градирня. диссертация по градирне. Анализ эксплуатационных особенностей совс роль совс в работе современных тэц
 Скачать 4.96 Mb.
|
|
3.1.3 Определение степени адгезии льда к поверхности образцов. Значительное влияние на количество образовавшегося льда на поверхности элементов градирни оказывает величина сцепляемости (степень адгезии) льда с этой поверхностью. Например, за счет значительной шероховатости поверхности бетона массы льда, которые могут образоваться, значительны. Нона сегодняшний день существуют несколько способов, 50 позволяющих исключить контакт внешней среды с поверхностью. Таким способом может быть создание своего рода щита между поверхностью бетона и внешней средой, который обладал бы минимальной степенью адгезии льда к своей внешней поверхности. Методика оценки степени адгезии Намораживался лед равной массы на образцах при температуре -5 С. Оттаивание происходило в помещении при температуре 15 С. Образцы размещены под углом 45 0 . Оценка проводилась повремени оттаивания льда и времени схода льда с поверхности образцов Образцы помещались в холодильную камеру с температурой равной - 18 С, где замораживались в течение х часов. За это время образцы успевали охладиться до температуры -16 С. Одновременно с этим охлаждалась дистиллированная вода и вспомогательное оборудование (шприц – для нанесения водяного осадка, каркас-форму для создания водяного осадка и т.д.) до температуры +2 С. После охлаждения, образцы помещались в каркас для создания на образцах водяного осадка. В каркас шприцем заливалась охлаждённая вода. Далее каркас замораживался в течение 12-ти часов до температуры -18 С, после чего помещался в камеру для оттаивания с температурой воздуха +4 С, где образцы с намороженной водой извлекались из каркаса. Измерялись габариты водяного осадка и его температура. Образцы крепились горизонтально намороженным льдом вниз и далее к нему, постепенно до момента его отрыва от образца, добавлялся груз. После отрыва осадка от образца, взвешивалась общая масса груза. По полученным данным, зная габариты водяного осадка и общую массу груза, определялась адгезия льда на металлических поверхностях. Адгезия = Масса оторвавшегося груза * g , (Н/см 2 ) где g =9,81 (мс) – ускорение свободного падения. 51 3.1.4 Определение степени адгезии льда к поверхности образцов при наличии ив отсутствие защитных покрытий. По разработанной выше методике проведено определение степени адгезии льда к образцам с защитными покрытиями и без них. Внешний вид одного из образцов приведен на рис. 3.4. Результаты проведенного эксперимента представлены в таблице Рис. 3.4 Образец с намороженным льдом Таблица 3.1 – Результаты эксперимента Тип покрытия Габариты полученного осадка (длина ширина высота, см Температура осадка, С Масса оторвавшегося груза, г Адгезия, кН/см 2 ПАВ 1 1 1 -16 1725 16,92 эпилам 1 1 1 -16 4200 41,2 исходный 1 1 1 -16 5002 49,07 фторопласт - 4 1 1 1 -16 1821 15,90 52 3.1.5 Оценка защитного покрытия на основе ПАВ, фторопласта -4 и эпилама. С целью оценки защитных свойств рассматриваемых образцов с защитными покрытиями на специальном стенде на их поверхность намораживался лед при температуре -5 С. Оттаивание льда происходило в помещении при температуре 15 С, масса намороженного льда 20 г. Оценка проводилась повремени оттаивания льда и времени схода льда с поверхности. Результаты проведенных экспериментов показывают Наименьшая адгезия льда к поверхности образцов с ПАВ сформированного в вакууме и у фторопласта. Данные по ПАВ подтверждаются экспериментом, проведенным с защитным покрытием сформированным из высококонцентрированной эмульсии. Наименьшая адгезия льда к поверхности наблюдается у образцов с защитной пленкой на основе ПАВУ образца без покрытия и у образца с эпиламом существенной разницы не наблюдалось. На образце без покрытия и на образце с эпиламом лед полностью растаял без схода с поверхности, на образце с ПАВ треть льда от массы намороженного сошла с поверхности не растаяв. При равных окружающих условиях наблюдалось интенсивное таянье льда на поверхности образцов с защитным покрытием на основе ПАВ. При этом образовывалась водяная пленка между поверхностью образца и льдом, которая ускоряла сход льда с поверхности образца. После оттаивания поверхность образца с ПАВ сухая, остальных образцов влажная. 53 3.1.6 Исследование процесса образования инея на поверхностях конструкционных материалов Эксперимент проводился на чистом (без покрытия) образце с исходной поверхностью и на образце с защитным покрытием на основе ПАВ. Образцы помещаются в холодильную камеру с температурой -24 С, где замораживаются в течение х часов. За это время образцы успевают охладиться до температуры -19 С. Затем на 2 минуты они помещаются в камеру, в которой влажность воздуха и температура поддерживается постоянной (влажность 80%, температура +5 С. За это время на переохлажденных образцах происходит конденсация водяных паров из окружающей среды с последующим образованием и ростом слоя инея (риса ирис. б. Масса инея на образце без покрытия 0,03600 гр, с ПАВ 0,03250 граб) Рис. 3.5. Экспериментальный образец а) беззащитного покрытия б) с защитным покрытием. 54 3.1.7 Влияние защитных покрытий на массу намораживаемого льда. С целью определения влияния покрытий на основе ПАВ, эпилама и фтороплата -4 осуществлено лабораторное исследование. Время – 3 мин, объем воды – 50 г. Образцы размещены под углом 45 0 , температура образцов -5 С. Вода подавалась через капельницу непосредственно на поверхность образцов. Масса намороженного льда оценивалась как разница массы образцов дои после эксперимента. Масса намороженного льда ПАВ – 0,1946 г Эпилам – 0,406 г Чистый – 0,8935 г 3.1.8 Результаты проведенных экспериментов. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы Наименьшее количество льда образовалось на поверхности образца с ПАВ (0,1946 г. При оттаивании образцов наибольшая скорость схода льда у образца с ПАВУ образца без покрытия и у образца с эпиламом лед растаял на поверхности образцов. Покрытие на основе ПАВ позволяет значительно снизить количество льда на поверхности образцов. Результаты лабораторных исследований показывают, что при наступлении оттепели лед на образце с защитным покрытием на основе ПАВ сойдет значительно быстрее и с меньшей массой. 55 3.2 Натурный эксперимент по мониторингу льдообразовательных процессов на градирне №7 ТЭЦ ОАО «Мосэнерго». Типичной ситуацией в зимний период эксплуатации градирен является частичное или полное зарастание наледью нижнего опорного кольца градирни от уровня оросителя до основания опорной колоннады (рис. 3.6)/103/. Следствиями этого являются недостаточная подача воздуха в градирню, негативно отражающаяся на теплообменных процессах, и повреждение либо разрушение воздухорегулирующих устройств, приводящие к уменьшению надежности и эффективности эксплуатации всей СОВС/30/. С целью изучения особенностей образования и роста наледи, а также разработки методов повышения эффективности и надежности эксплуатации конструктивных элементов градирен в зимний период был проведен мониторинг обледенительных процессов на элементах градирни в рамках натурного эксперимента на ТЭЦ ОАО «Мосэнерго». 56 Рис. 3.6. Образование льда на нижнем опорном кольце градирни №7 ТЭЦ. Мониторинг заключался в визуальном контроле и фиксации фотографировании) длины наледи на пролете № 34 градирни № 7. С целью повышения достоверности результатов, параллельно велось наблюдение за аналогичными процессами льдообразования на соседних пролетах (№ 33 и № 35), и на градирнях № 5 и № 6 ТЭЦ. Эксперимент осуществлялся с декабря 2008 по апрель г. Измерения длины наледи производились 1 разв дня. Общее количество измерений составило 64. Также на пролете №34 на нижнем опорном кольце градирни №7 были размещены образцы с противогололедными покрытиями. Место монтажа обусловлено предварительно полученной от сотрудников ТЭЦ информацией, что именно та (нижняя) поверхность опорного кольца подвержена наибольшему льдообразованию. Принципиальная схема расположения образцов на градирне приведена на рис. 3.7. 57 Рис. 3.7. Принципиальная схема расположения образцов на градирне, где 1) - образец с покрытием на основе ПАВ 2) - образцы с покрытием на основе нитрида титана 3) - образцы шлифованные В качестве тестовых покрытий использовались ионно-плазменные покрытия на основе нитрида титана, покрытия на основе ПАВ и пластины из нержавеющей стали без покрытия. Покрытия на основе ПАВ формировались с использованием специальной установки для приготовления высокоэффективной эмульсии с последующей сорбцией молекул вещества на поверхности экспериментальных образцов. Ионно-плазменные покрытия наносились с использованием специальной вакуумной установки. Фотографии образцов приведены на рис. 3.8-3.12. 58 Рис. 3.8. Образец с покрытием на основе ПАВ. Рис. 3.9. Эффект гидрофобности на образце с ПАВ. 59 Рис. 3.10. Образец с покрытием на основе нитрида титана. Рис. 3.11. Образец шлифованный. 60 Рис. 3.12. Образцы, смонтированные напролет градирни №7. 3.2.1 Технические характеристики градирен № 5-7 ТЭЦ ОАО «Мосэнерго». Отмечено, что указанные градирни сопоставимы для сравнения, т.к. имеют близкие по значениям площади орошения и тепловые мощности. Градирни №5,6 (c площадью орошения 3200 ми производительностью 28000 м 3 /ч каждая, атак же №7 (c площадью орошения 3200 ми производительностью 29600 м 3 /ч) предназначены для охлаждения воды, подаваемой в конденсаторы энергоблоков № 5-8 ТЭЦ. Градирни - башенного типа, имеют высоту 82 ми- гиперболические, №7 – конусная. Элементы башен наклонная колоннада, опорное кольцо, оболочка. Водоохладительные устройства градирен состоят из водораспределителя и оросителя. Ороситель – капельно-пленочного типах ярусный, асбоцементный. Разбрызгивание направлено вверх башни, количество сопел 61 – 3560 шт, материал – пластмасса. Общий вид градирен представлен на рис. 3.13. Рис. 3.13. Общий вид градирен № 5,6,7 (слева направо) ТЭЦ 3.2.2 Результаты натурного эксперимента. В процессе натурного эксперимента была обнаружена закономерность процессов образования и распространения наледи в области нижнего опорного кольца градирен. Были установлены очаги и направление распространения наледи по опорным конструкциям градирни, была получена качественная зависимость развития наледи по пролету от времени (рис. 3.14). 5 6 7 62 Рис. 3.14. Качественная зависимость распространения наледи во времени, где А) - Зона очага образования наледи на элементах оросителя; Б) - Зона распространения наледи по оросителю; В) - Зона распространения наледи на опорную колоннаду Г) - Зона роста наледи по опорной колоннаде Д) - Полное перекрытие сечения пролета. Характер зависимости (рис. 3.14) подтверждается фотографиями (рис. 3.15 и 3.16). 63 Рис. 3.15. Стадии обмерзания пролета. Рис. 3.16. Наледь на пролете №34 градирни №7. Отмечено, что нарастание льда начиналось на нижнем ярусе оросителя вблизи опорного кольца (рис. 3.14, зона Аи по опорным балкам оросителя 64 рис. 3.14, зоны Б, В) наледь распространялась по всей внутренней поверхности опорной колоннады (рис. 3.14, зона Г) вплоть до полного зарастания проходного сечения пролета (рис. 3.14, зона Д. Присутствие наледи в зонах АД продолжалось практически весь зимний период. При этом перекрывалось до 100% сечения пролета. Степень обледенения Sл/Sп пролета (где л – площадь наледи, п – площадь пролета) № 34 с ноября 2010 г. по апрель 2011 г. приведена на рис. 3.17 и Таблице 3.2. Таблица 3.2. Измерение степени обледенения и параметров наружного воздуха поданным метеостанции ТЭЦ. N Измерения Дата измерения Точка росы Тр, 0 C Степень обледенения Sл/Sп, % 1 15.11.10 4 0 2 17. 11.10 0 0 3 19. 11.10 2 0 4 22. 11.10 -3 25 5 24. 11.10 2 25 6 26. 11.10 -2 25 7 29. 11.10 -20 50 8 01. 12.10 -22 75 9 03. 12.10 -18 75 10 06. 12.10 -13 100 11 08. 12.10 -5 100 12 10. 12.10 1 100 13 13. 12.10 -5 100 14 15. 12.10 -11 100 15 17. 12.10 -12 100 16 20. 12.10 -8 100 17 22. 12.10 -9 100 65 18 24. 12.10 -10 100 19 27. 12.10 -6 100 20 29. 12.10 -10 100 21 12. 01.11 -4 100 22 14. 01.11 -3 100 23 17. 01.11 -20 100 24 19. 01.11 -17 100 25 21. 01.11 -14 100 26 24. 01.11 -7 100 27 26. 01.11 -13 100 28 28. 01.11 -14 100 29 31. 01.11 -10 100 30 02. 02.11 -4 100 31 04. 02.11 -3 100 32 07. 02.11 -5 100 33 09. 02.11 0 75 34 11. 02.11 -15 100 35 14. 02.11 -15 100 36 16. 02.11 -23 100 37 08. 02.11 -27 100 38 21. 02.11 -20 100 39 28. 02.11 -17 100 40 02. 03.11 -16 100 41 04. 03.11 -5 100 42 09. 03.11 -5 100 43 11. 03.11 -12 100 44 14. 03.11 -1 100 45 16. 03.11 -5 100 46 18. 03.11 -3 100 66 47 21. 03.11 -1 100 48 23. 03.11 -2 100 49 25. 03.11 -9 100 50 28. 03.11 -10 100 51 30. 03.11 -8 100 52 01. 04.11 -7 100 53 04. 04.11 -3 100 54 06. 04.11 0 100 55 08. 04.11 3 75 56 11. 04.11 -1 75 57 13. 04.11 0 75 58 15. 04.11 0 50 59 18. 04.11 3 50 60 20. 04.11 -6 50 61 22. 04.11 1 50 62 25. 04.11 3 50 63 27. 04.11 4 25 64 29. 04.11 3 0 Анализ результатов мониторинга наледи позволил установить закономерность между процессом формирования льда и точкой росы для входящего в градирню воздушного потока. Как видно из рис. 3.17, процесс роста наледи начинается при приближении точки росы (Тр) к отрицательным значениям. При выходе из отрицательной зоны наблюдалось оттаивание пролета. 67 Рис. 3.17. Степень обледенения пролета и точки росы за ноябрь г. – апрель г. По оси абсцисс отложены измерения в днях, по оси ординат от 0 вверх отложена степень обледенения (%), и от 0 вниз - точка росы Тр ( 0 C). В процессе мониторинга было установлено, что степень и характер обледенения градирен № 5, 6 и 7 существенно различаются, несмотря на одинаковые эксплуатационные условия. Типичным сотояние градирни № 7 являлось полное обледенение практически всех пролетов. На градирнях № 5 и № 6 наледь либо отсутсвовала, либо были незначительные ледяные образования в областях А-Б (рис. 3.14). Причинами такого различия предположительно являются - форма опорной колоннады пролета градирни. - геометрия облочки градирни. - качество и плотность смыкания лопастей воздухорегулирующих устройств. - особенности аэродинамических процессов на входе воздуха в градирню. Tp ( 0 С) Sп /S л х, Измерния, дни Изменение Sл/Sп и Тр за время проведения измерений Tp Sл/Sп 68 Наличие такого количества параметров, влияющих на процесс льдообразования, определяет необходимость решения многопараметрической задачи оптимизации, решение которой требует полномасштабного планирования эксперимента. На данном этапе рассмотрено только влияние аэродинамических процессов на входе воздуха в градирню. 3.2.3 Моделирование процесса обтекания воздухом конструктивных элементов градирни. С целью изучения аэродинамических процессов течения воздуха на входе в градирню была проведена серия расчетных исследований. Моделирование обтекания фрагмента градирни было осуществлено с помощью пакета Flow Vision. Для расчета использовалась модель слабосжимаемой жидкости, включающая в себя уравнение Навье – Стокса V p V V t V T 2 (3.1) уравнение неразрывности 0 V t (3.2) где V – скорость потока – молекулярная динамическая вязкость T – турбулентная динамическая вязкость – плотность – оператор Гамильтона стандартную k- модель турбулентности 2 k C T , (3.3) Расчетная область состоит из фрагмента опорной колоннады, бетонной оболочки градирни и приближенной модели двух ярусов оросителя (рис. 3.18). Габаритные размеры элементов модели и расстояние между ними соответствуют размерам градирни № 7, находящейся в эксплуатации ТЭЦ 69 OAO «Мосэнерго». Расчетная область имеет Г-образную форму с постоянным сечением хм. Рис. 3.18. Расчетная область с элементами оболочки, опорной колоннады и оросителя. Такая форма расчетной области соответствует реальным условиям входа воздуха в градирню. Задавались входные физические параметры воздуха, втекающего в расчетную область скорость V= 4 (мс, температура t= -5 (Си давление Р 0,121 МПа. Исходные данные соответствуют реальным на входе в градирню в период наиболее интенсивного образования наледи. На поверхностях опорной колоннады, оросителя и оболочки градирни задавались соответствующие реальным значения шероховатости мм. На боковых поверхностях расчетной области поверхность задавалась как абсолютно гладкая для исключения ее влияния на течение воздуха по расчетной области. Результаты расчетных исследований представлены на рис. 3.19 (распределения векторов скорости по расчетной области) и 3.20 визуализация линий тока. 70 Рис. 3.19. Распределение поля скоростей по расчетной области в векторном виде. 71 Рис. 3.20. Визуализация течения (линий тока) воздушных масс по расчетной области. 72 Результаты моделирования позволили наглядно определить области градирни, наиболее подверженные образованию наледи (рис. 3.19 и 3.20). На рис. 3.20 отчетливо видно вихреобразование между внутренней поверхностью оболочки градирни и оросителем. В реальных условиях в эту зону, характеризующуюся высокими скоростями входящего в градирню воздуха и интенсивным вихреобразованием, подмешивается теплый влажный воздух с поверхности бассейна градирни. Создаются условия для интенсивного роста наледи на внутренней поверхности оболочки градирни, ее нижнем опорном кольце и оросителе. Результаты расчетного эксперимента объясняют и дополняют итоги натурных исследований процесса льдообразования Результаты натурного эксперимента и выводы. В результате осуществления натурного эксперимента и расчетных исследований процесса формирования наледи на элементах башенных градирен можно сделать следующие выводы. Явление льдообразования на пролетах градирен является сложным процессом, зависящим от многих факторов, имеющим свои закономерности и негативно влияющим на функционирование башенных градирен, и, как следствие, систем оборотного водоснабжения. 2. Натурный эксперимент позволил определить условия возникновения и роста наледи и прогнозировать ее появление на пролетах градирен. 3. Расчетный эксперимент позволил определить причину возникновения очагов льдообразования. 4. Осуществление натурных и расчетных исследований позволяет разработать способы комплексной защиты области нижнего опорного кольца, внутренней поверхности оболочки градирни и оросителя от наледи на основе изменения адгезионных и термодинамических характеристик их поверхностей. |