Эффективность работы турбоустановки Т-180/210-130 Комсомольской ТЭЦ-3 в летнее время во многом определяется степенью охлаждения циркуляционной воды в градирне. Отработавший в турбоагрегате пар поступает в конденсатор, в котором циркуляционная вода, идущая из градирни, охлаждает пар, в результате чего он конденсируется. Нагретая вода, подается обратно в градирню, где разбрызгивается и охлаждается потоком атмосферного воздуха.
Проблема неэффективной работы градирни особенно остро встает в летний период, когда необходимо охладить воду, имеющую на выходе из конденсатора температуру 30-33 ºС, воздухом, температура которого в летние месяцы может достигать 28-32 и более градусов. Недоохлаждение воды в градирне приводит к ухудшению вакуума в конденсаторе пара и, следовательно, к уменьшению выработки электроэнергии и снижению КПД энергоблока.
Для решения этой проблемы рассмотрена возможность применения вихревого эффекта Ранка-Хильша. Суть его заключается в разделении воздуха, газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре – закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в обратную сторону, чем на периферии. Это явление было открыто в 1931 г. французским инженером Жозефом Ранком и получило название вихревого эффекта Ранка - Хильша, т.к. немец Роберт Хильш продолжил исследование этого эффекта во второй половине 1940-х годов и улучшил эффективность вихревой трубы.
Стоит отметить, что вихревой эффект, несмотря на довольно продолжительный срок исследований, до сих пор не имеет единого, общепризнанного научного объяснения. В частности, почему на периферии образуется закрученный поток горячего воздуха, а в центре - холодного? На первый взгляд кажется, что должно быть наоборот. Одним из вариантов объяснения может быть следующий. Воздух поступает в трубу тангенциально. В поперечном сечении трубы образуется свободный вихрь, угловая скорость которого велика у оси и мала у периферии трубы. В результате трения избыток энергии от внутренних слоев передается внешним, повышая их температуру. Процесс происходит настолько быстро, что термического равновесия не наступает.
Описанный эффект можно применить для улучшения работы энергоблока ТЭЦ в летние месяцы. В вихревую трубу (рис.), подаётся сжатый воздух, где он разделяется на два потока – холодный и горячий.
Схема предлагаемого варианта решения
Холодный воздух направляется в градирню 5, где он распределяется с помощью кольцевого коллектора по периметру градирни, а т.к. воздух после вихревой трубы будет иметь низкие температуры, то получаемая смесь воздуха будет иметь меньшую температуру, чем атмосферный воздух. Это приведет к снижению температуры циркуляционной воды, подаваемой насосом 8 в конденсатор 4 и, следовательно, позволит сохранять нужный в нем вакуум. Горячий воздух из вихревой трубы направляется к горелкам 2 парового котла 1. Таким образом, использование эффекта Ранка - Хильша применительно к ТЭЦ может дать двойную выгоду: улучшить работу градирни и получить экономию котельного топлива.
Проведенный патентный поиск показал, что предлагаемый способ обладает новизной. В результате был получен патент на полезную модель №130627.