Совершенствование водоподготовки ТЭС на основе разработки технологии производства гранулированного коагулянта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Денисов Дмитрий Геннадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОДОПОДГОТОВКИ ТЭС НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННОГО КОАГУЛЯНТА

05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново 2008

Работа выполнена на кафедре «Тепловые электрические станции» в ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Шувалов Сергей Ильич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жуков Владимир Павлович

кандидат технических наук, доцент Шатова Ирина Анатольевна

Ведущая организация - ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» Филиал «УралВТИ-Челябэнергосетьпроект»

коагулянт водоподготовительный мелкозернистый теплоэлектростанция

Защита состоится « 27 » июня 2008 г. в 14⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина» по адресу:

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корпус «Б», аудитория 237.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Ученый совет ИГЭУ. Тел.: (4932) 38-57-12, факс: (4932) 38-57-01. Е-mail: npp@als.ispu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного энергетического университета.

Автореферат разослан «26» мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор А.В. Мошкарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для очистки воды от коллоидных примесей на водоподготовительных установках (ВПУ) тепловых электрических станций (ТЭС) широкое распространение получили алюмосодержащие коагулянты. Технология хранения и подготовки рабочего раствора коагулянта на тепловых электростанциях остается постоянной на протяжении нескольких десятилетий. В настоящее время для складирования реагента используют растворные баки (ячейки мокрого хранения), из которых раствор коагулянта направляется в баки - мерники, где доводится до требуемой концентрации. Эта технология обладает рядом существенных недостатков, к одному из которых относится потребность в ячейках мокрого хранения. Ячейки занимают большую площадь складского помещения (от 60 до 90 м² одна ячейка) и требуют высоких капитальных затрат на обслуживание. Их наличие приводит к необходимости использования дорогостоящего кислотостойкого оборудования (насосов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры), а также к периодическим ремонтам антикоррозионной защиты ячеек. Хранение коагулянта в мокром виде приводит к слеживанию реагента и образованию однородной глинообразной массы, для растворения которой требуются значительные затраты тепловой и электрической энергии.

Уменьшение склада хранения коагулянта, исключение слеживания реагента, отказ от ячеек мокрого хранения и сопутствующих затрат на их обслуживание позволяет осуществить технологическая схема, в которой хранение коагулянта осуществляется в сухом виде, а для подготовки раствора коагулянта используются совмещенные растворно-расходные баки. При этом для исключения слеживания реагента и обеспечения максимальной компактности реагентного узла необходимо использование гранулированных продуктов. С начала 90-х годов прошлого столетия такие реагенты весьма успешно используются в системах городского водоснабжения и на ряде водоочистительных установок небольшой мощности. Для оценки применимости таких коагулянтов на ВПУ ТЭС и совершенствования технологической схемы подготовки коагулянта необходимо определить размер частиц реагента, который будет достаточен для создания компактной и высокотехнологичной установки.

Гранулированный сульфат алюминия в Российской Федерации производится на ЗАО «Синтез» г. Кострома. На технологической линии ЗАО «Синтез» разброс размеров частиц коагулянта и его средняя крупность изменяется в широких пределах (от 2 до 20 мм). Высокий уровень полифракционности продукта и его излишняя крупность не позволяют использовать этот коагулянт для компактных водоподготовительных установок, а также конкурировать на внутреннем рынке страны с импортными аналогами. Для применения компактных схем подготовки раствора гранулы коагулянта должны иметь размеры, обеспечивающие приемлемое время растворения в малогабаритных установках. Для производства гранулированных реагентов с требуемой крупностью необходимо использовать соответствующие технологические схемы и оборудование.

Целью диссертации является совершенствование узла коагулянта водоподготовительных установок ТЭС путем перехода на мелкозернистый гранулированный продукт, сухое складирование реагента и непрерывный способ подготовки рабочего раствора, а также разработка новой технологии производства гранулированного коагулянта с размерами зерен требуемой крупности.

Задачи диссертации:

? исследование кинетики растворения 18-водного сульфата алюминия и оценка необходимого размера гранул для компактных схем водоподготовительных установок ТЭС;

? разработка методики контроля процесса растворения коагулянта;

? определение конструктивных и режимных характеристик оборудования для хранения гранулированного реагента и подготовки раствора коагулянта на ТЭС;

? разработка и идентификация математических моделей формирования дисперсных составов и массопотоков технологических процессов производства гранулированного коагулянта;

? разработка технологической линии производства гранулированного сульфата алюминия для обеспечения компактных ВПУ ТЭС;

? разработка имитационных компьютерных программ технологических линий производства гранулированных коагулянтов и анализ влияния конструктивных и режимных факторов на дисперсный состав продукции.

Объектом исследования является гранулированный сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃·18Н₂О (далее по тексту, коагулянт).

Предмет исследования включает в себя процессы преобразования дисперсного состава сульфата алюминия при гранулообразовании в аппарате барабанного типа, классификации на грохоте и в сепараторе, измельчении в молотковой дробилке, перемещении на транспортере и в бункере, а также растворения в растворно-расходных баках ТЭС.

Научная новизна работы заключается в том, что:

? получены новые экспериментальные данные по кинетике растворения 18-водного сульфата алюминия, позволяющие определять время полного растворения гранул коагулянта в условиях ТЭС при изменении температуры раствора, размера гранул коагулянта, массовой доли реагента в растворе и частоты вращения лопастей мешалки;

? впервые выявлена и идентифицирована зависимость между массовой долей 18-водного сульфата алюминия, температурой и удельной электропроводностью раствора;

? разработана математическая модель укрупнения частиц коагулянта в грануляторе барабанного типа. Предложены новые аналитические выражения для расчета селективной и распределительной функций агломерации в условиях гранулообразования в барабанном аппарате;

? разработаны математические модели технологических линий производства гранулированного сульфата алюминия, учитывающие процессы преобразования дисперсных составов и массопотоков во всех узлах технологических схем.

Практическая ценность результатов состоит в следующем:

? выбраны конструктивные и режимные характеристики оборудования, необходимого для хранения и подготовки рабочего раствора коагулянта на водоподготовительных установках ТЭС;

? показано, что для усовершенствованных технологических схем подготовки раствора коагулянта из гранулированного реагента максимальный размер частиц должен составлять не более 5 мм;

? идентифицированы математические модели и на их основе разработаны вычислительные программы основных технологических процессов производства гранулированного коагулянта на ЗАО «Синтез» г. Кострома;

? показано, что наблюдаемая нестабильность дисперсного состава коагулянта обусловлена структурой существующей технологической линии;

? предложена новая технология производства коагулянта, обеспечивающая получение гранул с размером от 2 до 5 мм и исключающая нестабильность дисперсного состава;

? разработаны динамические компьютерные модели технологических схем производства гранулированного коагулянта, имитирующие работу производственных процессов в режиме реального времени;

? определен состав и режим работы оборудования предложенной технологической линии.

Автор защищает:

? экспериментальные данные по кинетике растворения гранулированного 18-водного сульфата алюминия при технологически обоснованных уровнях воздействия температуры раствора, размера гранул коагулянта, частоты вращения лопастей мешалки и массовой доли коагулянта в растворе;

? методику определения массовой доли коагулянта в растворе по значениям температуры и удельной электропроводности раствора;

? математическую модель формирования дисперсных составов и массопотоков гранулированного сульфата алюминия в структуре технологической линии производства коагулянта;

? математические модели гранулообразования в аппарате барабанного типа и формирования дисперсного состава материала в бункере ретура;

? новую технологию производства гранулированного коагулянта и ее имитационную компьютерную модель.

Методы исследований. Для исследования процессов растворения, гранулообразования, измельчения и классификации производились активные эксперименты на лабораторных стендовых и промышленных установках. При разработке методики контроля процесса растворения использованы кондуктометрический и потенциометрический методы измерений. Дисперсный состав гранулированного коагулянта определялся ситовым анализом. При обработке экспериментальных данных использованы методы математической статистики. Теоретическое исследование в работе связаны с построением математической модели агломерации и определением вида селективной и распределительной функций агломерации.

Личный вклад автора состоит в организации, проведении и анализе экспериментальных исследований по растворению гранулированного сульфата алюминия; разработке моделей преобразования дисперсных составов и массопотоков в узлах технологических схем производства коагулянта; разработке алгоритмов и программного обеспечения для динамического расчета технологических схем; анализе и обобщении результатов экспериментальных и расчетных исследований.

Внедрение результатов работы осуществлено на водоподготовительных установках ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь» г. Череповец, на ОАО «Вологодская ТЭЦ» г. Вологда и использовано при разработке проекта модернизации технологической линии производства гранулированного сульфата алюминия на ЗАО «Синтез» г. Кострома. Реализация результатов работы подтверждена тремя актами внедрения.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных и международных научно-технических конференциях:

· Х, ХIII и ХIV Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2004, 2007, 2008 гг.);

· Региональная студенческая научная конференция «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2004 г.);

· Региональные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Энергия» (Иваново, 2006, 2008 гг.);

· Международные научно-технические конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 2006, 2007 гг.);

· Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы энергетики» (Екатеринбург, 2007 г.);

· XXII Международная молодежная научно-практическая конференция «Развитие атомной отрасли: время глобальных перемен» (Иваново, 2007 г.);

· XI Международная научно-инновационная конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов «Полярное сияние 2008» на тему «Ядерное будущее: технологии, безопасность и экология» (Санкт-Петербург, 2008 г.);

· XV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008 г.);

· III Молодежная международная научная конференция «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008 г.);

· XIX Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 2008).

Список публикаций. По материалам диссертационной работы опубликовано 23 печатные работы, в том числе 5 статей по списку ВАК, 13 статей в сборниках материалов и 5 тезисов докладов.

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов, библиографического списка использованной литературы из 175 наименований и 2 приложений. Объем диссертации, включая приложения, составляет 211 страниц машинописного текста. Работа содержит 76 рисунков и 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследования, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности существующих способов хранения и технологий подготовки рабочего раствора коагулянта на ТЭС. Этому направлению посвящены работы Б.Н. Фрога, В.Г. Печникова, Л.А. Кульского, В.А. Клячко, О.И. Мартыновой, И.Т. Гороновского, Л.П. Алексеевой, С.Р. Штернера, С.Л. Лузгина и др. Показано, что мокрый способ хранения коагулянта на ВПУ ТЭС целесообразно применять только для неочищенного кускового сульфата алюминия. Для химически очищенного коагулянта предпочтительнее сухое хранение и непрерывный способ подготовки рабочего раствора.

В результате анализа работ А.П. Левченко, В.Л. Драгинского, К.В. Ткачева, А.К. Запольского, С.В. Гетманцева, А.В. Моисеева и А.А. Барана определены достоинства и недостатки различных технологий производства гранулированного сульфата алюминия у отечественных и зарубежных производителей. На основе существующих гранулометрических характеристик коагулянта и нормативной документации, регламентирующей его производство, проанализированы требования к фракционному составу отечественных и импортных производителей коагулянта. Показано несоответствие технологии производства, применения и качества отечественного коагулянта современным требованиям ведущих западных производителей. Устранение этого недостатка возможно при разработке новых технологических схем и режимов работы оборудования.

Вопросам грануляции частиц дисперсного материала посвящены работы П.В. Классена, И.Г. Гришаева, В.И. Коротича, В.Н. Кочеткова, M. Смолуховского, М.Б. Генералова, В.Я. Борщева, З.Н. Рахлина, Е.В. Краснова.

В развитие теории классификации дисперсных сред существенный вклад внесли Е.А. Непомнящий, М.Д. Барский, В.Е. Мизонов, С.Г. Ушаков, С.И. Шувалов, В.П. Жуков, П.В. Олевский, С.Е. Лященко, В.А. Андреев, И.И. Блехман, А.Б. Бекбаев и д.р.

Вопросам преобразования дисперсного состава в измельчителях ударного принципа действия посвящены работы В.Н. Блиничева, П.П. Гуюмджяна, С.П. Бобкова, Л.И Барона, Н.М. Смирнова, Г.А. Маслова, А. Линча и многих других.

На основании поставленной цели и проведенного анализа сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе содержится описание экспериментов по исследованию кинетики растворения гранулированного сульфата алюминия, оценка предельного размера гранул коагулянта для компактных ВПУ ТЭС и методика определения массовой доли сульфата алюминия в рабочем растворе.

На экспериментальной установке, схема которой представлена на рис. 1, исследовалось влияние на технологически обоснованных уровнях воздействия размера гранул коагулянта, температуры раствора, частоты вращения лопастей мешалки и массовой доли реагента в растворе на время полного растворения гранул.

Рис. 1 Общий вид лабораторной установки: 1 - пропеллерная мешалка; 2 -термостойкий стакан для приготовления раствора; 3 - кондуктометр; 4 - датчик кондуктометра; 5 - секундомер; 6 - термометр ртутный; 7 - иономер; 8 - датчик иономера, термометр; 9 - электронные весы; 10 - измерительный стакан; 11 - термоизолирующая пластина.

В результате статистической обработки результатов экспериментальных исследований подобраны и идентифицированы аналитические выражения по воздействию каждого фактора на время растворения. Коэффициенты в аналитических выражениях получены методом минимизации суммы квадратов отклонений экспериментальных и расчетных данных. Сопоставление результатов экспериментов с полученными регрессионными зависимостями представлено на рис. 2 и 3.

В компактных установках по подготовке раствора коагулянта время полного растворения коагулянта не должно превышать 10-15 мин.

Рис. 2 Влияние частоты вращения лопастей мешалки (а), размера частиц и температуры раствора (б) на время растворения коагулянта ф_р: - - расчет, ? - эксперимент; д - размер частиц, мм; щ - частота вращения лопастей мешалки, об/мин; m - массовая доля коагулянта в растворе, г/кг; t - температура раствора, ^оС; R² - коэффициент детерминации

Рис. 3 Влияние массовой доли реагента на время растворения коагулянта ф_р: t = 18,71 ^оC; д = 6,5 мм;щ =740 об/мин.

Согласно полученным данным по кинетике растворения максимальный размер частиц коагулянта, удовлетворяющий этому условию, равен 5 мм.

Для компактной схемы реагентного узла коагулянта ТЭС с непрерывной подготовкой раствора при номинальной производительности ВПУ 400 м³/ч, размере гранул сульфата алюминия 5 мм и дозе реагента 111 г/м³ минимальный размер растворно-расходных баков составляет 78 дм³ (рис.4).

Рис. 4 Зависимость минимального размера баков от производительности ВПУ: 1 - производительность ВПУ 200 м³/ч; 2 - 400 м³/ч; 3 - 600 м³/ч; 4 - линия ограничения максимального размера гранул коагулянта д=5 мм; m = 0,074

Минимальный размер буферного отсека при периодической подготовке раствора 250 дм³, при этом объем баков мерников равен 13 м³.

В данном случае площадь под склад коагулянта при переходе на гранулированный реагент и сухой способ хранения по сравнению с традиционной схемой сокращается на 92 % (с 78 до 6 м²), а размер растворно-расходных баков снижается на 87 % (с 200 до 26,2 м³).

Для контроля процесса растворения коагулянта предложена методика, основанная на кондуктометрическом методе анализа, а также показана неэффективность используемого для этой цели и основанного на измерении pH потенциометрического метода. Для расчета массовой доли коагулянта в растворе получена регрессионная зависимость между удельной электропроводностью ч_t [мСм/см], массовой долей 18-водного сульфата алюминия m [г/кг] и температурой t [^оС] раствора:

. (1)

Рис. 5 Кривые растворения коагулянта при 25 ^оС:

m = 5 %; д = 6,5 мм; щ = 740 об/мин.

Рис. 6 Номограмма для определения массовой доли коагулянта по значениям температуры и УЭП раствора.

Средняя величина относительного расхождения экспериментальных и расчетных данных для формулы (1) составляет 0,61 %.

Для оценки применимости предложенной методики в промышленных условиях проведена серия дублирующих опытов (рис. 5). В этих опытах в качестве растворителя использовались дистиллят и водопроводная вода г. Иваново, которая по показателям качества соответствует осветленной воде ТЭС.

Для оперативной оценки массовой доли коагулянта в растворе по (1) составлена номограмма (рис. 6), на которой показан пример определения массовой доли сульфата алюминия при температуре раствора 30 ^оС и удельной электропроводности 22,5 мСм/см.

Результаты оценки объемов растворно-расходных баков на основе полученных данных по кинетике растворения использованы при разработке проектов компактных схем и реагентных узлов коагулянтов для ВПУ ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь» и «Вологодской ТЭЦ». На этих же объектах принята к использованию методика контроля растворения коагулянта на основе кондуктометрического метода.

В третьей главе представлено математическое описание основных технологических процессов, участвующих в производстве гранулированного сульфата алюминия: гранулообразования в аппарате барабанного типа, разделения ретура на грохоте, классификации в гравитационном сепараторе, измельчения материала в дробилке ударного действия, а также перемещения ретура в бункере и на транспортерных лентах.

Для описания процесса гранулирования разработана математическая модель, в которой весь процесс укрупнения гранул разбит на три стадии. На первой стадии происходит увеличение размера гранул за счет обволакивания частиц насыщенным раствором коагулянта. При этом предполагается, что плав распределяется между классами крупности пропорционально суммарной поверхности классов. Размер частиц после обволакивания становится равным:

. (2)

На втором этапе гранулообразования происходит агломерация частиц за счет объединения смоченных частиц друг с другом. Для описания этого процесса использовано уравнение кинетики агломерации в виде:

, (3)

где A(д) - селективная функция агломерации, H(о,д) - распределительная функция.

В качестве селективной функции агломерации, характеризующей вероятность объединения частицы д с частицами других классов, использовано выражение:

. (4)

Распределительная функция H(д,л), определяющая долю частиц начальным размером переходящих в агломераты крупнее , с учетом (4) имеет вид:

. (5)

Камера грануляции в барабане представлена в виде ячейки идеального вытеснения, в которой независимо от производительности подачи ретура и плава, всегда находится одно и то же количество материала G_бар. В этом случае все частицы, независимо от их размера, будут находиться в камере в течение времени:

. (6)

Уравнение (3) с учетом (4) и (5) принимает вид:

. (7)

Согласно принятой модели идеального вытеснения, интегрирование уравнения (9) производится от t = 0 до t = t_бар.

После агломерации наступает третья часть процесса, в которой гранулы поступают в камеру охлаждения гранулятора, где происходят их кристаллизация и стабилизация структуры. В камере охлаждения материал не изменяет дисперсного состава. Время его нахождения в этой части гранулятора:

, (8)

где L_охл - длина камеры охлаждения; w_охл - скорость перемещения материала вдоль камеры.

Параметрами идентификации предложенной модели укрупнения частиц в барабанном грануляторе являются коэффициенты м, щ, и параметры L_охл и w_охл. Для существующего аппарата L_охл = 2,4 м, w_охл = 0,2 м/с. Коэффициенты = 0,411 (ммс)^-1 и = -1,5 определены из условий минимизации суммы квадратов отклонений расчетных данных и результатов промышленных испытаний барабанного гранулятора ЗАО «Синтез» (рис. 7).

Рис. 7 Дисперсные составы ретура и материала на выходе из барабана: ? - вход (эксперимент); - выход (эксперимент); - расчет по (7).

Рис. 8 Кривая разделения гравитационного сепаратора: - эксперимент; - расчет по (9).

Для описания классификации гранул коагулянта в гравитационном сепараторе и на грохоте использована кривая разделения (), характеризующая вероятность выделения частиц размером в мелкий (кривая парциальных выносов) продукт классификации. В качестве функции разделения для гравитационного сепаратора использована зависимость:

, (9)

где _гр - граничный размер разделения, соответствующий размеру частиц, обладающих равной вероятностью выделения в мелкий и крупный продукты разделения: ц(д_гр)=0,5; ks - параметр, характеризующий эффективность разделения классификатора. Параметром идентификации конструкции сепаратора является коэффициент ks, а в виде режимного параметра выступает граничный размер разделения _гр.

Для проверки обоснованности применения зависимости (9) для аппроксимации кривой разделения и оценки эффективности гравитационного сепаратора при классификации зерен коагулянта на стендовой установке ИГЭУ была проведена серия опытов, в которой менялись настройка режима работы (_гр) и дисперсный состав исходного материала.

По результатам произведенных опытов показано, что зависимость (9) удовлетворительно описывает экспериментальные данные (рис. 8). При изменении _гр от 0,8 до 4 мм, величина ks изменяется незначительно и составляет от 2,5 до 2,7.

Математическое описание процесса грохочения основано на аналогичных с гравитационной классификацией уравнениях. Для расчета кривой разделения одной просеивающей поверхности грохота использована зависимость:

(10)

где д_с - размер ячейки сита грохота; kg - коэффициент, зависящий от конструкции и условий работы грохота.

Для определения коэффициента эффективности грохочения (kg) использованы данные по средней эффективности грохочения вибрационных грохотов и аналитическое выражение для расчета кпд грохочения:

. (11)

Средняя величина эффективности классификации на вибрационном грохоте, установленном в технологической линии ЗАО «Синтез», с учетом анализа эффективности процесса грохочения аналогичных аппаратов принята равной 80 %, откуда, согласно (11), kg = 4.

Математическое описание измельчения материала в молотковой дробилке основано на использовании уравнения порционного измельчения:

, (12)

где S(д) - селективная, В(о,д) - распределительная функции измельчения. Селективная функция представлена в виде:

. (13)

Для расчета распределительной функции использовано выражение, соответствующее линейному распределению частиц по размерам:

. (14)

При этом предполагается, что за один проход через дробилку материал подвергается нескольким эквиваленвным нагружениям с селекивной и распределительной функциями в виде (13) и (14) соответственно. В этом случае выражение (12) принимает вид:

, (15)

где k =1, 2, …,n_e; n_e - количество эквивалентных нагружений.

Параметрами идентификации математической модели измельчения в молотковой дробилке являются коэффициенты и , а также количество эквивалентных нагружений n_e. Для их определения на Ухоловском заводе «Строммашина» проведены стендовые исследования по разрушению гранул сульфата алюминия в однороторной дробилке типа СМД-112А. По результатам испытаний n_e = 2; = 0,128; = 0,60. Данные ситового анализа дробленого коагулянта и результаты расчета по (15) представлены на рис. 9.

Рис. 9 Дисперсные составы коагулянта до и после дробилки: ? -до дробилки; -после дробилки; - расчет по (15).

Для осаждения материала в бункере ретура предложена математическая модель формирования дисперсного состава в бункере, учитывающая динамическое изменение характеристик выгружаемого материала в зависимости от наличия рециклов в схеме, расхода и гранулометрического состава поступающей в бункер среды, количества материала в бункере и расхода выгрузки. Модель основана на дискретном представлении процесса, в котором осаждение материала осуществляется поступательно от верхнего слоя к нижнему.

Для расчета транспортного запаздывания при перемещении материала на ленточном или цепном транспортере использована ячеечная модель, аналогичная по структуре модели идеального вытеснения. Движение дисперсной среды представлено в виде поступательного перемещения ретура из первой ячейки во вторую, из второй в третью и так далее до последней ячейки. В качестве параметра идентификации этой модели используется время нахождения материала на транспортерной ленте, которое зависит от линейной скорости перемещения ленты и её длины.

В четвертой главе произведен анализ работы существующей технологии производства гранулированного коагулянта на ЗАО «Синтез», выбраны структура, состав и режим работы оборудования новой технологической линии, а также разработаны имитационные программы существующей и предложенной линий.

Рис. 10 Динамика стабилизации медианного размера в существующей схеме

В существующей технологии производства ЗАО «Синтез» крупность продукта составляет от 2 до 20 мм при среднем размере гранул 10…15 мм. Результаты обследования существующей технологической линии показали, что производительность линии составляет 4,5 т/ч. Снижение размера гранул готового коагулянта в этой схеме ведет к уменьшению производительности линии и увеличению полифракционности продукта. Кроме того, в установившемся режиме работы линии наблюдаются колебания дисперсного состава материала во всех технологических элементах с периодичностью 15-25 мин, что снижает потребительские качества продукта.

Для определения причины нестабильности дисперсного состава в схеме разработан компьютерный имитатор работы технологической линии, использующий математические модели процессов и дополненный уравнениями связи, отражающими структуру линии. Результаты численных экспериментов показали, что нестабильность связана с тем, что в данной схеме периодичность выгрузки готового продукта приводит к периодическому изменению расхода ретура. Наблюдаемое время стабилизации дисперсного состава в схеме (рис. 10) после выгрузки коагулянта из бункера составляет порядка 15 мин, что соответствует реальному интервалу времени пульсаций фракционного состава на ЗАО «Синтез».

Для снижения крупности продукционного коагулянта до 2…5 мм, увеличения производительности линии и устранения причины нестабильности предложена новая технологическая схема, представленная на рис. 10.

Основные отличия новой схемы состоят в следующем:

1) для исключения пыления в цехе двухситовой вибрационный грохот заменен на барабанный грохот с ячейками 5 мм;

2) для удаления из готового продукта мелких частиц устанавливается гравитационный сепаратор с пересыпными полками;

3) для исключения нестабильности дисперсного состава готового продукта установлен промежуточный бункер, из которого материал двумя независимыми потоками направляется в гравитационный сепаратор и гранулятор.

Рис. 11 Общий вид главной экранной формы имитационной компьютерной модели новой технологической линии

Для предложенной технологической линии разработан компьютерный имитатор (рис. 11) с помощью которого определены массопотоки материала в каждом элементе схемы и показано, что периодическая выгрузка готового материала не нарушает стабильности дисперсного состава готового продукта.

На основе полученных данных по массопотокам коагулянта в схеме выбраны типоразмеры и режимы работы оборудования, обеспечивающие получение гранулированного коагулянта с размером частиц от 2 до 5 мм при производительности линии 8 т/ч. Схема и типоразмеры оборудования приняты при разработке проекта новой технологической линии на ЗАО «Синтез» г. Кострома.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выполнен комплекс работ по исследованию процессов растворения гранул коагулянта в системах водоочистки тепловых электростанций при изменении температуры раствора, размера гранул сульфата алюминия, массовой доли реагента в растворе и частоты вращения лопастей мешалки, на основании которых получены новые экспериментальные данные по кинетике растворения гранулированного коагулянта - Al₂(SO₄)₃·18Н₂О и электропроводности его растворов.

2. Определен режим работы и основные геометрические характеристики оборудования, необходимого для подготовки рабочего раствора коагулянта в компактных схемах реагентных узлов коагуляции для ВПУ ТЭС в условиях непрерывной и периодической подготовки раствора. Показано, что в результате использования гранулированного продукта, организации сухого способа складирования и перехода на непрерывное производство рабочего раствора площадь под склад реагента сокращается на 90 %, а размер растворно-расходных баков на 85 %.

3. На основе полученных данных по кинетике растворения гранулированного сульфата алюминия, а также режимных и конструктивных параметров растворно-расходного оборудования определены требуемые размеры гранул (не более 5 мм) для компактных схем ВПУ ТЭС.

4. Предложена методика определения массового содержания сульфата алюминия в рабочем растворе коагулянта по значениям температуры и удельной электропроводности раствора.

5. Разработаны и идентифицированы математические модели формирования дисперсных составов и массопотков дисперсной среды в узлах гранулирования, измельчения, разделения в гравитационном сепараторе и на грохоте, а также осаждения ретура в промежуточном бункере и перемещения материала на транспортерной ленте, участвующие в производстве гранулированных коагулянтов.

6. Проведен анализ работы существующей технологической линии и выявлена причина нестабильности дисперсного состава готового коагулянта.

7. Предложена новая технологическая линия производства гранулированного сульфата алюминия, позволяющая получать продукт с размером гранул от 2 до 5 мм, что позволяет использовать этот реагент на усовершенствованных узлах коагуляции ТЭС. Определен состав оборудования новой технологической линии и его типоразмеры.

8. Разработаны имитационные компьютерные программы технологических линий производства гранулированного коагулянта, позволившие проанализировать влияние конструктивных и режимных параметров на характеристики продукта в существующей схеме и выбрать режим работы оборудования новой технологической линии.

9. Результаты работы внедрены на ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь» г. Череповец, на ОАО «Вологодская ТЭЦ» г. Вологда и использованы при разработке проекта технологической линии производства гранулированного сульфата алюминия на ЗАО «Синтез» г. Кострома.

Основные публикации по теме диссертации

Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК

1. Денисов Д.Г. Грануляция угольных частиц для сжигания в кипящем слое / Д.Г. Денисов, С.И. Шувалов // Вестник ИГЭУ. - Иваново. - 2004. Вып. 3. - С. 98-99.

2. Денисов Д.Г. К вопросу об ударном разрушении твердых дисперсных сред / Д.Г. Денисов // Вестник ИГЭУ. - Иваново.- 2004. Вып. 6. - С. 15-19.

3. Денисов Д.Г. Моделирование процесса измельчения в дробилках ударного действия / Д.Г. Денисов // Вестник ИГЭУ. - Иваново.- 2006. Вып. 2. - С. 17-20.

4. Денисов Д.Г. Разделение полидисперсных материалов на грохотах / Д.Г. Денисов // Вестник ИГЭУ. - 2006. Вып. 4. - С. 24-27.

5. Денисов Д.Г. Экспериментальное исследование процесса растворения гранулированного коагулянта / Д.Г. Денисов // Вестник ИГЭУ. - 2008. Вып. 2. - С. 52 - 55 .

Публикации в других изданиях

6. Денисов Д.Г. Измельчение в ШБМ / Д.Г. Денисов, Е.К. Краснов, С.И. Шувалов // Тезисы докладов X Международной научно - технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2-3 марта 2004 г., В 3-х т., Т.3. - М.: Изд-во МЭИ. - С. 93.

7. Денисов Д.Г. Математическое моделирование барабана гранулятора / Д.Г. Денисов, С.И. Шувалов // Тезисы докладов V Региональной студенческой научной конференции «Фундаментальные науки - специалисту нового века», Иваново, 25 - 27 апреля 2004 г. - Иваново: ИГХТУ, 2004. - С. 97-98.

8. Шувалов С.И. Математическое моделирование процесса грохочения / С.И. Шувалов, Д.Г. Денисов // Материалы Международной научно - технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии». Иваново, 18-20 октября 2006 г. - Иваново: ИГЭУ, 2006. - С. 66-67.

9. Денисов Д.Г. Моделирование процесса дробления в аппаратах центробежно-ударного типа / Д.Г. Денисов, П.Г. Михеев // Материалы Международной научно - технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии», Иваново, 18-20 октября 2006 г. - Иваново: ИГЭУ, 2006. - С. 69-72.

10. Денисов Д.Г. Размол в центробежных дробилках / Д.Г. Денисов, С.И. Шувалов // Тезисы докладов Региональной научно - технической конференции студентов и аспирантов «Энергия 2006», Иваново, 28 апреля 2006 г. - Иваново: ИГЭУ, 2006. - С. 7-8.

11. Денисов Д.Г. Грохочение углей в тракте топливоподачи ТЭС / Д.Г. Денисов, С.И. Шувалов // Тезисы докладов XIII Международной научно - технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 1-2 марта 2007 г., В 3-х т., Т.3. - М.: Издательский дом МЭИ. - С. 123-124.

12. Денисов Д.Г. Ячеечная модель перемещения дисперсного материала ленточным транспортёром / Д.Г. Денисов // Материалы Международной научно - технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии», Иваново, 29-31 мая 2007 г., В 2-х т., Т.1. - Иваново: ИГЭУ, 2007. - С. 175.

13. Денисов Д.Г. Формирование дисперсного состава зернистого материала в бункере технологической линии с рециклом / Д.Г. Денисов // Материалы III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики», Екатеринбург, 21-23 ноября 2007 г. - Екатеринбург: Изд-во: «ИРА УТК», 2007. - С. 222-224.

14. Денисов Д.Г. Математическая модель осаждения сыпучего материала в бункере / Д.Г. Денисов // Материалы VI Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности производства электроэнергии», Новочеркасск, 22-23 ноября 2007 г. - Новочеркасск: Изд-во: «Оникс+», 2007. - С. 251-253.

15. Денисов Д.Г. Применение гранулированного сульфата алюминия для водоподготовки АЭС / Д.Г. Денисов // Материалы XXII Ежегодной международной молодежной научно-практической конференции «Развитие атомной отрасли: время глобальных перемен», Иваново, 5-7 декабря 2007 г. - Иваново: ИГЭУ, 2007. - С. 58-59.

16. Денисов Д.Г. Технология подготовки рабочего раствора сульфата алюминия на ТЭС / Д.Г. Денисов, С.И. Шувалов // Тезисы докладов XIV Международной научно - технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 28-29 февраля 2008 г., в 3-х т., Т. 3. - М.: Изд-во МЭИ, 2008. - С. 125-127.

17. Денисов Д.Г. Косвенное определение массовой доли сульфата алюминия по удельной электропроводности раствора / Д.Г. Денисов // Материалы XIX Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин» (Computer-Based Conferences), апрель 2008 г. - Н. Новгород: ННИМЦ «Диалог», 2008. - С. 18.

18. Денисов Д.Г. Лабораторные исследования кинетики растворения гранулированного сульфата алюминия / Д.Г. Денисов // Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 8-11 апреля 2008 г. / Отв. ред. И.А. Алешковский, П.Н. Костылев. [Электронный ресурс] - М.: Издательский центр Факультета журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова, 2008. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); 12 см. - Систем. требования: ПК с процессором 486 +; Windows 95; дисковод CD-ROM; Adobe Acrobat Reader.

19. Денисов Д.Г. Определение вида кривой разделения двухситового вибрационного грохота / Д.Г. Денисов, С.И. Шувалов // Материалы Региональной научно - технической конференции студентов и аспирантов «Энергия 2008», Иваново, 24 апреля 2008 г., Т.1. - Иваново: ИГЭУ, 2008. - С. 26-28.

20. Денисов Д.Г. Разработка имитационной модели технологии производства гранулированных коагулянтов / Д.Г. Денисов, С.И. Шувалов // Материалы Региональной научно - технической конференции студентов и аспирантов «Энергия 2008», Иваново, 24 апреля 2008 г., Т.1. - Иваново: ИГЭУ, 2008. - С. 28-30.

21. Резанова К.А. Влияние температуры и концентрации коагулянта на удельную электропроводность раствора / К.А. Резанова, Д.Г. Денисов // Материалы Региональной научно - технической конференции студентов и аспирантов «Энергия 2008», Иваново, 24 апреля 2008 г., Т.1. - Иваново: ИГЭУ, 2008. - С. 30-32.

22. Денисов Д.Г. Применение кондуктометрического метода для измерения концентрации раствора сульфата алюминия / Д.Г. Денисов, В.Н. Виноградов // Материалы докладов III-й молодежной Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» посвященной 40-летию КГЭУ / Под общ. ред. Ю.Я. Петрушенко. Казань, 24-25 апреля 2008 г., В 4-х т., Т. 2. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2008. - С. 112-114.

23. Денисов Д.Г. Влияние технологических факторов на скорость растворения гранулированного коагулянта / Д.Г. Денисов, В.Н. Виноградов // Материалы докладов III-й молодежной Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» посвященной 40-летию КГЭУ / Под общ. ред. Ю.Я. Петрушенко. Казань, 24-25 апреля 2008 г., В 4-х т., Т. 2. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2008. - С. 114-115.

Размещено на Allbest.ru