Підвищення ефективності кондиціювання теплоносіїв в освітлювачах комплексних зворотних систем охолодження енергоустановок

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КОНДИЦІЮВАННЯ ТЕПЛОНОСІЇВ В ОСВІТЛЮВАЧАХ КОМПЛЕКСНИХ ЗВОРОТНИХ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ ЕНЕРГОУСТАНОВОК

05.14.14 - Теплові та ядерні енергоустановки

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЧИЧЕНІН ВАДИМ ВАЛЕНТИНОВИЧ

УДК 621.175

Одеса - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Кишневський Віктор Панасович, Одеській національний політехнічний університет,. завідувач кафедри технології води та палива

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Грабовський Петро Олександрович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри водопостачання

доктор технічних наук, доцентКравченко Володимир Петрович, Одеський національній політехнічний університет, професор кафедри атомних електричних станцій

Захист відбудеться 23.02. 2010 р. о 14 00 год. На засіданні спеціалізованої вченої ради Д41.052.04 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044 м. Одеса, пр. Шевченка, 1

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044 м. Одеса, пр. Шевченка, 1

Автореферат розісланий 12.01. 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради А.Є. Денисова

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Ефективність відведення тепла у циклах теплових або ядерних електростанцій має велике значення з точки зору підвищення їх ККД і відповідного збільшення виробництва електроенергії. Означене відведення відбувається через конденсатори турбоагрегатів, охолодження яких здійснюється за допомогою відповідних охолоджувальних систем, що використовують промислову воду. В Україні понад 50% промислової води використовується саме с цією метою. Відомо, що на виробництво 1 кВт години електроенергії потрібно 0,18 т води, з яких 98% - для охолодження теплоенергетичного устаткування. Скиди підігрітої води, при цьому, сягають до 1/3 кількості додаткової води, що веде до не аби яких екологічних проблем.

За сучасних умов потужні електростанції проектують, як правило, із замкненою системою охолодження, що веде до необхідності чіткого впровадження відповідних водно-хімічних режимів, здатних забезпечити мінімальну корозійну активність циркулюючої води і мінімум відкладень на теплообмінних поверхнях. Хоча зворотні системи охолодження розвиваються починаючи з 20-х років минулого сторіччя, питання дослідження їх водно-хімічного режиму виникло лише останнім часом, що обумовлено підвищенням вимог до складу та кількості скидів.

Берман Л.Д., Гладков В.А., Фейзиєв Г.К. та інші, що осмислювали розрахунки водно-хімічних режимів зворотних систем охолодження, розробили методи, які базуються на суто емпіричних підходах. Як наслідок, водно-хімічні режими сучасних енергооб'єктів та методи управління ними часто не дають очікуваних результатів, потребують повсякчасного втручання у їх перебіг. Все це веде до додаткового інгібування циркуляційної води мінеральними кислотами та іншими реагентами і до збільшення собівартості електроенергії.

Саме тому, розробка нових комплексних зворотних систем охолодження, здатних забезпечити необхідну якість води, при її мінімальній вартості незалежно від пори року, і спроможних до комплексної автоматизації, є задачею вкрай актуальною, особливо в умовах промислово-розвиненої і небагатої на водні ресурси України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота Чиченіна Вадима Валентиновича відповідає змісту Державної програми України наукового напряму 04.06 - “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології ”. Виконана у відповідності до плану науково-дослідних робіт: “Дослідження ефективності роботи сучасного водопідготовчого обладнання, паливного обладнання та водно-хімічних режимів ТЕС та АЕС” (номер Держреєстрації 0107U001963); “Исследование эффективности стабилизационной обработки добавочной воды для оборотных систем охлаждения ООО ТНК «Линос» альтернативными реагентами” (№1466_45 от 01.10.2004 г.); “Стендовые и промышленные испытания ингибиторов накипеобразования, коррозии и биотической обработки, не содержащих фосфатов для обработки систем охлаждения РАЭС” (№ 1801-45 от 03.01.2006 г.); “Применение ингибиторов отложений и использование диспергирования взвешенных веществ для поддержания параметров ВХР систем технического водоснабжения РАЭС без дозирования минеральных кислот” (№ 1592-45 от 12.09.2008 г.).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є вдосконалення існуючих технічних і технологічних основ створення і експлуатації систем кондиціювання теплоносіїв для теплових та ядерних енергоустановок за рахунок підвищення ефективності процесів коагуляції і вапнування додаткової і циркуляційної вод в освітлювачах комплексних зворотних систем охолодження.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

1. проаналізувати сучасні методи ведення ВХР зворотних систем охолодження з кондиціюванням додаткової води в освітлювачах при різних температурах, знайти шляхи їх вдосконалення з урахуванням вимог екології та енергозбереження;

2. розробити математичну модель закономірностей формування шламового прошарку в процесах кондиціювання води в освітлювачах систем охолодження енергоустановок;

3. виконати експериментальні дослідження з метою з'ясування гідравлічних характеристик частинок шламового прошарку та умов їх формування при різних режимах кондиціювання в освітлювачах, на підставі чого визначити умови роботи освітлювачів комплексної зворотної системи охолодження;

4. дослідити вплив кондиціювання додаткової води та коефіцієнту упарювання циркуляційної води на інтенсивність карбонатних відкладень на теплообмінних поверхнях моделей енергоустановок масштабного стенду комплексної зворотної системи охолодження;

5. розробити науково-обґрунтовані рекомендації щодо підвищення ефективності існуючих, створення нових комплексних зворотних систем охолодження енергоустановок та алгоритм для практичного вибору їх ефективних водно-хімічних режимів.

Об'єктом дослідження є комплексні зворотні системи охолодження енергоустановок ТЕС і АЕС та їх водно-хімічні режими.

Предметом дослідження є режими роботи передвключеного та вбудованого освітлювачів для кондиціювання додаткової та циркуляційної води комплексних зворотних систем охолодження енергоустановок.

Методи дослідження. Поставлені завдання вирішувалися методами математичного та фізико-хімічного моделювання. Математичне моделювання використовувалось для обґрунтування параметрів гідравлічної та фізико-хімічної структур шламового прошарку.

Іонні склади вихідної, додаткової і циркуляційної води досліджувалися потенціометричним, меркуріметричним та титриметричним методами, а аналіз дисперсного складу шламових пластівців та інтенсивність відкладень -- ваговим методом.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Виконано аналіз сучасних методів ведення ВХР зворотних систем охолодження (ЗСО) і кондиціювання додаткової води в освітлювачах. Показано, що розв'язання існуючих проблем можливо за рахунок термостабілізації освітлювачів методом включення їх в комплексну систему охолодження (КЗСО).

2. На підставі результатів дослідження процесів кондиціювання води в освітлювачах при різних температурах уперше запропоновані технологічні схеми КЗСО, які дозволяють стабілізувати температуру кондиціювання з урахуванням зовнішніх умов.

3. Уперше проведені теоретичні та експериментальні дослідження адгезійної здатності та еволюційного віку частинок шламу в залежності від технології обробки додаткової води, що дає можливість удосконалити методику розрахунку освітлювача.

4. Уперше, на підставі математичного обґрунтування та експериментальних досліджень, доведено, що запропонована технологія обробки води з байпасним кондиціюванням здатна забезпечити ефективний ВХР КЗСО без використання мінеральних кислот та інгібіторів накипеутворення до значень коефіцієнта упарювання (Ку) циркуляційної води 3,0...3,2.

5. Уперше запропонований алгоритм розрахунку ВХР зворотних систем охолодження енергоустановок, який враховує різницю теплот фазових переходів при випаровуванні циркуляційної води у градирні і конденсації пару в конденсаторі.

Достовірність наукових положень і результатів. Надійність наведених у роботі висновків підтверджена результатами експериментальних та математичних досліджень, статистичною перевіркою та порівнянням одержаних результатів з існуючими даними.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблені розрахункові методики вибору ВХР КЗСО енергоустановок з вбудованим освітлювачем, які характеризуються незначними скидами хімічних сполук і відповідним зменшеним тиском на довкілля.

2. Розроблений алгоритм вибору ВХР КЗСО енергоустановок з урахуванням різниці теплот фазових переходів при випаровуванні циркуляційної води у градирні і конденсації пару в конденсаторі.

3. Розроблені схеми та методики розрахунків термостабілізації технологічних процесів освітлювачів, що працюють на змінних режимах.

4. Розроблені ефективні безнакипні ВХР ЗСО, що дозволяють підвищити виробництво електроенергії.

Особистий внесок дослідника. Дисертаційна робота була виконана у випробувальному центрі “Екологія” при кафедрі технології води та палива Одеського національного політехнічного університету (свідоцтво про атестацію №РО-828-2008).

Особистий внесок автора полягає в:

розробці математичної моделі обробки води в освітлювачі, яка адаптована для створення алгоритму програмного продукту;

розробці математичної моделі розрахунку температури води на вході у освітлювач, та циркуляційної води КЗСО при різних ВХР;

проведені розрахунків складу води КЗСО з використанням байпасного вапнування в різних умовах;

проведені серії випробувань для визначення швидкості накипоутворення на моделі зворотної системи охолодження;

розробці математичної моделі формування шламового прошарку освітлювача та номограм вибору ВХР КЗСО енергооб'єктів;

розробці алгоритму розрахунку вхр кзсо з урахуванням різниці значень теплот пароутворення при фазових переходах теплоносіїв у конденсаторі і градирні;

обробці та публікації експериментальних даних та їх апробації на наукових конференціях.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи докладалися і обговорювалися на: міжнародному семінарі “Проблемы химических технологий в энергетике и их влияние на экономичность и безопасность ТЭС и АЭС” Україна, Одеса, 21.05.2002 р.; міжнародному семінарі “Химические технологии АЭС с ВВЭР и их влияние на ресурс работы основного оборудования” Україна, Одеса, 17.05.2004 р.; міжнародному семінарі “Химические технологии АЭС с ВВЭР и их влияние на ресурс работы основного оборудования” у рамках програми співробітництва EDF (Франція) та НАЕК “Енергоатом” Україна, Енергодар, 23.05.2005 р.; науково-практичному міжнародному семінарі “Проблемы химических технологий в энергетике и их влияние на экономичность и безопасность ТЭС и АЭС” Україна, Одеса, 4.06.2007 р.

Публікації. Основний зміст дисертації представлений у 5 друкованих працях в науково-технічних фахових виданнях. Одна робота написана одноосібно.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, аналітичного огляду літератури (розділ 1), опису об'єктів та методів досліджень, математичного аналізу процесів формування структур шламового прошарку та обговорення експериментальних результатів (розділ 2), розгляду питань практичного застосування одержаних результатів (розділ 3), обґрунтування нових ВХР КЗСО із вбудованими освітлювачами (розділ 4), висновків та переліку використаної літератури. Загальний обсяг дисертації 110 сторінок друкованого тексту, до складу якого входить 28 рисунки, 20 таблиць, 3 додатки і бібліографія з 89 джерел.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, показані її наукова новизна і практична цінність, сформульовані мета і задачі дослідження, показано зв'язок з науковими програмами і планами.

У першому розділі представлено аналіз літератури згідно теми дисертації. Показано, що використання традиційної схеми ведення ВХР (рис. 1а), потребує надвеликої кількості хімічних реагентів для обробки додаткової води.

Детально розглянуті положення про доцільність удосконалення схем ЗСО ТЕС та АЕС великої потужності для усунення впливу хімічних скидів на довкілля.

Доведено, що використання передвключеного освітлювача (рис. 1б) значно зменшує використання мінеральних кислот. Це можливо при надійній роботі освітлювача при різних температурах на протязі року. На підставі аналізу визначальних для якості освітлення факторів доведено, що адгезійна здатність шламових частинок залежить від етапів їх еволюційного розвитку та температури. Показано що, взимку, коли температура річкової води сягає 4...5 0С, робота освітлювача стає неефективною і потребує його термостабілизації.

Аналіз наукової інформації показав необхідність удосконалення схем та методики розрахунків освітлювачів при перемінних режимах.

За допомогою балансових рівнянь для забезпечення безнакипного ВХР виконані розрахунки кількості необхідної мінеральної кислоти та величини продувки при роботі освітлювача у нестаціонарних умовах.

де -- концентрація i-ої домішки в приямку градирні, мг_екв/дм3;

, , -- питомі значення випарювання та краплинного винесу відповідно, %;

-- питома значення продувки, %.

-- концентрація i-ої домішок кондиційованій воді з підкисленням, мг_екв/дм3;

Показано, що при концентрації карбонатної лужності вище 0,8 мг-екв/дм3 витрата мінеральної кислоти може зрости до 240 т/рік на кожну 1000 МВт виробленої електроенергії, величина продувки при цьому сягне 550 т/сезон. При зменшенні продувки, витрата сірчаної кислоти може сягнути 1000 т/рік.

На підставі проведеного аналізу визначені наукові задачі, рішення яких нададуть змогу досягти головної мети роботи.

У другому розділі розглянуті питання, пов'язані з дослідженням температурних режимів кондиціювання води в освітлювачі та закономірностями формування гідродинамічної та фізико-хімічної структур шламового прошарку.

Вплив температури на кондиціювання води, що досліджувався контролем залишкових значень карбонатної лужності та перманганатної окислювальності, дано на рис. 2 _ 3.

Показано, що вплив температури води на оптимальну дозу флокулянту, вапна та коагулянту не прогнозований, що унеможливлює достовірні попередні розрахунки процесу кондиціювання. За даних умов, єдиним рішенням по забезпеченню ефективної роботи освітлювача, є термостатування процесу кондиціювання води.

Освітлювач є пристроєм “труба в трубі ” (рис. 4). У нижню частину міжтрубного простору (камера змішування А) подається оброблена вода, вапно, коагулянти, флокулянти тощо, при їх інтенсивному перемішуванні. У міжтрубному просторі В потік заспокоюється і відбувається збільшення розмірів первинних частинок шламу. Через шламові вікна, розташовані на висоті Hi, за рахунок різниці швидкостей шлам виводиться з міжтрубного простору у шламоущільнювач і далі через дренаж 2 з апарату. Освітлена вода через гідродинамічні грати і відсічку 3 подається в лоток освітленої води 4. Управління процесом освітлення здійснюється трьома засувками: 1, 2, 3. Розрахунки апаратів даного типу здійснюються за гідродинамічними законами у стислих умовах. Однак у нестаціонарних режимах доволі часто виникають непрогнозовані процеси формування контактного середовища.

Інтегрально їх можна характеризувати значенням умовної швидкості осадження шламу Vy, що залежить від температури, гідродинамічних умов в камерах апарату та дозування хімічних реагентів. Оскільки ці характеристики та залежності у літературі відсутні, була висунута задача їх дослідження.

Метою теоретичного розгляду було визначення розподілу по висоті шламового прошарку таких характеристик, як масова та об'ємна концентрації зависів, а також гідравлічних та фізико-хімічних властивостей частинок, що їх складають. На підставі матеріального балансу твердої фази в межах шламового прошарку було з'ясовано існування двох типів опускних зон. Перша з них обумовлена існуванням перерізного дифузійного потоку виведення шламу через шламові вікна. Наслідком цього є значне послаблення підйомного току води поблизу від поверхонь розташування шламових вікон і формування у цій зоні згущення шламу, яке безпосередньо впливає на швидкість води в межчастинному просторі, , м/с:

де - об'ємна концентрація частинок контактної зони,м3/м3;

, - відповідно ефективні значення питомої ваги твердої фази () і рідини;

- коефіцієнт гідродинамічного опору;

- прискорення сили тяжіння, м/с2;

- ефективний діаметр частинки завису, м.

Час перебування частинок у цій зоні збільшується, частинки стискуються, стають меншими і важчими, і з часом ця зона шламу починає сповзати. Частинки цієї зони є хімічно інактивними. У подальшому процесі освітлення вони участі не беруть, але загромаджують вхідний колектор. Маса шламу, що сковзає вздовж шламовідборної поверхні пропорційна добутку:

де - коефіцієнт гідродинамічного спаду;

, - відповідні швидкості підйомного та дифузійного токів суспензії, м/с;

- площа перерізу шламового прошарку, м2;

- площа поверхні шламовідбірних вікон, м2;

- загальна маса завису у шламовому прошарку, кг.

Друга опускна зона формується як наслідок зниження швидкості суспензії за рахунок зниження температури біля зовнішньої поверхні освітлювача,

де - температура середовища, 0С;

- середня швидкість витання частинок у стислому середовищі, м/с.

Гальмування підйомного потоку веде до тих самих наслідків, що і в попередньому випадку, але за інших обставин. Маса шламу, що сповзає вздовж холодної поверхні визначаться як:

Швидкості води та швидкості витання частинок шламу функціонально залежать від значень об'ємної концентрації твердої фази і від їх гідравлічних характеристик:

Таблиця

Залежність швидкості витання частинок шламу освітлювача та руху води між частинками шламу освітлювача від

	швидкості частинок,	швидкість руху води,
35
35 - 7000
7000

де - коефіцієнт форми частинок шламу, залежить від режиму потоку;

, - відповідно значення густини рідини та твердої фази, кг/м3;

- коефіцієнт динамічної в'язкості, Н с/м2.

На підставі аналізу точок перетину залежностей та доведено, що режим течії у водному просторі шламового прошарку перехідний, хоча режим течії, віднесений до повної площі перерізу шламового прошарку - ламінарний. За таких умов стає справедливою гіпотеза щодо сталих значень об'ємних концентрацій твердої фази у ядрі потоку. Для подальшого аналізу потрібно було експериментально дослідити гідравлічні характеристики частинок контактної зони.

Для вирішення цієї задачі було сконструйовано експериментальну установку, в якій приготування шламу відбувається у верхній, а процес його осадження у ламінарному режимі в заздалегідь освітленій воді - у нижній ємності (рис. 5). Безпосередньо установка складається з термостатованого скляного циліндру, який поділений мембраною (6) на дві частини: верхню реакційну (1) і нижню контрольну (вимірювальну) (2).

Частина (2) оздоблена пробовідбірниками (3) встановленими з кроком 200 мм. У верхній частині циліндру розташовується електромеханічна мішалка з регульованим числом обертів (4), кран (5) для дренажу води після проведення експерименту і промивки установки.

Частинки утвореного шламу при дозуванні реагентів у вихідну воду після перемішування розподілялися у верхній камері відповідно до свого розміру (стратифікаційний ефект). Розподіл частинок по висоті описується рівнянням (6).

де - гідравлічна крупність, м

- зміна координати глибини реакційного циліндру, м;

- висота шару води у циліндрі 1 (рис. 5), м;

- лінеарізуючий множник.

При повному видаленні мембрани попередньо сформовані частинки переносяться у нижній циліндр, де пересуваються на відстань, яка контролюється відборами на висоті контрольних перерізів. Контрольним часом є просування найбільшої частинки до заданого перерізу, після чого вся вище розташована вода пошарово зливається в окремі колби. Контрольні об'єми фільтруються, фільтри висушуються до сталої ваги при температурі 105±0,1 0С і зважуються на аналітичних терезах першого класу. Розрахунок гідравлічної крупності здійснювався за формулою:

де - зміна маси шламу, кг;

- зміна розмірів частинок, м;

- загальна маса шламу, кг;

, - відповідні розміри мінімально можливої частинки, що визначаються точкою перетину графічної залежності з віссю ординат та значення гідравлічної крупності частинки, м.

Перерахунок значень гідравлічної крупності на ефективний діаметр і, відповідно, на швидкості їх витання здійснювався з урахуванням протинаправленого гальмуючого Стефанового потоку за формулою:

де - відстань між контрольними перерізами експериментальної установки, м;

- час від початку вимірювання до початку відбору проби, с;

- гідравлічна крупність, м;

- ефективний радіус частинки, м;

- прискорення сили тяжіння, м/с2;

- коефіцієнт динамічної в'язкості, Па с;

, - значення густини відповідно твердої фази та рідини, кг/м3;

- об'ємна концентрація твердої фази, м3/м3;

- параметр дисперсного розподілу твердої фази.

Формулу (8), можна використовувати для =(0,01 0,2), коли =1,74. Для більших значень необхідно враховувати ефект гідродинамічної та хімічної взаємодії між частинками.

Тим самим надається можливість моделювання гідравлічних процесів в межах шламового прошарку (у міжтрубному просторі) та шламоущільнювачі освітлювача.

Експериментальні дані, з довірчим інтервалом 0,95, щодо диференційного розподілу частинок шламу за швидкостями їх осадження , представлені на рис. 6.

Одержані результати дозволяють розраховувати роботу освітлювачів при встановлених технологічних режимах вапнування з коагуляцією та флокуляцією.

У третьому розділі розглянуті питання практичного застосування результатів теоретичного аналізу. Досліджено вплив якості кондиційованої додаткової води на підставі показників ВХР і інтенсивності відкладень на теплообмінних поверхнях конденсаторів і інших теплообмінників. Дослідження проводились на експериментальному стенді масштабної моделі КЗСО (рис. 7).

Стенд є масштабною теплогідравлічною моделлю ЗСО, яка забезпечена контрольно-вимірювальною апаратурою і приладами для кількісного контролю корозійних і накипеутворюючих процесів, що перебігають у досліджуваній системі. Конструкція стенду дозволяє змінювати в широких межах питомі витрати циркуляційної води на випаровування P1, краплинне винесення P2, продувку P3, а також витрату повітря, що подається в градирню.

Охолоджуюче повітря подається в градирню під нижній зріз насадка відцентровим вентилятором з натиском 0,15 мм вод. ст. і витратою 600 м3/год. Відповідно до регламенту експлуатації циркуляційна вода нагрівається до 36 °С і охолоджується до 25 °С.

Нагрівання води здійснюється в теплообмінниках 10 та 11 з внутрішнім та зовнішнім обтіканням водою контрольних зразків.

В теплообміннику 10 містяться зразки трубок завдовжки 60 мм з внутрішніми електронагрівачами, які розташовані в осередку спеціальної касети. Радіальна щілина між стінкою зразка і касетою складає 1 мм.

В теплообміннику 11 містяться зразки труб завдовжки 700 мм. Для нагрівання з зовнішнього боку труби служить насичена водяна пара, що генерується на електроводонагрівачі. Швидкість циркуляційної води в теплообмінній трубі складає 1…1,5 м/с. Експериментальна масштабна модель КЗСО дозволяє досліджувати вплив якості вихідної води та технології інгібування циркуляційної води в процесі її упарювання на стабілізацію солей накипеутворювачів та/або випадінню їх з розчину. Оцінка стабілізуючої здатності вуглекислоти атмосфери та мінеральної кислоти проводилась при моніторингу ВХР циркуляційного контуру: за величинами стабільності ДрН циркуляційної води та стабілізованим значення тимчасової кальцієвої твердості (ДCa-Лз) (рис. 8- 11). Ефективність досліджуваних ВХР оцінювалось за величиною інтенсивності накипеутворення на контрольних зразках труб теплообмінників 10 та 11 (рис. 7) та наведена на рис. 10.

На рисунках 8 та 9 можна виділити: I - зону стабілізації води вуглекислотою з атмосфери (без упарювання). II - зону стабілізації циркуляційної води вуглекислотою атмосфери при коефіцієнті упарювання до 3,2. III - зону стабілізації циркуляційної води вуглекислотою атмосфери та мінеральною кислотою.

Випливаючи з аналізу наведених даних вочевидь, що інтенсивність відкладень накипеутворювачів залежить від якості додаткової води, коефіцієнту упарювання циркуляційної води та дозування реагентів (СО2 атмосфери, мінеральних кислот). Доведено, що безнакипний режим конденсаторів без використання мінеральних кислот спостерігається до значень коефіцієнту упарювання Ку = 3,2. У цьому діапазоні Ку робота КЗСО можлива без використання мінеральних кислот.

При значеннях Ку > 3,2 ведення безнакипного режиму можливе при продувках P3 > 3% або при відповідному дозуванні кислоти та інгібіторів. Вочевидь, що за цих умов спостерігатиметься відповідний тиск на довкілля.

У четвертому розділі запропоновані схеми включення додаткових освітлювачів безпосередньо в КЗСО.

Нумерація відповідає рис. 1а, 1б; 12 -- вбудований освітлювач.

У цих схемах частина циркуляційної води після конденсатора байпасно подається на вбудований освітлювач з температурою процесу кондиціювання 27...32 0С. Це забезпечує більш якісні температурні умови процесу її кондиціювання.

З умов матеріального балансу для цих схем одержані рівняння для розрахунку концентрацій домішок у приямку градирні:

для = 0 (схема рис. 12а)

для = 0 (схема рис. 12б)

де, -- концентрації домішок у кондиційований воді у передвбудованому та вбудованому освітлювачах , мг-екв/дм3;

-- концентрації домішок у воді, що містяться у приямку градирні, мг-екв/дм3;

-- витрата води у відборі після конденсатора, %;

-- витрата охолоджувальної води, %;

-- температура охолоджувальної води, 0С;

-- температура води після конденсатора, 0С;

-- температура води на вході в освітлювач, 0С.

З рівнянь (10 -- 13) випливає:

- ефективність кондиціювання води значно зростає за рахунок підвищеної температури процесу;

- зменшуються, майже до нуля, величини можливих продувок, що забезпечує низький тиск, або його відсутність на екологію довкілля;

- не виникає потреби у використанні мінеральних кислот та інших хімічних реагентів для корекції ВХР КЗСО.

При розрахунках ВХР ЗСО великих енергетичних об'єктів розглядають п'ять головних потоків теплоносія (рис. 1а).

- витрата охолоджуючої води конденсатору, кг/с;

- витрата води на випаровування у градирні , кг/с;

- витрата води на краплинний винос у градирні, кг/с;

- витрата води на сталу продувку у ЗСО, кг/с;

- витрата водяної пари, що потрапляє від турбіни до конденсатору, кг/с.

Теплові потоки, що відводяться у конденсаторі та у градирні, відповідно дорівнюють, Дж/с

де -ступень сухості пару, доля;

,- теплоти пароутворення (конденсації) водяної пари відповідно у конденсаторі та у градирні, Дж/кг

Зазвичай приймається, звідки випливає:

З другого боку концентрування домішок в ЗСО пропорційно коефіцієнту упарювання

Вводимо нові змінні

і тоді значення матиме вигляд:

Підставляючи у рівняння (14) значення з (12) одержуємо питоме значення випареної води на одиницю теплової потужності, кг/сек/МВт.

На підставі викладеного, з урахуванням теплофізичних властивостей охолоджуючої води ( - ступень сухості пару, доля і - теплота пароутворення, кДж/кг) запропоновано алгоритм побудови номограм, що дозволяють вибір ефективних ВХР різноманітних схем ЗСО енергоустановок для широкого класу вод річок та озер України. Зразок номограми вибору ВХР для схеми ЗСО, представленій на рис. 1а наведений на рис. 13.

ВИСНОВКИ

1. Науково обґрунтована технічна можливість створення екологічних і маневрових комплексних зворотних систем охолодження (КЗСО) з вбудованими освітлювачами, в яких температура процесу кондиціювання підтримується в межах 20…30 0С замість 3…35 0С, як в існуючих схемах. За рахунок підвищення якості кондиційованої води у вбудованих освітлювачах відповідно зменшуються скиди у навколишнє середовище.

2 Запропонована математична модель процесу кондиціювання води та одержані закономірності формування шламового прошарку для різних режимів кондиціювання в освітлювачах. Це дає можливість сформувати необхідну фізико-хімічну структуру контактного прошарку для високоякісного кондиціювання води в освітлювачах при довільних навантаженнях системи охолодження ТЕС і АЕС і, як наслідок, зменшити відкладення на теплообмінних поверхнях конденсатору.

3 Експериментально визначені гідравлічні характеристики частинок для організації ефективної роботи контактної зони освітлювача при змінних навантаженнях і відповідних швидкостях води, яка освітлюється. Максимальні значення швидкості осадження частинок при вапнуванні - 2 мм/с, а при вапнуванні з коагуляцієй - 3,7 мм/с.

4. На основі експериментальних досліджень автора, та результатів випробувань на діючому обладнані АЕС доведено, що вплив кондиціювання додаткової води на інтенсивність відкладень на теплообмінних поверхнях комплексних зворотних систем охолодження енергоустановок із вбудованим освітлювачем забезпечує від'ємне значення критерію стабільності (Са-Лз) і відповідну швидкість відкладень у діапазоні Ку = (1...3,2) нижчу за 0,05 г/(м2*год). Як наслідок, з'являється можливість відмовитись від використання мінеральних кислот та інгібіторів відкладень при обробці додаткової та циркуляційної води при зазначених Ку.

5. Розроблена методика розрахунку вхр кзсо, що враховує різницю до 6% у теплоті пароутворення теплоносіїв у конденсаторі та у градирні при фазових переходах, що впливає на кількісну оцінку співвідношень охолоджуючої і додаткової води. На підставі означеної методики розроблено алгоритм об'єктивного розрахунку ВХР КЗСО, що має практичне значення для експлуатаційного персоналу ТЕС та АЕС і надає можливість оперативно впливати на ВХР КЗСО.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Чиченин В.В. Моделирование обработки воды методом осаждения / В.В. Чиченин, Е.В. Кишневский // Труды Одесск. политехн. ун-та. -- 1996. -- Вып.1. -- С. 69-71.

2. Чиченин В.В. Способ известкования системы оборотного охлаждения АЭС / В.А. Кишневский, В.В. Чиченин // Труды Одесск. политехн. ун-та. -- 1998. -- Вып.2. -- С. 69-71.

3. Чиченин В.В. Способ стабилизации температуры воды оборотных систем охлаждения крупных электростанций при известковании / В.А. Кишневский, В.В. Чиченин // Труды Одесск. политехн. ун-та. -- 2001. -- Вып.2. -- С. 69 71.

4. Чиченин В.В. Модель оборотной системы охлаждения / В.А. Кишневский, В.И. Ковальчук, В.В. Чиченин // Труды Одесск. политехн. ун-та. -- 2004. -- т.4,. -- С. 99_101.

5. Чиченин В.В. Энергосберегающая технология подготовки добавочной воды для оборотной системы охлаждения / В.В. Чиченин, И.Б. Тумакова, О.А. Дорож // Труды Одесск. политехн. ун-та. -- 2004. -- Вып.1. -- С. 69-71.

6. В.В. Чиченин. Методика определения гидравлической крупности шлама // Труды Одесск. политехн. ун-та. -- 2004. -- т.4,. -- С. 101 - 103.

анотація

охолодження енергоустановка гідравлічний шламовий

Чиченін В.В. Підвищення ефективності кондиціювання теплоносіїв в освітлювачах комплексних зворотних систем охолодження енергоустановок. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.14 - Теплові та ядерні енергоустановки. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса 2010.

У дисертації здійснено аналіз роботи існуючих зворотних систем охолодження (ЗСО) енергоустановок. Показано, що ведення водно-хімічних режимів (ВХР) у таких системах потребує надвеликих кількостей хімічних реагентів для обробки як додаткової так і циркуляційної води. Запропоновані автором схеми комплексних ЗСО (КЗСО) із включенням додаткових освітлювачів для кондиціювання циркуляційної води, здатні поліпшити означену проблему у холодну пору року.

За допомогою математичної моделі були з'ясовані гідравлічна та фізико-хімічна структури шламового прошарку освітлювача та залежні від них принципові характеристики масової та об'ємній концентрацій зависів, гідравлічних та кінетичних характеристик частинок, що його складають. За допомогою розробленої автором експериментальної методики досліджено гідравлічну структуру частинок контактної зони в процесі вапнування води та визначені швидкості їх витання, що склало базу для розрахунків освітлювачів, вбудованих в ЗСО. На масштабній моделі ЗСО досліджена інтенсивність відкладень на теплообмінних поверхнях конденсатору за умов втілення нових, запропонованих автором безреагентних ВХР. Визначений діапазон використання таких ВХР. Запропоновано алгоритм побудови номограм, що дозволяють вибір ефективних ВХР різноманітних схем ЗСО енергоустановок для широкого класу вод річок та озер України

Ключові слова: зворотні системи охолодження, водно-хімічні режими, освітлювачі, шлам.

ЧИЧЕНИН В.В. Повышение эффективности кондиционирования теплоносителей в осветлителях комплексных оборотных систем охлаждения энергоустановок. Диссертация является рукописью на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.14 - Тепловые и ядерные энергоустановки. - Одесский национальный политехнический университет, Одесса 2010.

В диссертации осуществлен анализ существующих схем оборотных систем охлаждения (ОСО) и их водно-химические режимы (ВХР). Наиболее часто применяются ОСО с обработкой добавочной воды ингибиторами отложений и умягчением добавочной воды известкованием с последующим ингибированием. В последнем случае качество процесса умягчения (кондиционирования) во многом зависит от температуры исходной воды и термостабилизации самого процесса.

Однако, современные требования по защите окружающей среды предполагают переход на бессточные ОСО энергоустановок, что возможно за счет повышения коэффициента упаривания (Ку ) циркуляционной воды при одновременном повышении качества процесса кондиционирования добавочной и части циркуляционной воды.

Решение этой сложной проблемы в частности предполагает, рассмотрения комплексной задачи повышения эффективности кондиционирования добавочной и циркуляционной воды при термостатированных условиях за счет включения в схему ОСО осветлителей.

Предложенные автором схемы комплексных ОСО (КОСО) с предвключенными и включенными осветлителями дают возможность термостатировать процесс кондиционирования в интервале температур 20…30 0С вместо 3…35 0С в существующих схемах. За счет улучшения качества процессов кондиционирования во встроенных осветлителях значительно уменьшаются сбросы в окружающую среду.

Для расчета процессов кондиционирования в указанном температурном диапазоне создана математическая модель, позволяющая исследовать закономерности формирования контактного слоя для различных режимов. Отправными точками при построении модели были гипотезы о гидродинамическом транспорте частиц контактного слоя вдоль зоны осветления и о зависимости адгезионной способности этого слоя от эволюционного развития составляющих его частиц. Показано, что плотность свежееобразованных, адгезионно активных частиц мало отличается от плотности воды и находится в пределах 1,001…1,002 г/см3. По мере перемещения к границе контактной зоны частицы стареют, их адгезионная способность уменьшается, а плотность возрастает до 1,004…1,005 г/см3. Все это ведет к формированию взаимосвязанных гидродинамической и физико-химической структур взвеси, в пределах контактного слоя. Показано, что вдоль поверхности расположения шламовых окон и холодной наружной поверхности осветлителя возникают застойные зоны, вдоль которых сползают слои частично утративших активность частиц. В ядре потока, где располагаются активные частицы, режим течения взвеси ламинарный, а режим течения ожижающего потока води - переходной.

Для определения необходимых гидродинамических характеристик частиц контактного слоя, таких как скорость витания, проведены исследования режимов осаждения частиц зрелых частиц на разработанной автором экспериментальной установке. Осуществлен дисперсный анализ частиц образованных при известковании и известковании с коагуляцией сернокислым железом. Получено, что минимальные значения скоростей ожижающего потока должны составлять до 3 мм/с при известковании и до 4,5 мм/с при известковании с коагуляцией. Полученные данные легли в основу расчета эксплуатационных гидродинамических режимов в осветлителях.

Исследования стабильности циркуляционной воды проводились при мониторинге за величиной критерия стабильности (?Ca - Що), а эффективность ведения процесса оценивалось по величине интенсивности накипеобразования на контрольных образцах труб. Исследования проводились на масштабном экспериментальном стенде ОСО, и проверялись на действующем оборудовании АЭС. Получено, что кондиционирование добавочной воды обеспечивает отрицательное значение критерия стабильности. Соответствующее значение интенсивности отложений на теплопередающих поверхностях, составляет 0,05 г/(м2*час) при значениях коэффициента упаривания циркуляционной воды Ку = 1…3,2. В указанном диапазоне Ку для обеспечения безнакипного режима является достаточным подкисление кондиционированной воды только за счет атмосферной углекислоты без использования минеральных кислот и ингибиторов отложений.

Автором разработана методика расчета ВХР ОСО (КОСО), которая учитывает разность в теплотах фазовых переходов теплоносителей в конденсаторе и градирне. На основании данной методики создан алгоритм расчета объективного состояния ВХР ОСО (КОСО), имеющий практическое значение для эксплуатационного персонала енергообъектов.

Ключевые слова: оборотные системы охлаждения, водно-химические режимы, осветлители, шлам.

охолодження енергоустановка гідравлічний шламовий

Chichenin V.V. Coolant conditioning efficiency improvement in clarifiers of power plant complex recycled cooling systems. Manuscript.

Thesis for scientific degree of candidate of engineering sciences by specialty 05.14.14 “Thermal and nuclear power unit”. _ Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2010.

The dissertation contains an analysis of available power plant recycled cooling systems (RCS). It is shown that in order to keep water-chemical regimes (WCR) in such systems one needs to use extremely high volumes of chemical reagents to process both additional and circulating water. The author proposed complex RCS circuit designs that include additional clarifiers to soften circulating water; these designs help to solve this problem even during the cold part of the year. The author used a mathematical model to find both hydraulic and physical/chemical structures in clarifier slurry layers that govern the main characteristics of mass and volume slurry concentration and also hydraulic and kinetic characteristics of the particles that form slurry. The author has developed an experimental technique that was used to investigate the hydraulic structure of the particles in the contact zone in limed water and to determine dance rates of the particles that have formed a basis for calculation of the clarifiers used in various RCS. Using RSC scaled model the author investigated sedimentation rate on condenser heat exchange surfaces for new WCRs proposed by the author that do not require reactants. The range when such WCRs can be used was determined. The author has developed nomographic charts that can be used to determine WCR for both additional and circulating water.

Keywords: recycled cooling systems, water-chemical regimes, clarifier, slurry.

Размещено на Allbest.ru