racionalnost izbora radnih parametara i opreme za povratno...

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: [email protected]

Proto~ni sistem koristi vodu iz otvorenih vodotokova reka. Zbog niè

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

moè biti vi{a od 35 °C, {to u letwem reìmu moè 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 ìvotne 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 moè 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 niè. 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% niì od stepena iskori{}ewa adekvatnog po-

vratno hla|enog postrojewa.


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 raspoloìvih 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 nepoèqnim, 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 raspoloìvi. Investiciona ulagawa u

vla`ne rashladne torweve sa prirodnom promajom su relativno visoka, 6-9 $/kW.

Eksploatacioni tro{kovi su niì, 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, raspoloìvost 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.


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.


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-


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 moè 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.

ê{ka

Na ve}im termoelektranama u ê{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.


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 izloènog 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% niì 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 reìmu 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


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-


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


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 reìma i varijante sa dvostruko

ve}om povr{inom rashladnog torwa.

Kako se da uo~iti, pritisak kondenzacije u drugoj varijanti je niì 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 predloène 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% niì

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%.


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 uloèna 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 uloènih 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 pribliìo

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”, odrànom u Vrwa~koj Bawi [8].


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 reìm 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 niì vakuum u kondenzatoru, pa bi se ova-

ko hla|eni parni blok po karakteristikama pribliìo proto~no hla|enom postro-

jewu. îwenica 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 leì 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 istraìvawe 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.


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: [email protected]

Rad primqen: 20. februara 2010.Rad prihva}en: 8. marta 2010


91

racionalnost izbora radnih parametara i opreme za povratno...

Documents