градирня. диссертация по градирне. Анализ эксплуатационных особенностей совс роль совс в работе современных тэц
 Скачать 4.96 Mb.
|
|
1.2 Проблемы эксплуатации напорных водоводов. Основной проблемой при эксплуатации напорных водоводов является постоянный рост гидравлического сопротивления /29,87,96/, на величину которого влияют скорость движения теплоносителя, длина и диаметр проходного сечения трубопровода, состояние внутритрубной поверхности и химические свойства перекачиваемой воды. Если считать физические свойства жидкости и длину трубопровода практически неизменными, тона гидравлическое сопротивление в большей степени влияют характеристики внутренней поверхности трубопровода, включая диаметр проходного сечения, который влияет на скорость движения рабочей среды. Коррозия внутренней поверхности трубопроводов, вызванная многими причинами, приводит к изменению рельефа внутренней поверхности трубопровода, к увеличению шероховатости и к увеличению скорости накопления отложений. Образование слоя отложений на поверхности ведет к ухудшению её гидродинамических свойств за счет сужения проходного сечения трубопровода, и за счет увеличения шероховатости поверхности. Потери на трение вычисляются по формуле Дарси/68,76 /: 5 2 2 d A g d V L P тр тр (1.1) Те. потери на трение обратно пропорциональны пятой степени диаметра проходного сечения трубы. Все перечисленные факторы являются причинами резкого увеличения гидравлического сопротивления и, как следствие, перерасхода электрической энергии на привод циркуляционных насосов В диссертационной работе Рыженкова А.В./91 / показано, что в процессе эксплуатации отечественных систем теплоснабжения гидравлическое сопротивление многократно возрастает вследствие протекания коррозионных процессов и накопления отложений на внутренних поверхностях трубопроводов 20 систем теплоснабжения. Сужение проходных сечений трубопроводов приводит к необходимости постоянно повышать давление перекачиваемой среды для обеспечения расчетного расхода теплоносителя. В свою очередь повышение магистрального давления приводит к снижению надежности и эффективности работы трубопроводных сетей систем теплоснабжения как за счет увеличения количества аварий, связанных с разрывом трубопроводов и образованием свищей, таки за счет эксплуатации оборудования перекачивающих станций не в номинальном режиме, приводящей к увеличению скорости износа насосных агрегатов и снижению их КПД. Анализ отечественных и зарубежных публикаций показывает, что применительно к системам теплоснабжения для существенного снижения гидравлического сопротивления трубопроводов в практическом плане могут рассматриваться три группы способов - способы, основанные на вводе в поток теплоносителя полимерных молекул (эффект Томса)/116/; - способы, основанные на изменении параметров пограничного слоя при течении теплоносителя в трубопроводах - способы, основанные на создании макрорельефа на внутритрубных поверхностях трубопроводов. Эффект Томса заключается в существенном снижении гидравлического сопротивления трубопровода при кондиционировании теплоносителя небольшими концентрациями полимерных молекул. К настоящему времени проведено достаточно много исследований с целью определения влияния на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения молекул полимера в потоке, их молекулярной массы, химического строения, а также ряда других параметров. При этом отмечено значительное снижение сопротивления трения, уменьшение интенсивности массопереноса, уменьшение турбулентной диффузии молекул теплоносителя и снижению уровня турбулентных флуктуаций давления. Однако, на сегодняшний день полного понимания механизма процесса воздействия полимерных присадок на изменение гидравлического сопротивления по-прежнему нет. Сложность 21 явления и недостаточная изученность обусловили появление более 30 гипотез, объясняющих эффект Томса. Несмотря на высокую эффективность полимерных присадок, их применение для снижения гидравлического сопротивления в системах теплоснабжения оказалось нецелесообразным в связи с механической деструкцией молекул полимеров. Механическая деструкция обусловлена возникновением касательных напряжений при взаимодействии молекул полимеров с поверхностями рабочих колес насосов, шероховатостью поверхностей трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Способы управления пограничным слоем с использованием вдувания и отсасывания жидкости на сегодняшний день вышли на принципиально новый технический уровень за счет использования микропроцессорной техники. В частности, это способы, основанные на использовании силы Лоренца и способы, при реализации которых для снижения гидравлического сопротивления стенкам трубопроводов или каналов сообщаются высокочастотные колебания. Известен также способ снижения гидравлического сопротивления трубопроводов при создании на их внутренних поверхностях регулярного макрорельефа с профилем различной геометрической формы, к таким способам относится навивка и облунение поверхности. Несмотря на высокую эффективность существующих способов снижения гидравлического сопротивления трубопроводов на основе использования эффекта Томса, управления пограничным слоем и создания макрорельефа, их применение в системах теплоснабжения оказалось проблематичным вследствие технической невозможности их реализации в больших масштабах, неэкономичности и высоких требований к качеству теплоносителя. Вышеизложенное обуславливает необходимость разработки новых подходов к решению проблемы снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения. Анализ научно-технических изданий и публикаций показывает, что одним из перспективных решений в этом направлении является гидрофобизация внутренних поверхностей трубопроводов 22 1.3 Основные вопросы эксплуатация циркуляционных насосов СОВС. Насосное оборудование является одним из самых значительных потребителей электрической энергии. Так, на привод насосов (в основном центробежных) на некоторых ТЭЦ затрачивается до 10 % от всей вырабатываемой на станции энергии /4,17,40, 104/. В целом суммарная доля потребления эксплуатирующимися в промышленности насосным оборудованием по различным оценкам составляет от 15 до 25 % всей вырабатываемой электроэнергии. В настоящее время все более жесткие требования предъявляются к надежности эксплуатации насосного оборудования, которая может определять надежность всего технологического цикла, в котором оно используется, что особенно важно на крупных энергетических объектах. Таким образом, развитие энергосбережения определяет необходимость поиска новых подходов повышения эффективности и надежности насосного оборудования, главным образом, за счет модернизации уже эксплуатирующегося. Основным параметром, характеризующим свойства насоса сточки зрения его энергоэффективности, является КПД насоса н, который в общем случае определяется зависимостью, усредняющей КПД насоса ƞ ср в диапазоне его функционирования с учетом распределения объемов подачи воды в этом диапазоне. Очевидно, что общее повышение КПД насоса во всем рабочем диапазоне его подач в любом случае приведет к соответствующему повышению среднего КПД и к снижению затрат электроэнергии. Основной проблемой эксплуатации циркуляционных насосов оборотных систем является перерасход электроэнергии на перекачку воды. Перерасход является следствием высокого гидравлического сопротивления трубопроводов СОВС, деформации рабочих каналов насоса из-за 23 формирования на них отложений, коррозионно-эрозионных процессов, что в итоге приводит к росту затрат электростанций на собственные нужды. Электрическая мощность на перекачку воды находится по формуле H Q g N эл (1.2) 1.4 Особенности эксплуатации башенных градирен. 1.4.1 Проблемы интенсивности теплообменных процессов в градирне Тепловая эффективность башенных испарительных градирен с естественной тягой, применяемых для охлаждения оборотной воды конденсаторов турбин электростанций, характеризуется плохо прогнозируемой и неуправляемой зависимостью от внешних климатических условий, что особенно негативно сказывается на потерях в генерации энергии /84,110 /. Градирни являются главным элементом технологического процесса практически на всех электростанциях, работающих как на традиционном, таки альтернативном энергоносителе. Находящиеся в настоящее время в эксплуатации градирни советской и российской постройки далеко не всегда удовлетворяют требованиями энергоэффективного производства электрической энергии. Отмечено, что потери вырабатываемой энергии в значительной степени возникают за счет неэффективного тепломассообмена, обусловленного неоптимальной динамикой взаимодействия гидравлических и аэродинамических потоков в градирных теплообменниках Следствием этого является недоохлаждение оборотной в градирне и недостаточный уровень вакуума в конденсаторе, что отражается в целом на КПД. энергоблока и, как следствие, происходит недовыработка электроэнергии. Повышение температуры охлаждаемой воды на 1 о С, подаваемой в конденсаторы на ТЭС снижает вакуум в них на 0,5%, что 24 эквивалентно снижению мощности турбины на 0,4%, а на КЭС приводит к увеличению наг условного топлива на выработку кВт ч электроэнергии /84,85/. Ограничения по мощности, связанные с недостаточной производительностью по внутренней аэродинамике охлаждающих устройств 370 башенных градирен тепловых электростанций России, достигают значений 3,9 ГВт с колебаниями в пределах 15 % при общей установленной мощности в 122,6 ГВт./57 / Анализ литературных источников /11,21,62,93,94,102,103/ показывает, что существует множество способов интенсификации теплообмена в градирнях. Однако для их реализации, будь то способы, основанные на оптимизации расположения или геометрии брызгальных устройств, или, способы, основанные на применении новых типов оросителей, требуется полная остановка градирни на переоборудование, что ведет к временному снижению выработки электроэнергии и значительным капитальным затратам. Если даже градирня была спроектирована с учетом всех современных методики с применением новейших технических решений, то непрерывно растущий спрос на электрическую и тепловую электроэнергию все равно вызовет потребность в увеличении количества градирен и рост нагрузки на энергоблоки. В связи с этим, представляют интерес и рассматриваются методы интенсификации теплообмена в башенной градирне, не требующие ее переоборудования. 1.4.2. Эксплуатация башенных градирен в зимний период. Одной из причин снижения вырабатываемой мощности и надежности эксплуатации энергоблоков ТЭС в зимний период является обледение элементов СОВС/87/. Обледенению подвергаются функциональные элементы градирен, являющиеся самыми важными и дорогостоящими 25 элементами СОВС. Особенно интенсивно происходит обмерзание входа окон градирен. Образующиеся в период низких минусовых температур наружного воздуха наледи во входных окнах стесняют их проходное сечение, затрудняют, а иногда и прекращают проникновение воздуха в пределы градирен. Сокращается поверхность контакта охлаждаемой воды с воздухом, уменьшается расход воздуха ив результате ухудшается охладительный эффект этих сооружений. В ряде случаев наледи распространяются внутрь градирен, что приводит к поломкам, а иногда и к обрушению оросителя, и выходу из строя ее элементов при обрушении ледяных масс из области верхнего опорного кольца. Эти явления существенно снижают надежность всей оборотной системы и способны привести к аварийному прекращению эксплуатации градирен для устранения наледи, как правило, вручную. На рис. 1.2 – 1.7 представлены фотографии, полученные автором по результатам обследования градирен различных ТЭЦ г. Москвы в зимний период. Рис. 1.2. Образование льда на верхнем опорном кольце градирни №7 ТЭЦ. 26 Рис. 1.3. Туманообразование и обледенение градирни №5 ТЭЦ. Рис. 1.4. Образование льда на воздухозаборных окнах градирни № 3 ТЭЦ. 27 Рис. 1.5. Образование льда на воздухозаборных окнах градирни №6 ТЭЦ. Рис. 1.6. Образование льда на оросителе градирни №3 ТЭЦ. 28 Рис. 1.7. Разрушение внешних элементов градирни №2 ТЭЦ после падения ледяной массы. Зимняя эксплуатация башенных градирен является более сложной. Это связано с трудностями регулирования в них расхода воздуха (башенного эффекта) и со значительно более неравномерным распределением воздуха по горизонтальному сечению из-за большей площади в сравнении с вентиляторными градирнями. Обобщение методов предотвращения льдообразования в градирнях по опыту эксплуатации и литературным данным показывает, что эти методы сводятся в основном к следующему 1. Перераспределение воды по площади градирни — повышение плотности орошения в центральной части оросителя за счет полного прекращения подачи воды на его периферийную часть. 2. Создание повышенной плотности орошения — водяной завесы на периферии оросителя с уменьшением или полным прекращением подачи воды на его центральную часть. 29 3. Установка против входных окон нам над уровнем земли на расстоянии 1,5–2 мот градирни разбрызгивающих устройств, через которые подается часть (25-30%) поступающей на градирню нагретой воды. 4. Установка разбрызгивающих устройств над верхней кромкой входных окон внутри градирни. 5. Прокладка трубопровода с разбрызгивающими устройствами на уровне верхней кромки входных окон снаружи градирни при подаче в него части (25-30%) нагретой воды. 6. Установка защитного экрана входных окон на расстоянии примерном от градирни при размещении верхней кромки экрана на уровне или несколько ниже (нам) верхней кромки входных окон и при установке разбрызгивающих устройств поп. Устройство обогревающего трубопровода по периметру входных окон и по стойкам несущего каркаса при подаче в него части нагретой воды, поступающей на градирню. 8. Расположение крайних стоек опорной конструкции оросительного устройства внутри градирни на расстоянии 1,5–2 мот вертикальной плоскости входных окон. 9. Устройство над входными окнами плотного козырька (навеса) для улавливания воды, стекающей по внутренней поверхности обшивки, и для отвода этой воды вовнутрь градирни. 10. Устройство наружных тамбуров перед входными окнами градирен, навесных щитов, перекрывающих часть входных окон, поворотных щитов во входных окнах и внутреннего экрана вытяжной башни. 11. Подача всей охлаждаемой воды на часть секций градирен с полным отключением остальных, те. работа части секций с повышенными удельными гидравлическими нагрузками. 12. Приостановке градирни — подача воды по байпасу в peзервуар градирни. 30 13. И др. Степень эффективности перечисленных методов зависит от условий эксплуатации градирни, состояния ее конструкции и метеорологических факторов и каждый из методов не является радикальным для всех случаев. Один и тот же метод может оказаться эффективным при одних условиях эксплуатации градирни водном регионе и не давать эффекта при этих же условиях в другом. Это обстоятельство обуславливает необходимость поиска методов борьбы с обмерзанием градирен на конкретных площадках, чем и объясняется большое их разнообразие. Следует отметить, что проблема предотвращения обмерзания градирен непроста и может быть решена только при определенных затратах за счет некоторого удорожания стоимости градирни и увеличения эксплуатационных затрат в зимнее время /. 31 ГЛАВА 2. Разработка методов интенсификации теплообменных процессов в башенной градирне. 2.1 Факторы, влияющие на теплообмен в градирне. На теплообменные процессы в градирне первоочередное влияние оказывают расход воздуха и воды, а также степень диспергирования последней. Эффективное, не требующее затратна переоборудование системы, воздействие на эти три фактора может быть оказано путем формирования гидрофобного структурированного покрытия на функциональных поверхностях элементов СОВС. В данной работе рассматривается эффект гидрофобизации следующих поверхностей - внутренней поверхности оболочки градирни. - внутренней поверхности водоводов СОВС. - проточной части циркуляционных насосов СОВС. Для примера рассмотрим эффект влияния гидрофобности внутренней поверхности водоводов СОВС на теплообмен в градирне. Пусть до гидрофобизации: G 0 - расход воды через градирню (кг/час), Се теплоемкость (КДж/кг 0 С), срабатывался перепад температур Δt 0 . Тогда теплота, отведенная от конденсатора составит Q= G 0 С Δt 0 КВт. После гидрофобизации расход воды увеличился до величины G 1 причины данного явления показаны в последющих главах настоящей работы, теплоемкость воды осталась той же, как и теплота которую необходимо отвести от конденсатора Q 1 = G 1 С кВт. Тогда Q=Q 1 (2.1) G 0 С Δt 0 = G 1 С Δt 1 (2.2) G 0 Δt 0 = G 1 Δt 1 (2.3) Δt 1= G 0 Δt 0 / G 1 (2.4) 32 Можно сделать вывод, что по трубопроводу с модифицированной поверхностью возможно пропускать значительно больший расход теплоносителя, и для отвода того – же количества теплоты потребуется меньший перепад температур оборотной воды в градирне, что наиболее актуально в летний период эксплуатации градирни, когда температура наружного воздуха наиболее близка к температуре воды на входе в градирню. В следующих разделах представлены результаты исследований степени влияния гидрофобизации различных поверхностей на теплообменные процессы, что весьма актуально в плане интенсификации этих процессов и повышения эффективности эксплуатации энергоблоков в реальных условиях. 2.2 Влияние гидрофобизации внутренней поверхности градирни на теплообменные процессы. Известно, что гидрофобные поверхности возможно создавать посредством формирования плотноупакованных, упорядоченных, молекулярных слоев ПАВ. Формирование молекулярных слоев осуществляется за счет адсорбции молекул ПАВ на металлические и иные поверхности из водной среды или аэрозольным методом /51 /. Особенностью строения молекул большинства высокомолекулярных ПАВ является наличие у них поверхностно-активных свойств. Молекулы состоят из х частей - полярной группы и неполярного углеводородного радикала. Благодаря такому строению при определенных условиях молекулы ПАВ за счет сил электростатического притяжения вертикально выстраиваются на металлической поверхности, образуя так называемый частокол Лэнгмюра”. По аналогичному механизму происходит формирование последующих слоев. В результате, на функциональных поверхностях образуются плотноупакованные, упорядоченные, 33 молекулярные слои ПАВ, которые обуславливают появление эффекта гидрофобности (риса. О степени гидрофобности поверхности можно судить по краевому углу θ смачиваемости поверхности (рис. б) /91/. Краевой угол зависит оттого, какое вещество в твердом состоянии и какая жидкость соприкасаются. Для керосина на поверхности стекла θ = 0 0 − полное смачивание. Для ртути на поверхности стекла θ = 180 0 − полное несмачивание На рис. 2.2. хорошо видно, что после формирования молекулярных слоев ПАВ данный угол резко возрастает от значений меньших 90° до, примерно, 140°. |