДОУ ГТПА) 2, в которой происходит концентрирование рассола примерно в 200 раз [4] за счет выпаривания воды, которое происходит под вакуумом в тонкой пленке жидкости, что обеспечивает низкое накипеобразование на поверхностях нагрева, а следовательно, высокий коэффициент теплопередачи в испарителях и, как следствие, малую металлоемкость установки [4, 5]. Дистиллят, образовавшийся в дистилляционной установке, в количестве D возвращают в водоем-охладитель. Рассол в количестве (D_пр-D) поступает в установку предельного выпаривания 3, где получают дистиллят в количестве D1, который возвращают обратно в водоем-охладитель 1. Данный способ, таким образом, позволяет за счет низких температур получаемого дистиллята (примерно 30°С) подавать его в водоем-охладитель с небольшим промохлаждением на открытом воздухе и обеспечивать приемлемонизкий температурный режим водоема. Кубовый остаток выпарных аппаратов установки предельного выпаривания направляют на временное хранение и дальнейшую переработку, которая может заключаться в его битуминировании, цементировании, остекловывании и получении солевого плава. Потеря воды за счет естественного испарения D_u и потеря воды с кубовым остатком солей D_к в случае применения брызгального бассейна компенсируется за счет подпитки дистиллятом от испарительной установки (в случае использования термического способа приготовления подпиточной воды на АЭС) или химочищенной водой от химводоочистки (в случае использования химического способа приготовления подпиточной воды на АЭС), а в случае использования пруда-охладителя только подпиткой из естественного водоема.

Греющий пар, необходимый для работы дистилляционных опреснительных установок, берется из отборов турбин.

Объемный расход воды, забираемый из брызгального бассейна для выпаривания, определен по формуле (1). Потеря воды за счет естественного испарения D_u, которая равна водопотреблению, принята исходя из данных, приведенных в таблице 1. Солесодержание дистиллята было принято равным S_доУ=0,005 г/л [4, 5].

Результаты расчета объемного расхода воды, подаваемой на выпаривание, приведены на графике (фиг.2), по которому можно рассчитать данный параметр, исходя из требуемого солесодержания воды в бассейне.

Объемный расход воды, забираемый из пруда-охладителя для выпаривания, определен по формуле (1). Потеря воды за счет естественного испарения D_u, которая равна водопотреблению, принята исходя из данных, приведенных в таблице 1. Солесодержание дистиллята было принято равным S_ДОУ=0,005 г/л [4, 5], солесодержание подпиточной воды было принято для реки Волга равным S=0,1972 г/л, по данным [6].

Результаты расчета приведены на графике, объемного расхода воды, подаваемой на выпаривание, по которому можно рассчитать данный параметр, исходя из требуемого солесодержания воды в пруде-охладителе.

Эффект от применения данного способа заключается в улучшении экологической ситуации на территории АЭС за счет уменьшения количества источников радиоактивности, каким является брызгальный бассейн АЭС, а также в отсутствии необходимости в сооружении второго бассейна при строительстве второй очереди станции. К тому же, за счет уменьшения солесодержания охлаждающей воды прудов-охладителей происходит повышение коэффициента теплопередачи и, как следствие, происходит увеличение вакуума (понижается давление в конденсаторе), следовательно, улучшаются экономические показатели электростанции (повышается электрическая мощность турбины, а следовательно, улучшается КПД), сокращается применение шарикоочистки с абразивами и, как следствие, увеличивается срок службы поверхностей охлаждения конденсаторов. Снижаются нагрузки на блочную установку конденсатоочистки из-за уменьшения солесодержания охлаждающей воды, попадающей через неплотности трубной системы в паровое пространство конденсатора. Также снижение концентрации солей в пруде-охладителе является благоприятным фактором по условию организации в пруду промыслового рыбоводства. Плюс ко всему улучшение экологической обстановки на территории станции и вокруг нее приводит к значительному снижению экологических платежей.

Источники информации

1. Маргулова Т.X. Атомные электрические станции: Учебник для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1978. - 360 с.с ил.

2. Хоникевич А.А. Очистка радиоактивно-загрязненных вод лабораторий и исследовательских ядерных реакторов. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Атомиздат, 1974, 312 с.

3. Основы очистки вод от радиоактивных загрязнений. / Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г., под ред. чл. - кор. АН СССР В.М.Вдовенко, изд. 2-е, перер. и доп., М., Атомиздат, 1974, 360 с.

4. Установки дистилляционные опреснительные горизонтально-трубные пленочные. ЗАО НПП "МАШПРОМ", Екатеринбург, 2000.

5. ДОУ с пленочными горизонтально - трубными испарителями (ДОУ ГТПА-700), НПО "Экохим" ВНИПИ промтехнологии, 1999.

6. Теплотехнический справочник. Изд. 2-е, перераб. Под ред. Юренева и П.Д.Лебедева. Т.1. М., "Энергия", 1975, 775 с.

Способ работы охладительной системы тепловых и атомных электростанций, включающей водоемы-охладители, при котором осуществляют забор воды из данных водоемов и направляют ее в теплообменники для отвода тепла от различного оборудования станции с последующим сбросом воды обратно в водоем и его подпиткой водой для покрытия потерь, отличающийся тем, что дополнительно из водоема-охладителя забирают воду для ее очистки от солей путем выпаривания, полученный дистиллят возвращают в водоем-охладитель, оставшийся рассол выпаривают до кубового остатка, а полученный дистиллят также направляют в водоем-охладитель, при этом объемный расход подаваемой на выпаривание воды определяют в соответствии с выражением:

где S_доу - солесодержание дистиллята (параметр выпарной установки);

S_в - требуемое солесодержание воды в водоеме-охладителе, г/л;

S_п - солесодержание воды, используемой для покрытия потерь, связанных с естественным испарением, г/л;

D_и - количество испарившейся воды в час, м³/ч.