градирня. диссертация по градирне. Анализ эксплуатационных особенностей совс роль совс в работе современных тэц
 Скачать 4.96 Mb.
|
|
3.3. Расчетное исследование движения потоков воздуха в области верхнего кольца жесткости градирен. Верхнее кольцо жесткости в области выходной части градирни существенно влияет на движение воздуха, образуя застойную зону под кольцом. Массы влажного теплого воздуха из градирни, смешиваясь с внешним холодным воздухом, вызывают существенное понижение температуры смеси. При достижении критической температуры происходит конденсация влаги из воздуха, определенной влажности. Это приводит к последующему образованию наледи, ее обрушению и разрушению элементов градирни. Рис. 3.21. Обмерзание верхнего опорного кольца градирни № 5 ТЭЦ С целью разработки метода защиты градирен электростанций от наледи и анализа взаимодействия воздушных масс в области верхнего кольца была проведена серия расчетных экспериментов с использованием пакета «FlowVision» (рис. 3.22). 74 Рис. 3.22. Расчетная область В качестве математической модели применялась модель турбулентного течения несжимаемой жидкости (уравнение Навье- Стокса)/70,73/. Все физические параметры соответствовали физическим параметрам чистого воздуха. На расчетной модели задавались следующие граничные условия скорость на входе - 4 мс поверхность градирни – твердая стенка с распределением скоростей по логарифмическому закону для турбулентного течения на выходе задавалась свободная поверхность с атмосферным давлением. Получены распределения линий тока воздушных масс и эпюры температур воздуха в области выхода воздушных масс из градирни. По этим данным подбирались различные конфигурации экранов для изменения условий выхода воздуха из градирни при условии незначительного изменения аэродинамического сопротивления. Исследовались экраны 75 наклонный, эжекционный и цилиндрический. Для каждой конфигурации были получены аналогичные распределения скорости и эпюры температур. При расчете области задавались следующие граничные условия скорость на входе (синяя поверхность на рис. 3.22) - 2 мс поверхность градирни – твердая стенка с распределением скоростей по логарифмическому закону для турбулентного течения на выходе (зеленая поверхность на рис. 3.22) задавалась свободная поверхность с атмосферным давлением все физические параметры соответствовали физическим параметрам чистого воздуха На рис. 3.23 – 3.26 представлены распределения линий тока воздушных масс для четырех границ, включая исходную. 76 Рис. 3.23. Распределение линий тока воздушных масс (исходная конфигурация выходной области оболочки градирни 77 Рис. 3.24. Распределение линий тока воздушных масс (конфигурация с цилиндрическим экраном 78 Рис. 3.25. Распределение линий тока воздушных масс (конфигурация с экраном и эжекционным кольцом 79 Рис. 3.26. Распределение линий тока воздушных масс (конфигурация с наклонным экраном. Было установлено, что вариант с наклонным экраном является предпочтительным, так как такая геометрия на выходе приводит, к появлению кольцевого вихря, препятствующего проникновению теплого воздуха в массы холодного в области кольца. Дополнительно следует 80 отметить эжекционный эффект способствующий охлаждению кольца и уменьшению градиента температур на противоположных его сторонах. Кроме распределения скоростей потоков воздушных масс в области выхода градирни были рассчитаны температурные поля, образующиеся в результате взаимодействия теплых потоков (С) выходящих из градирни с холодными массами (С) окружающими оболочку. На рис. 3.27 и 3.28 показаны эпюры распределения температур в области выхода из градирни для исходной конфигурации и конфигурации с наклонным экраном выходной области, соответственно. Рис. 3.27. Эпюра температур воздуха в области выхода воздушных масс из градирни (исходная конфигурация выходной области) 81 Рис. 3.28. Эпюра температур воздуха в области выхода воздушных масс из градирни (конфигурация с наклонным экраном) На рис. 3.28 видно, что область повышенных температур, в которой, в соответствии с психрометрической диаграммой Молье/77/, происходит выпадение влаги, являющееся причиной образования льда, существенно меньшее и не захватывается область кольца жесткости, в отличие от исходного варианта (рис. 3.27). Таким образом, полученные результаты расчетных исследований позволили определить оптимальную геометрию выходной части градирни, которая позволяет обеспечить максимально возможное снижение интенсивности намораживания льда на кольце жесткости оболочки при прочих равных условиях. 82 Глава 4. Пути повышения надежности и эффективности циркуляционных насосов и водоводов СОВС. 4.1 Определение влияния гидрофобизирующих покрытий поверхностей проточной части насоса на его напори КПД. Как показано в главе 1.4 данной работы, проблема эффективности эксплуатации насосного оборудования СОВС влияет и на эффективность всей ТЭС/16,18/. Одним из перспективных методов улучшения их эксплуатационных качеств является модификация элементов их проточных частей при помощи ПАВ. Для подтверждения возможности использования ПАВ применительно к насосному оборудования СОВС был проведен ряд экспериментальных исследований на центробежных насосах. Входе исследований решались задачи разработка технологии нанесения ПАВ на поверхности элементов проточной части центробежного насоса сравнительный анализ влияния наличия гидрофобного покрытия, образованного ПАВ, на энергетические и кавитационные характеристики центробежного насоса. Основной целью являлось подтверждение эффективности использования гидрофобного покрытия на поверхности проточной части центробежного насоса при безусловном удовлетворении показателей работоспособности, то есть обеспечение напора (H) при заданном расходе (Q), а также удовлетворение условию бескавитационной работы насоса. Исследования проводились на стенде НИУ МЭИ /25/. В качестве объекта исследования был выбран консольный насос Ка, близкий по коэффициенту быстроходности (n s ) к циркуляционным насосам (n s =136), используемым в СОВС. Энергетические испытания проводились в 83 соответствии с ГОСТ 6134-87 (Методы испытаний динамических насосов) дои после нанесения на рабочее колесо насоса гидрофобного покрытия. Предел погрешности определения разности соответственных характеристик составил 0,3% от абсолютной величины измеряемого параметра. Для разности КПД. характеристик в рабочей зоне насоса этот предел, отнесенный к данной разности, составил 13%. Достоверность результатов обосновывалась повторными измерениями и опытами, а также статистической обработкой данных. Результаты испытаний показали, что напорная и кавитационная характеристики насоса с точностью до 0,5% остаются без изменений. Рис. 4.1. Напорная характеристика насоса Ка дои после обработки рабочего колеса с использованием ПАВ. 0 5 10 15 20 25 30 35 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Q, м 3 /час Н , м Исходная характеристика Характеристика после обработки рабочего колеса 84 Рис. 4.2 Кавитационные характеристики насоса Ка дои после обработки рабочего колеса с использованием ПАВ. Рис. 4.3. Мощностная характеристика насоса Ка дои после обработки рабочего колеса с использованием ПАВ Характеристика КПД. насоса приводится на рисунке 4.4. в увеличенном масштабе в зоне основных режимов работы. Как видно из нее, 15 16 17 18 19 20 21 22 23 3 4 5 6 7 8 Исходная характеристика Характеристика после обработки рабочего колеса Нм, м 3 /час N , Ватт Исходная характеристика Характеристика после обработки рабочего колесам рост КПД. насосав процентах от первоначального значения составил от 2,5 до 3%. Поэтому указанное повышение КПД. насоса целесообразно как в плане снижения внутреннего потребления электроэнергии, таки в плане повышения эффективности функционирования энергоблоков. Рис. 4.4. Характеристика КПД насоса Ка (рабочий участок) дои после обработки рабочего колеса с использованием ПАВ. Были проведены также ресурсные испытания гидрофобного покрытия на рабочем колесе насоса, сформированного с помощью ПАВ. Длительность испытаний по непрерывной работе насоса составили 100 часов. Результаты испытаний показали, что состояние покрытия и энергетические характеристики насоса остаются практически неизменными на протяжении всего этого времени. Существует методика формирования гидрофобного покрытия на основе ПАВ одновременно как на внутритрубные поверхности 60 62 64 66 68 70 72 74 60 65 70 75 80 85 90 95 Q, м 3 /час К П Д , Исходная характеристика Характеристика после обработки рабочего колеса 86 циркуляционной системы, таки на поверхности проточной части насоса без разборки самого насоса, что является существенным преимуществом предлагаемого метода в условиях реальной эксплуатации на ТЭЦ ОАО «Мосэнерго». Соответствующие исследования, проведенные на консольном моноблочном насосе КМ 40-32-180, подтвердили, указанное выше, влияние ПАВ на КПД. насоса. 4.2. Промышленная апробация модернизации по ПАВ- технологии центробежных насосов, эксплуатирующихся в действующих системах. 4.2.1 Промышленная апробация модернизации центробежного насоса, функционирующего в системе перекачки сточных вод на канализационной станции МУП Щелковский водоканал. Задачей данного экспериментального исследования является определение удельных затрат электроэнергии центробежного насоса на прокачку сточных вод дои после модернизации проточной части по ПАВ- технологии. Исследование проводилось на насосе СМ 100-65-200 (1), который функционирует в системе перекачки сточных вод (рис. 4.5) из сточной камеры (3) параллельно с резервным насосом (2) на канализационной насосной станции (КНС) населенного пункта Жигалово, входящей в состав МП Щелковский Водоканал. Рисунок 4.5. – Принципиальная схема функционирования КНС Жигалово Фотография насоса СМ 100-65-200 представлен на рис. 4.6 87 Рисунок 4.6. Внешний вид насоса СМ 100-65-200. Используемая для эксперимента система состоит из следующих основных элементов (рис. 4.7): расходомерное устройство (ВЗЛЕТ ПР) 1 для регистрации объемного расхода перекачанных сточных вод центробежный насос 2 марки СМ 100-65-200; Рис. 4.7. Схема исследуемой системы. 1 – расходомерное устройство 2 – центробежный насос 3 – электродвигатель насоса 4 – измерительный комплекс определения параметров качества электроэнергии 88 Приводом насоса служит асинхронный электродвигатель (3), синхронная частота вращения которого 1450 об/мин и номинальная мощность 5,5 кВт. Электродвигатель подключен к сети через измерительный комплекс показателей качества электроэнергии (4) «Энергомонитор-3.3Т1». Температура жидкости определялась контактным методом. Для нахождения величины удельных затрат электроэнергии потребляемой насосом измерялись потребляемая им электрическая мощность и объем перекачанной среды за определенный интервал времени. Измерения проводились переносным ультразвуковым расходомерным устройством ВЗЛЕТ ПР и монитором электрической мощности «Энергомонитор-3.3Т1». Датчики ультразвукового расходомера монтировались на трубопровод со стороны напорного патрубка. Выбранный участок трубы подвергался предварительной подготовке. Наружная поверхность трубопровода зачищалась от лакокрасочного покрытия и коррозионных отложений. После чего на зачищенную поверхность для обеспечения акустического контакта между излучающей поверхностью датчиков расходомера и стенкой трубопровода наносился слой контактной смазки «Литол-24» и монтировались датчики (Рис. 4.8 и 4.9). Проводилась настройка прибора на параметры трубопровода и перекачиваемой среды. \ Рисунок 4.8. – Принципиальная схема монтажа датчиков расходомерного устройства на поверхность трубопровода. 89 Рис. 4.9. Смонтированные на подготовленную поверхность трубопровода датчики ультразвукового расходомерного устройства. Монтаж энергомонитора к узлу электропитания приводного двигателя насоса производился в соответствии со схемой подключения прибора к трехфазной четырехпроводной сети через блок трансформатора тока (Рис. 4.10 и 4.11). Рис. 4.10. Принципиальная схема подключения монитора электрической мощности «Энергомонитор-3.3Т1» к трехфазной четырехпроводной сети. 90 Рис. 4.11. – Подключение монитора электрической мощности «Энергомонитор-3.3Т1» к узлу электропитания электродвигателя центробежного насоса СМ Оценка точности экспериментальных результатов Оценка точности результатов экспериментальных исследований проводилась в соответствии с ГОСТ 6134-2007 Насосы динамические. Методы испытаний и технической документацией к измерительной аппаратуре. Пределы допускаемой относительной погрешности расходомера ВЗЛЕТ ПР»при измерении, индикации, регистрации, хранении и передаче результатов измерения среднего расхода, объема при типовых условиях применения не превышают значений, определяемых по формуле р ± (1,2 + 0,2 𝑉 ) %, (4.1) где V, мс – средняя скорость жидкости в трубопроводе. Индекс р обозначает то, что значение относительной погрешности относится к измерению расхода. 91 По показаниям расходомера средняя скорость жидкости в потоке составляет 0.053 мс. Тогда: 𝛿 р = ± (1,2 + 0,2 𝑉 ) % = ± (1,2 + 0,2 0,053 )%=±4,97%. Пределы допускаемой относительной погрешности измерения активной электрической мощности в соответствии с документацией к эталонному монитору показателей качества электроэнергии «Энергомонитор-3.3Т1»: м ±0,1%, Индекс м обозначает то, что значение относительной погрешности относится к измерению электрической мощности. Тогда относительная погрешности определения величины удельных затрат электроэнергии на прокачу среды вычисляется по формуле 𝛿 уд = м+ руд м+ р ±√4,97 2 + 0,1 2 = ±4,97%. Результаты экспериментальных исследований Результаты измерений, сохраненные во встроенной памяти расходомера и энергомонитора, обработаны с помощью соответствующих программных пакетов, идущих в комплекте с оборудованием. Значения ( потрем контрольным точкам) среднего объемного расхода, потребленной насосом электрической мощности и значение удельного потребления электроэнергии на перекачку сточных води результирующие значения за 1 час представлены в Таблицах 4.1 и 4.2 92 Таблица 4.1 – Значения среднего объемного расходам, мгновенной мощности (N 10min , Вт*ч) и удельного потребления электроэнергии (N Q_10min , Вт/м 3 ) до модернизации. Номер замера Время замера, чч:мм Показание счетчика- расходомерам Средний расход за 10 мин Q 10min , м 3 Средняя мощность за 10 мин N 10min , Вт*ч Удельное потребление за 10 мин N Q_10min , Вт*ч/м 3 1 12:35 0 0 2 12:45 0,3296 8,058 3150,6 65,165 3 12:55 13,060 5,002 2689,4 89,611 4 13:05 16,217 3,157 2847,2 150,311 Средняя потребляемая мощность за 1 час 2895,7 Вт Средний расход по счетчику за 1 час 32,434 м 3 Среднее удельное потребление за 1 час 84,926 Вт*ч/м 3 Таблица 4.2 – Значения среднего объемного расходам, мгновенной мощности (N 10min , Вт*ч) и удельного потребления электроэнергии (N Q_10min , Вт/м 3 ) после модернизации. Номер замера Время замера, чч:мм Показание счетчика- расходомерам Средний расход за 10 мин Q 10min , м 3 Средняя мощность за 10 мин N 10min , Вт*ч Удельное потребление за 10 мин N Q_10min , Вт*ч/м 3 1 12:35 0 0 2 12:45 8,340 8,340 2883,4 57,622 3 12:55 13,534 5,194 2729,7 87,591 4 13:05 17,226 3,692 2638,5 119,109 Средняя потребляемая мощность за 1 час 2750,5 Вт Средний расход по счетчику за 1 час 34,452 м 3 Среднее удельное потребление после модернизации за 1 час 79,835 Вт*ч/м 3 Среднее удельное потребление до модернизации за 1 час 84,926 Вт*ч/м 3 Снижение удельного потребления электроэнергии за счет модернизации поверхности колеса 6,4 % 93 4.2.2. Промышленная апробация модернизации центробежного насоса функционирующего в дренажной системе ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» Задачей экспериментальных исследований являлось определение удельных затрат электроэнергии центробежного насоса на прокачку дренажной воды дои после модернизации проточной части по ПАВ- технологии. Исследование проводилось на насосе СД 50/10 (ФГ 57,5/9,5) (1), обозначенном на схеме как НДВ-6, который функционирует в дренажной ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» (г. Москва ул. Монтажная д) (рис 4.12) и предназначен для откачки технической воды из бака дренажной воды БДВ-6 в дренажную систему ТЭЦ. Рисунок 4.12. Схема расположения насоса СД 50/10 (НДВ). Фотография насоса СД 50/10 представлена на рисунке 4.13. 94 Рис. 4.13. – Внешний вид насоса СД 50/10. Описание эксперимента и оценка его точности аналогичны п настоящей работы. Результаты измерений, сохраненные во встроенной памяти расходомера и энергомонитора, обработаны с помощью соответствующих программных пакетов, идущих в комплекте с оборудованием. Значения (потрем контрольным точкам) среднего объемного расхода, потребленной насосом электрической мощности и значение удельного потребления электроэнергии на перекачку сточных води результирующие значения за 1 час представлены в Таблицах 4.3. и 4.4 95 Таблица 4.3 – Значения среднего объемного расходам, мгновенной мощности (N, Вт*ч) и удельного потребления электроэнергии (N, кВт м) до модернизации. Номер замера Время замера, чч:мм:сс Показание счетчика- расходомера Q, м 3 Средний расход за 50 секунд Qср, м 3 Мгновенная электрическ а мощность за 50 секунд N, Вт*ч Удельное потребление за 50 секунд N Q , кВт/м 3 1 12:00:00 0 0 2 12:00:50 0,4708 0,4708 2995,8 0,0884 3 12:01:40 0,9923 0,5215 2991,46 0,0797 4 12:02:30 1,5584 0,5661 2993,78 0,0735 Средняя потребляемая мощность за 1 час 2993,7 Вт Средний расход по счетчику за 1 час 37,4016 м 3 Среднее удельное потребление за 1 час 80,04 Вт /м |