racionalnost izbora radnih parametara i opreme za povratno...
Post on 03-Mar-2020
2 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Slobodan V. Lakovi}*, Mirjana S. Lakovi},Velimir P. Stefanovi}, Mladen M. Stojiqkovi}
Ma{inski fakultet, Univerzitet u Ni{u, Ni{, Srbija
Racionalnost izbora radnih parametarai opreme za povratno hla|ewe parnog bloka
Originalni nau~ni radUDC: 621311.22:66.45.1
Stepen iskori{}ewa povratno hla|enog parnog bloka je za oko 5%ni`i od stepena iskori{}ewa proto~no hla|enog analognog blokazbog vi{e tem per a ture hla|ewa kod povratno hla|enog bloka.Vi{a temperatura rashladne vode kod povratno hla|enog parnogbloka posledica je `eqa investitora da oprema za hla|ewe (ras-hladni torwevi, cirkulacione pumpe, cevovodi) bude {to jefti-nija. Me|utim, zbog vi{e tem per a ture rashladne vode vi{i je ipritisak u kondenzatoru, {to dovodi do smawewa stepena isko-ri{}ewa postrojewa. Ovakav na~in u{tede pri izgradwi termo-energetskih postrojewa i kod nas i u svetu je kontraproduktivan.U ovom radu je na primeru referentnog objekta snage 100 MWpokazano da zamena izabranog rashladnog torwa dvostruko ve}imdovodi do zna~ajnog pove}awa energetske efikasnosti postrojewa, uzev{i u obzir i pove}awe investicionih tro{kova zbog ugradweve}eg rashladnog torwa.
Kqu~ne re~i: rashladni toraw, radni parametri, energetska efikasnost, investicije
Uvod
Termoenergetska postrojewa za svoj rad koriste velike koli~ine rashladne
vode. Rad i performanse sistema rashladne vode kondenzatora imaju zna~ajan uticaj
na efikasnost ovih postrojewa.
Radi ostvarewa zatvorenog kru`nog ciklusa transformacije toplotne
energije u mehani~ki rad neophodno je odvo|ewe toplote od ciklusa. Kod termo-
energetskih postrojewa se to ostvaruje hla|ewem kondenzatora rashladnom vodom.
Danas se primewuju proto~ni i povratni sistemi hla|ewa termoenergetskih postro-
jewa.
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
79
* Odgovorni autor; elektronska adresa: lakovic@masfak.ni.ac.rs
Proto~ni sistem koristi vodu iz otvorenih vodotokova reka. Zbog ni`e
tem per a ture rashladne vode pritisak u kondenzatoru iznosi od 0,035 do 0,060 bar.
Ograni~ewa ovog sistema svode se na ~iwenicu da su reke dovoqnog protoka naj~e{-
}e suvi{e daleko od rudnika ugqa. Mawi vodotokovi nisu prihvatqivi zbog ekolo{-
kih normi da porast tem per a ture vode u reci zbog hla|ewa kondenzatora bude najvi-
{e 4 °C. Osim toga, u ve}ini evropskih zemaqa temperatura vode na ulazu u reku ne
mo`e biti vi{a od 35 °C, {to u letwem re`imu mo`e da predstavqa veliki prob lem.
Kod proto~nog sistema hla|ewa, potrebno je obezbediti dovoqnu koli~inu
proto~ne hladne vode, kako bi se obezbedio pun kapacitet hla|ewa. U doglednoj
budu}nosti, ve}i gubici }e svakako biti uo~qivi na postoje}im termoenergetskim
postrojewima, ukoliko se budu}i kapaciteti budu projektovali u skladu sa narasta-
ju}im zahtevima za o~uvawem `ivotne sredine, ali i sa planiranom prilagod-
qivo{}u na nastale klimatske promene. Naime, bi}e neophodno da se pri projekto-
vawu novih kapaciteta ukqu~e nove tehnologije kojima bi se uticaj porasta tem per a -
ture okoline na rad postrojewa sveo na min i mum, tehnologije smawewa potro{we
vode za hla|ewe termoelektrana, planirawe na lokalnom i regionalnom nivou kako
bi se predupredili uticaji oluja i su{a, poboq{ano predvi|awe uticaja globalnog
zagrevawa na obnovqive izvore energije na regionalnim i lokalnim nivoima, kao i
stvarawe akcionih planova i izve{taja za o~uvawe i energije i vode.
Danas se u svetu od ukupne potro{we vode na pi}e odnosi 26%, a na hla|ewe
60-80%. Pouzdano se mo`e re}i da nedostatak proto~ne rashladne vode predstavqa
limitiraju}i faktor u izgradwi novih i pro{irivawu postoje}ih energetskih i
industrijskih kapaciteta i da }e se ovaj prob lem, s obzirom na ograni~enost vodenih
resursa u budu}nosti postavqati u sve o{trijem vidu [1].
Kada nema uslova da se primeni proto~no, koristi se povratno hla|ewe
kondenzatora termoenergetskih postrojewa. Kod ovog na~ina hla|ewa uslovno se
koristi jedna ista koli~ina vode koja je posrednik pri predaji toplote od kondenza-
tora atmosferskom vazduhu. Sistemi za povratno hla|ewe mogu se podeliti na
slede}i na~in:
Pri izgradwi postrojewa razumqiva je ̀ eqa investitora da su investicije
u sistem povratnog hla|ewa {to ni`e. Zbog toga su tem per a ture kondenzacije pa
time i pritisak u kondenzatoru vi{i u pore|ewu sa postrojewima hla|enim
proto~nom vodom. Kao rezultat ovakvog pristupa u izgradwi termoenergetskih
postrojewa imamo ~iwenicu da je stepen iskori{}ewa povratno hla|enog termo-
energetskog postrojewa za oko 5% ni`i od stepena iskori{}ewa adekvatnog po-
vratno hla|enog postrojewa.
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
80
Zbog svojih tehni~kih karakteristika vla`ni rashladni torwevi sa pri-
rodnom promajom su pogodni za primenu na baznim blokovima ve}e snage. Ograni~e-
nost raspolo`ivih terena na lokaciji ~ini primenu ovih torweva povoqnijom od
ostalih sistema, naro~ito u slu~aju velikih koncentracija kapaciteta na jednom
mestu. Wihove velike dimenzije mogu ih u~initi estetski nepo`eqnim, ali su eko-
lo{ki (toplotno zaga|ewe atmosfere, buka) povoqniji od bazena i vla`nih rashlad-
nih torweva sa prinudnom promajom. Koli~ina vode koja se na ra~un isparavawa gubi
~ini oko 1,5-3% koli~ine vode potrebne za hla|ewe, ali ovi torwevi imaju, kao
pravilo, nepogodniji vakuum, a cena proizvedenog kWh je za 2-5% (u zavisnosti od
cene goriva) ve}a od cene kWh pri proto~nom hla|ewu. Zbog odsustva mehani~kih i
elektri~nih komponenti vrlo visoko su raspolo`ivi. Investiciona ulagawa u
vla`ne rashladne torweve sa prirodnom promajom su relativno visoka, 6-9 $/kW.
Eksploatacioni tro{kovi su ni`i, tako da su ukupno povoqniji za snage iznad
150-200 MW.
Primena sistema za povratno hla|ewe u svetu
Primena pojedinih sistema za hla|ewe kondenzatora zavisi od velikog
broja lokalnih ~inilaca tako da je prakti~no nemogu}e definisati jednu ustaqenu
praksu za {iri re gion ili geografsku {irinu. Zato }emo ovde prikazati praksu u
pojedinim zemqama, imaju}i u vidu razli~ite klimatske uslove, raspolo`ivost vode
za hla|ewe, u~e{}e termoelektrana (konvencionalnih i nuklearnih) u ukupnoj pro-
izvodwi elektri~ne energije, lokalne geografske uslove i ekonomske sisteme u
pojedinim zemqama.
Belgija
U Belgiji se primewuje i proto~no i povratno hla|ewe. Za proto~no se
koristi voda iz kanala (me{ovito morska i slatka voda), a za povratno hla|ewe se
primewuju vla`ni rashladni torwevi. Suvi torwevi se ne primewuju.
Naj~e{}e se primewuju vla`ni rashladni torwevi sa prirodnom promajom,
i za blokove mawih snaga. Za blok od 110 MW koristi se toraw visine 75 m, pre~nika
69,5 m, a za blok od 130 MW visine 83,5 m, pre~nika 67 m. Torwevi su hiperboloidni
sa quskom od armiranog betona.
Bugarska
U Bugarskoj se primewuje i proto~no i povratno hla|ewe. Za proto~no
hla|ewe koriste re~nu vodu. Nuklearna elektrana „Kozloduj” locirana je na Dunavu.
Rashladna jezera koriste se i za blokove ve}ih snaga. Za jedan blok snage
600 MW povr{ina jezera iznosi 5,45 km2. Ne planira se daqa primena sistema
povratnog hla|ewa pomo}u jezera zbog nepovoqnih prirodnih uslova i vrlo
velikih tro{kova za otkup i pripremu terena.
Na ve}im termoelektranama u centralnom delu Bugarske primewuje se
povratni sistem hla|ewa vla`nim rashladnim torwevima sa prirodnom promajom.
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
81
Gr~ka
U Gr~koj se primewuje proto~no hla|ewe kori{}ewem morske vode. Za
povratno hla|ewe koriste se vla`ni rashladni torwevi. Rashladna jezera, suvi
torwevi i kombinovani sistemi se ne primewuju.
Engleska
U Engleskoj se hla|ewe na ve}im elektranama, naro~ito nuklearnim, obav-
qa proto~no, morskom vodom. Zna~ajno je i u~e{}e povratnog hla|ewa kori{}ewem
vla`nih rashladnih torweva sa prirodnom promajom. U primeni su tako|e i suvi
rashladni torwevi i rashladna jezera. Rashladno jezero za blok snage 500 MW ima
povr{inu od 4,5 km2.
Tipi~ni vla`ni rashladni toraw sa prirodnom promajom je hiperbo-
loidni. Gradi se od armiranog betona, cevovodi su od azbestcementa sa ispunom od
valovitog salonita ili od plasti~ne mase. Dimenzije ovakvog torwa za termo-
elektranu od 660 MW su visina 160 m i pre~nik 110 m.
Suvi rashladni toraw za blok od 120 MW ima visinu 107 m, pre~nik 99 m,
protok vode 4,5 m3/s i ostvaruje temperaturu kondenzacije 30,5 °C pri temperaturi
vazduha 11 °C.
Nema~ka
U svim slu~ajevima kada je mogu}e koristi se proto~no hla|ewe, i radi
izbegavawa zakonskih ograni~ewa, primewuje se i dopunsko hla|ewe (kombinovani
rashladni sistem). Zakonska ograni~ewa su dvojaka. U nekim pokrajinama maksi-
malna dozvoqena temperatura reke, posle me{awa sa rashladnom vodom ne sme pre}i
28 °C, a u drugim, maksimalno pove}awe tem per a ture vode u reci iznosi 41 °C. Realno
je o~ekivati daqe poo{travawe ovih ograni~ewa.
U novijim postrojewima uglavnom se koristi povratno hla|ewe sa vla`nim
rashladnim torwevima. Koriste se i rashladna jezera (uglavnom za dopunsko
hla|ewe) kao i suvi rashladni torwevi (za postrojewa mawe snage).
Vla`ni rashladni torwevi sa prirodnom promajom imaju relativno veliki
odnos visine i pre~nika (1,3-1,6). Grade se od armiranog betona sa ispunom od drveta,
plasti~nih masa ili azbesta. Tipi~ne dimenzije za blok od 600 MW su: visina 160 m i
pre~nik 100 m. Visina torwa za blokove velikih snaga (1000 MW za konvencionalne
i 1200 MW za nuklearne elektrane) iznosi 180-200 m.
Italija
Za proto~no hla|ewe koriste i morsku i re~nu vodu: sredwa temperatura
re~ne vode je 16 °C, a morske 20 °C, pa se mo`e dosti}i vakuum od 0,048 bar pri hla|ewu
re~nom, odnosno 0,052 bar pri hla|ewu morskom vodom.
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
82
Za povratno hla|ewe koriste se vla`ni rashladni torwevi sa prirodnom i
prinudnom cirkulacijom vazduha.
Ma|arska
Prirodni vodeni sistem u Ma|arskoj (reke Dunav i Tisa) omogu}avaju pro-
to~no hla|ewe i na velikim termoenergetskim postrojewima. Me|utim, za termo-
elektrane na lignit, lociranim uz rudnike, primewuje se povratno hla|ewe vla`-
nim rashladnim torwevima.
Temperatura kondenzacije pri proto~nom hla|ewu (za temperaturu rashlad-
ne vode 12 °C) iznosi 27 °C, a pri povratnom (temperatura vode 5-25 °C) 28-38 °C.
Poqska
Sredwi protoci dveju najve}ih reka (Visla i Odra) omogu}uju rad
kondenzacionih termoelektrana velikih snaga (1000-1200 MW) sa proto~nim hla|e-
wem. I perspektivni planovi daju prednost proto~nom hla|ewu, do potpunog isko-
ri{}ewa kapaciteta reka, vode}i ra~una o ograni~ewima, po kojima temperatura
reke posle me{awa sa rashladnom vodom ne sme pre}i 26 °C, a maksimalna tem pera-
tura vode na izlazu iz kondenzatora ne sme biti vi{a od 35 °C.
S obzirom na rast broja i snage blokova termoelektrana zna~ajno je u~e{}e
postrojewa sa povratnim hla|ewem kondenzatora. Najvi{e su u primeni vla`ni ras-
hladni torwevi sa prirodnom promajom. Razmatra se i primena suvih rashladnih
torweva (za termoelektrane 2 ´ 200 MW), a primewuje se i kombinovani sistem
(dopunsko hla|ewe obavqa se torwevima sa prinudnom promajom).
Tipi~ni rashladni toraw sa prirodnom promajom za blok snage 200 MW ima
visinu 100 m i pre~nik 79 m. Gradi se od armiranog betona sa ispunom od ravnih salo-
nitnih ili drvenih plo~a ili od sa}a od plasti~nih materijala.
SAD
Zbog ekspanzije elektroenergetskog sistema SAD i poo{trewa zakonskih
ograni~ewa u vezi za{tite od toplotnog zaga|ewa reka i jezera, potrebe za po-
vratnim hla|ewem su veoma porasle posledwih godina. Oko 2/3 kapaciteta izgra-
|enih u posledwih 20 godina koristi povratno hla|ewe. U primeni su razni sistemi
povratnog hla|ewa: bazeni sa rasprskavawem, rashladna jezera, suvi i vla`ni
rashladni torwevi.
Najmawe 2/3 svih sistema za povratno hla|ewe odnosi se na vla`ne rashladne
torweve. Razvoj rashladnih torweva (Ecodyne, Marley, West ing house i drugi) je usme-
ren na usavr{avawe wihovih karakteristika, redukciju ili eliminaciju magqewa,
minimalizaciju potro{we vode i drugo.
Uo~qivo je veliko u~e{}e vla`nih torweva sa prinudnom promajom, {to
zna~i da su oni, za ameri~ke uslove, i pored relativno velikih kapaciteta jedinica,
u ukupnim ekonomskim efektima povoqniji. Vla`ni torwevi sa prirodnom pro-
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
83
majom koriste se za vrlo velike jedinice (na primer, samo jedan toraw visine 150 m za
nuklearnu elektranu „Tro jan” snage 1130 MW).
Rusija
U Rusiji snaga termoelektrane na jednoj lokaciji iznosi 2000-4000 MW i
vi{e, {to zahteva 100-200 m3/s rashladne vode. Izbor proto~nog hla|ewa, me|utim,
ograni~avaju prirodni uslovi i propisi o za{titi okoline. Danas naj{iru primenu
imaju proto~ni sistem, i povratni sistem, hla|ewa rashladnim jezerima. Tamo gde ti
uslovi ne postoje koriste se vla`ni rashladni torwevi.
Koriste se i prirodna i ve{ta~ka rashladna jezera i uglavnom rashladni
torwevi sa prirodnom promajom (ventilatorske torweve demontiraju i zamewuju
prirodnim). Prirodni torwevi se grade od metalnog rama, pokrivenog alumini-
jumom sa plasti~nom ili azbestnom ispunom.
Francuska
Proto~no hla|ewe termoelektrana i nuklearnih elektrana u Francuskoj
ograni~eno je propisom da temperatura re~ne vode posle me{awa sa rashladnom
vodom mora biti ispod 30 °C, {to u letwem periodu mo`e dovesti i do iskqu~ivawa
nekih blokova. Zato se primewuje dopunsko hla|ewe, uglavnom rashladnim torwe-
vima. Rashladna jezera izbegavaju se zbog visoke cene zemqi{ta.
Primewuju se prvenstveno vla`ni rashladni torwevi sa prirodnom proma-
jom i za mawe termoelektrane. Suvi rashladni torwevi se ne primewuju.
Rashladni torwevi sa prirodnom promajom grade se od armiranog betona sa
ispunom od salonita. Tipi~ne dimenzije torwa za blok od 200 MW su: visina 99 m i
pre~nik 92/74 m. Primewuju se ispune sa filmskom ili kapqi~astom raspodelom
vode.
^e{ka
Na ve}im termoelektranama u ^e{koj primewuju se sistemi za povratno
hla|ewe, zbog orografskih, klimatolo{kih i ekonomskih uslova. Za sve nove i
planirane elektrane predvi|eno je povratno hla|ewe kori{}ewem vla`nih
rashladnih torweva. Ne primewuju se suvi rashladni torwevi. U primeni su torwevi
sa prirodnom i prinudnom promajom. Ve}i blokovi koriste hiperboloidne torweve
sa prirodnom promajom.
Tipi~ne dimenzije ventilatorskog torwa: za 110 MW (11 }elija dimenzija
16,2 ´ 13,6 ´ 11,5 m) imaju ventilatore snage 80 kW sa pre~nikom elise 8 m. Tipi~an
hiperboloidni rashladni toraw sa prirodnom promajom za blok od 200 MW ima
visinu 100 m i pre~nik 75 m. Quska se gradi od armiranog betona, a ispuna od ravnih
salonitnih plo~a.
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
84
Srbija
Termoelektrane u Srbiji koriste i proto~no i povratno hla|ewe. Za
proto~no hla|ewe koristi se Dunav (TE „Kostolac”), Sava (TE „Nikola Tesla”,
Obrenovac) i Velika Morava (TE „Morava’’). Osnovni prob lem je {to su Sava i
Velika Morava daleko (oko 100 km) od Kolu-
barsko-Tamnavskog ugqenog basena ~iji lignit
elektrane koriste.
Povratno hla|ewe se koristi u TE „Kolu-
bara A” gde su u primeni vi{e}elijski ventila-
torski vla`ni rashladni torwevi. Vla`ni ras-
hladni torwevi koriste se na Kosovu i Meto-
hiji, i to ventilatorski na TE „Kosovo A” i sa
prirodnom promajom na TE „Kosovo B”.
U planu je kori{}ewe proto~nog hla|ewa u
TE „Nikola Tesla C”, na bloku snage 620 MW, ko-
ri{}ewem vode iz reke Save. Tako|e se planira
i povratno hla|ewe TE „Kolubara B”, snage 2 ´
350 MW primenom vla`nog rashladnog torwa sa
prirodnom promajom.
Iz izlo`enog se vidi da je primena povratnog
hla|ewa kori{}ewem vla`nih rashladnih tor-
weva {iroko zastupqena u savremenom svetu.
Zbog vi{e tem per a ture kondenzacije u na{im
orografskim i klimatskim uslovima stepen is-
kori{}ewa povratno hla|enog postrojewa je za
oko 5% ni`i od stepena iskori{}ewa analognog
proto~no hla|enog postrojewa [2].
Postavka zadatka
Re~eno je da je ̀ eqa investitora da rashladni
sistem bude {to jeftiniji. Zbog toga se on pro-
jektuje tako da temperatura rashladne vode na
izlazu iz torwa u letwem re`imu iznosi 28-35 °C.
Osnovni zadatak ovog rada je da se utvrdi da li je
izbor parametara hladnog kraja i na osnovu wih
projektovana oprema za povratno hla|ewe
parnog bloka ekonomski opravdan. Na sl. 1. dat je
pregled investicionih ulagawa u sistem hla|e-
wa elektrana.
Kao referentni objekat za razmatrawe u
okviru ovog rada uzet je parni blok snage 100 MW
sa temperaturom rashladne vode 28 °C. U ciqu
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
85
Slika 1. Specifi~na ulagawau sistem za povratno hla|eweparnog bloka Usvojeno: jezero 3,5 $/kW,bazen sa raspr{ivawem 3,0 $/kW,vla`ni toraw - prirodna promaja7,1 $/kW, vla`ni toraw -ve{ta~ka promaja 5,5 $/kW,suvi toraw - prirodna promaja21 $/kW, suvi toraw - ve{ta~kapromaja 16 $/kW
prou~avawa uticaja promene parametara atmosferskog vazduha na performanse
sistema za hla|ewe i promenu pritiska u kondenzatoru, razmatran je pojednos-
tavqen model termoenergetskog postrojewa sa pregrevawem pare.
Radi jednostavnosti razmatrawa, sistem za regeneraciju toplote, koji se kod
realnih postrojewa sastoji od 3-6 zagreja~a visokog pritiska i 1-3 zagreja~a niskog
pritiska, u ovom primeru je predstavqen jednim povr{inskim zagreja~em visokog
pritiska i jednim zagreja~em sa me{awem niskog pritiska, bez nekog zna~ajnog gubitka u
verodostojnosti o~ekivanog pona{awa ciklusa. Sistem je kaskadnog tipa. Tako|e zbog
jednostavnosti razmatrawa, koeficijenti prolaza toplote smatrani su konstantnim.
Ovakva upro{}ena {ema termoenergetskog postrojewa prikazana je na sl. 3.
Kondenzator navedenog postro-
jewa hladi se vodom, koja je pret-
hodno ohla|ena u odgovaraju}em
rashladnom torwu sa prirodnom
cirkulacijom, kao {to je prikaza-
no na sl. 2.
Osnovni zadatak je da se utvrdi
da li je u{teda na visini investi-
cija u rashladni sistem ekonomski
opravdana. Ideja je bila da se utvr-
di kako bi se na energetsku efikas-
nost bloka odrazila zamena posto-
je}eg rashladnog torwa dvostruko
ve}im. Ostali ~inioci (atmosfer-
ski parametri, protok vode kroz
kondenzator, sam kondenzator, sna-
ga postrojewa, koeficijent prola-
za toplote i mase) ostali su nepro-
meweni.Kori{}ewem iznetih elemena-
ta, primenom programa koji su au-tori ovog rada razvili na Ma{inskom fakultetu u Ni{u [3, 4] do{li smo do rezul-tata prikazanih u tabl. 1, gde je prva varijanta postoje}e stawe, a druga varijanta sadvostruko ve}im rashladnim torwem. U tabl. 1. date su samo osnovne vrednosti od in-teresa za daqu analizu, dok su u tabl. 2 prikazani svi rezultati numeri~kesimulacije rada rashladnog torwa za prvu i drugu varijantu.
Pri ovome je pritisak kondenza-
cije odre|en iz karakteristike
kondenzatora koju su autori uradi-
li i ranije predstavili [5, 6]. Na sl.
4. prikazana je zavisnost pritiska
kondenzacije od tem per a ture ras-
hladne vode pri razli~itim proto-
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
86
Slika 2. Povratno hla|ewe kondenzatora(1) ‡ kondenzator, (2) ‡ cirkulaciona pumpa,(3) ‡ dopunska voda, (4) ‡ dovod hlora,(5) ‡ pokazateq nivoa, (6) ‡ rashladni toraw,(7) ‡ atmosferski vazduh, (8) ‡ sabirni bazen,(9) ‡ prijemni bazen, (10) ‡ prijemni ventilpumpe
Tablica 1. Tem per a ture rashladne vodei pritisak kondenzacije
Varijanta tw1 [°C] tw2 [°C] pk [bar]
I 37,5 27,16 0,074
II 37,5 24,22 0,060
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
87
Tablica 2. Rezultati numeri~ke simulacije
Ulazni parametri Varijanta I Varijanta II
Visina ispune 1,80 m 1,80 m
Dotok vode 4000 kg/s 2000 kg/s
Temperatura vode na ulazu 37,50 °C 37,50 °C
Protok vazduha 3600 kg/s 3600 kg/s
Temperatura vazduha na ulazu 25,8 °C 25,8 °C
Temperatura vla`nog termometra 22,00 °C 22,00 °C
Pritisak vazduha 1013,25 mbar 1013,25 mbar
Relativna vla`nost vazduha 71,90% 71,90%
Apsolutna vla`nost vazduha 015011 kg/kg 015011 kg/kg
Izlazni parametri
Razmewena koli~ina toploteVoda: 180196,067 kW
Vazduh: 179980,294 kW
Voda: 115419,011 kW
Vazduh: 115097,664 kW
Koli~ina isparene vode 1,51% 1,97%
Temperatura ohla|ene vode 27,16 °C 24,22 °C
Raspon hla|ewa 10,34 °C 13,28 °C
Temperatura izlaznog vazduha 32,71 °C 29,66 °C
Relativna vla`nost vazduha na izlazu 99,41% 97,58%
Apsolutna vla`nost vazduha na izlazu 0,031744 kg/kg 0,025962 kg/kg
Entalpija izlaznog vazduha 114197 J/kg 96174 J/kg
Slika 3.Upro{}ena{ematermoenergetskogpostrojewakoje radi poRankinovomciklusu
cima pare kroz kondenzator. Sa dijagrama na sl. 4 se mogu o~itati pritisci
kondenzacije za obe varijante, varijantu projektnog re`ima i varijante sa dvostruko
ve}om povr{inom rashladnog torwa.
Kako se da uo~iti, pritisak kondenzacije u drugoj varijanti je ni`i za 1,4 kPa,
{to nas vodi direktnom zakqu~ku da }e i stepen iskori{}ewa postrojewa biti zna-
~ajno poboq{an ukoliko se na ra~un pove}awa povr{ine rashladnog torwa snizi
temperatura rashladne vode kondenzatora, pri svim ostalim nepromewenim uslo-
vima.
Na osnovu prihva}enog stava da promena pritiska kondenzacije za ±1 kPa
izaziva promenu stepena iskori{}ewa od ±1,0 do 1,2% [7] zakqu~ili smo da zamena
postoje}eg rashladnog torwa dvostruko ve}im dovodi do pove}awa stepena isko-
ri{}ewa za 1,4%.
Ekonomska analiza predlo`ene druge varijante
U nau~no-stru~noj javnosti je prihva}en stav da je zbog vi{e tem per a ture
kondenzacije stepen iskori{}ewa povratno hla|enog parnog bloka za oko 5% ni`i
od stepena iskori{}ewa proto~no hla|enog analognog bloka. Kao {to je u prethod-
nom izlagawu pokazano, zamenom standardnog rashladnog torwa sa prirodnom cirku-
lacijom dvostruko ve}im torwem sredwi godi{wi stepen iskori{}ewa postrojewa
pove}a}e se za najmawe 1%.
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
88
Slika 4. Varijanta karakteristike kondenzatora
Pri oceni ekonomske opravdanosti ovakve investicije kori{}eni su sle-
de}i elementi:
‡ nominalna snaga bloka 100 MW,
‡ godi{wi broj sati rada 6000,
‡ stepen vremenskog iskori{}ewa nominalne snage 0,65,
‡ visina specifi~nih investicija u rashladni toraw sa prirodnom cirkulacijom
9 €/kW,
‡ kamata na ulo`ena sredstva 6%, i
‡ cena proizvedene energije na pragu elektrane 4 c€/kWh.
Pri ovim uslovima je
‡ godi{wa proizvodwa energije:
w = 0,65×6000×108×103 = 390 000 000 kWh (1)
‡ dopunska proizvodwa zbog pove}awa stepena iskori{}ewa za 1%
Dw = 0,01×w = 3 900 000 kWh (2)
‡ ekonomski efekat ove dopunske proizvodwe
C = 0,04×3,9×106 = 156 000 € (3)
‡ visina investicija u dopunski toraw pri toplotnoj snazi torwa 160 MW
T = 160000×8×(1 + 0,06) = 1 356 800 (4)
Na osnovu ovih elemenata, pe riod amortizacije ulo`enih sredstava iznosi
t = T/C = 8 godina (5)
Vidi se da je amortizacioni pe riod zna~ajno mawi od istog za ~itavo
postrojewe.
Zakqu~ak
Izneta okvirna analiza nedvosmisleno pokazuje da je investiciona u{teda
pri izgradwi rashladnih torweva kontraproduktivna. Sa ovim je u uzro~no-
-posledi~noj vezi izbor parametara hladnog kraja ‡ pritisak i temperatura kon-
denzacije. Da bi se stepen iskori{}ewa povratno hla|enog parnog bloka pribli`io
stepenu iskori{}ewa proto~no hla|enog parnog bloka neophodno je da projektni
pritisak kondenzacije ne bude ve}i od 0,06 bar. Ovaj ciq je primenom standardnih
rashladnih torweva te{ko ostvariv. To obja{wava dosada{wu praksu u izboru
pritiska kondenzacije kod ovakvih blokova. Znatno racionalnije re{ewe je prime-
na efikasnijih rashladnih torweva. O jednom od takvih re{ewa autori su izvestili
na Simpozijumu „Elektrane 2008”, odr`anom u Vrwa~koj Bawi [8].
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
89
Ispuna panelnog rashladnog torwa ima {irinu kanala izme|u dve susedne
plo~e 12‡20 mm, zbog ~ega je povr{ina prenosa toplote i mase znaajno ve}a u odnosu
na standardne ispune, a re`im strujawa vode i vazduha povoqniji. Zbog toga panelni
rashladni torwevi imaju znatno mawu visinu zone hladewa vode u pore|ewu sa torwe-
vima koji su danas u primeni. To dozvoqava ni`i vakuum u kondenzatoru, pa bi se ova-
ko hla|eni parni blok po karakteristikama pribli`io proto~no hla|enom postro-
jewu. ^iwenica da investicioni i eksploatacioni tro{kovi nisu ve}i nego za kon-
vencionalni toraw tako|e preporu~uje ovaj tip torwa za znatno {iru primenu.
Pravo re{ewe le`i u primeni takvog torwa u sprezi sa odgovaraju}im kon-
denzatorom. Autori pretpostavqaju da bi se radilo o ne{to uve}anom standardnom
kondenzatoru. Koliko bi to uve}awe bilo utvrdilo bi se optimizacijom sistema ras-
hladni toraw ‡ kondenzator sa ciqnom funkcijom ‡ pritisak kondenzacije 0,06 bara.
Literatura
[1] Lakovi}, S., Stojiljkovi}, M., Lakovi}, M., To day's Con di tion and the Fu ture of the Cool ingTow ers, ASME-ZSIS In ter na tional Ther mal Sci ence Sem i nar (ITSS II Pro ceed ings), BledSlovenia, June 13-16, 2004
[2] Mihajlov, J., Termoelektrane, projektovawe i izgradwa, Tehni~ka kwiga, Zagreb,1965.
[3] Lakovi}, M., Uticaj uslova rada hladnog kraja na energetsku efikasnost parnog monobloka, Magistarski rad, Ma{inski fakultet u Ni{u, Ni{, 2005.
[4] Stefanovi}, V., Stefanovi}, V., Teorijsko i eksperimentalno istra`ivawe lokal-nog intenziteta prenosa toplote i mase u ispuni vla`nih rashladnih torweva,Doktorska disertacija, Ma{inski fakultet u Ni{u, Ni{, 2000.
[5] Lakovi}, M., Lakovi}, S., Mitrovi}, D., Sim u la tion of the Con ven tional Power Plant Tur -bine-Con denser Sys tem, Simpozijum termi~ara Srbije, Pro ceed ings on CD-ROM, Simterm2007, Soko bawa, 2007.
[6] Lakovi}, S., Lakovi}, M., @ivkovi}, D., Mitrovi}, D., Uticaj dimenzija i uslova rada kondenzatora na energetsku efikasnost parnog monobloka, Zbornik na kompaktdisku, Simpozijum „Elektrane 2004”, Vrwa~ka bawa, 2004.
[7] Truhnii, A. D., Losev, S. M., Sta tion ary Steam Tur bines, Energoizdat, Mos cow, 1981[8] Lakovi}, S., Lakovi}, M., Perspektiva primene panelnog rashladnog torwa za
hla|ewe termoelektrane, Zbornik na kompakt disku, Simpozijum „Elektrane 2004”,Vrwa~ka bawa, 2008.
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
90
Ab stract
Ra tio nal ity of Choice of Work ing Pa ram e ters andEquip ment for Power Plant Close-Cy cle Cool ing
by
Slobodan V. LAKOVI]*, Mirjana S. LAKOVI],Velimir P. STEFANOVI], and Mladen M. STOJILJKOVI]
Fac ulty of Me chan i cal En gi neer ing, Uni ver sity of Ni{, Ni{, Serbia
Ef fi ciency co ef fi cient of the steam power plant with closed-cy cle cool ing sys temis lower for about 5% than ef fi ciency of the sim i lar plant with once-through cool ing sys -tem, due to higher cool ing tem per a ture in the closed-cy cle cool ing sys tem. One of therea sons for higher cool ing tem per a ture is in ves tor de sire to de crease in vest ments in cool -ing equip ment (cool ing tow ers, cir cu la tion pumps, pipe lines). How ever, higher tem per a -ture of the cool ing wa ter leads to in crease of the con dens ing pres sure. In creased pres surein the con denser leads to de crease of en ergy ef fi ciency of the plant. This way of sav ings incon struc tion of ther mal power plants in our coun try and the world is coun ter pro duc tive.
In this pa per, on the ex am ple of the ref er ence 100 MW plant, it is shown that re -place ment of the se lected cool ing tower with twice larger one, leads to en ergy ef fi ciencyin creas ing, even with larger in vest ments in build ing larger cool ing tower.
Key words: cool ing tower, work ing pa ram e ters, en ergy ef fi ciency, in vest ments
*Cor re spond ing au thor; e-mail: lakovic@masfak.ni.ac.rs
Rad primqen: 20. februara 2010.Rad prihva}en: 8. marta 2010
S. V. Lakovi} i dr.: Racionalnost izbora radnih parametara i opreme za ...TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 79‡91
91
top related