На правах рукописи

ЕГОШИНА Ольга Вадимовна

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ

КОРРЕКТИРУЮЩИХ РЕАГЕНТОВ И АНАЛИЗ ВОДНО-ХИМИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ТЭС

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена на кафедре Технологии воды и топлива ГОУВПО Московский энергетический институт (Технический университет)

Защита состоится л23__ апреля_____ 200_8_ года, в _16_ час. _00_ мин. в МАЗе на заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан л__ _______ 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.07

к.т.н., профессор Лавыгин В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время системы автоматического дозирования корректирующих реагентов, находящиеся в эксплуатации на большинстве ТЭС, морально и физически устарели. Несмотря на привлечение внимания специалистов ТЭС к управлению и прогнозированию в системах химико-технологического мониторинга (СХТМ), данные вопросы продолжают оставаться одними из наименее изученных.

Цель работы. Разработка систем автоматического дозирования корректирующих реагентов, анализ поведения примесей по тракту энергетического объекта с использованием методов математического моделирования с целью их применения в СХТМ.

Задачами данной работы являются:

1. Анализ водно-химических переходных процессов на ТЭС с целью прогнозирования возможных нарушений водно-химического режима (ВХР), протекающих в тракте энергоблока.
2. Разработка стенда для моделирования СХТМ в лабораторных условиях.
3. Анализ экспериментальных данных, полученных при исследовании ВХР ТЭС, позволивший разработать системы автоматического дозирования корректирующих реагентов.
4. Разработка систем автоматического дозирования корректирующих реагентов с использованием сигналов приборов автоматического химического контроля.

Научная новизна работы представлена:

• результатами исследования ВХР ТЭС в номинальном режиме работы энергоблоков с использованием СХТМ;
• разработкой систем автоматического дозирования корректирующих реагентов и обоснованием соответствующих регулируемых величин и законов регулирования;
• разработкой нестационарных математических моделей распределения примесей по тракту энергоблока с барабанным котлом;
• разработкой уникального стенда, имитирующего работу СХТМ в лабораторных условиях. Также проведением статистической обработки данных стендовых исследований.

Степень достоверности результатов и выводов работы обеспечивается использованием современных методов и средств контроля ВХР. Результаты работы теоретически обоснованы и сопоставлены с экспериментальными данными, полученными во время теплотехнических испытаний ВХР.

Практическая значимость работы.

Несмотря на практическую важность систем автоматического дозирования корректирующих реагентов, лишь на незначительном числе станций полностью автоматизируется коррекционная обработка теплоносителя. Кроме того, отсутствуют надежные способы регулирования дозирования корректирующих реагентов в тракт энергоблока.

Реализация предлагаемых в диссертации решений дает возможность значительно повысить эффективность работы системы мониторинга и надежность работы оборудования ТЭС в целом.

Имеющиеся теоретические и опытные данные показывают необходимость разработки систем автоматического дозирования реагентов, что позволяет минимизировать потери от недостаточно эффективно организованного ВХР.

Методы математического моделирования применены в СХТМ для определения динамических характеристик энергоблока с целью прогнозирования поведения ВХР при возникновении нарушений, а также для минимизации объема химического контроля на стадии эксплуатации СХТМ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной конференции Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments (г. Москва РУДН 2006 г.), на семинаре кафедры Технологии воды и топлива (МЭИ, Москва, 2005 г.).

ичное участие автора в получении результатов заключается в проведении исследований ВХР и анализе полученных результатов. На основе данных результатов разработаны системы автоматического дозирования корректирующих реагентов, а также получены аналитические решения уравнений для нестационарных математических моделей распределения примесей по тракту энергоблока с барабанным котлом. При непосредственном участии автора разработан и создан экспериментальный стенд СХТМ. По результатам стендовых исследований проанализированы системы сбора, обработки и представления информации по ВХР.

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 4 работы, в том числе одно учебно-методическое пособие.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Основной материал изложен на 177 страницах машинописного текста, включает 64 рисунка, 16 таблиц и 86 формул. Список литературы включает 100 наименований.

На защиту выносятся следующие результаты выполненной работы:

1. Нестационарные математические модели распределения концентрации натрия и гидразина по тракту энергоблока с барабанным котлом.
2. Результаты стендовых исследований СХТМ в режиме реального времени.
3. Анализ экспериментальных данных, полученных в ходе исследования ВХР ТЭС в номинальном режиме работы энергоблока.
4. Результаты исследования динамики системы автоматического дозирования гидразина с компенсацией возмущения по расходу питательной воды в номинальном режиме работы энергоблока.
5. Сравнительный анализ систем автоматического дозирования гидразина в соответствии со значением окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и концентрацией кислорода в номинальном режиме работы энергоблока.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы, научная новизна, практическая значимость работы, формулируются цели и задачи, дается характеристика структуры диссертации.

В первой главе проведен обзор литературных данных. Исследования в областях автоматизации коррекционной обработки теплоносителя и прогнозирования развития нарушений ВХР показывают актуальность и необходимость дальнейшей разработки систем контроля и управления ВХР. По данным отечественных исследований и зарубежных публикаций именно внедрение и широкое использование СХТМ позволяют не допускать отклонений ВХР или устранять их за минимально короткое время, что приводит к снижению аварийности на ТЭС.

Во второй главе проанализированы возможность применения методов математического моделирования в СХТМ для оценки состояния ВХР, а также поведение примесей в основном конденсате, питательной воде, котловой воде и насыщенном паре, таких как: концентрация натрия и концентрация гидразина.

Разработана нестационарная математическая модель распределения концентрации натрия по тракту применительно к энергоблоку с котлом с естественной циркуляцией на основе уравнений материального баланса (1-3). Для разработки данной математической модели выбрана именно концентрация натрия по следующим причинам:

• натрий - реперная примесь, поступающая c присосами охлаждающей воды в конденсаторе;
• ионы натрия поступают с добавочной водой в результате проскока через ионитные фильтры;
• концентрация ионов натрия нормируется по ПТЭ в питательной воде и насыщенном паре.

Уравнения материального баланса для конденсатора, деаэратора, котла по концентрации натрия представлены в следующем виде:

(1)

где - масса воды в конденсаторе, кг; - изменение во времени концентрации примеси в основном конденсате, мкг/кг; - расход пара, поступающего в конденсатор, кг/с; - концентрация примеси в паре, поступающем в конденсатор, мкг/кг; - расход добавочной воды, поступающей из ХВО, кг/с; - концентрация примеси в добавочной воде из ХВО, мкг/кг; - изменение во времени присосов охлаждающей воды, кг/с; - концентрация примеси в присосах охлаждающей воды, мкг/кг; - расход конденсата греющего пара, поступающего из ПНД, кг/с; - концентрация примеси в конденсате греющего пара из ПНД, мкг/кг; - расход основного конденсата, кг/с.

(2)

где - масса воды в деаэраторе, кг; - изменение во времени концентрации примеси в питательной воде, мкг/кг; - расход конденсата греющего пара из ПВД, кг/с; - концентрация примеси в конденсате греющего пара из ПВД, мкг/кг; - расход пара из отбора турбины, кг/с; - концентрация примеси в паре отбора турбины, мкг/кг; - расход теплоносителя, поступающего из ПНД-4, кг/с; - расход рабочего тела, возвращаемого в деаэратор, от потребителей собственных нужд, кг/с; - расход питательной воды, кг/с.

(3)

где - масса воды в котле, кг; - изменение во времени концентрации примеси в котловой воде, мкг/кг; - расход пара на турбину, кг/с; - расход продувочной воды, кг/с; - коэффициент распределения примеси между водой и паром; - влажность пара.

Аналитические решения уравнений (1-3) при ступенчатом возмущении в случае изменения присосов охлаждающей воды в конденсаторе представлены следующим образом:

(4)

(5)

(6)

Уравнение для расчета концентрации примеси в паровой фазе барабана котла имеет следующий вид:

(7)

Интерес представляет случай ступенчатого изменения присосов охлаждающей воды в конденсаторе. Это может быть вызвано аварийной ситуацией, например, при разрыве трубок конденсатора. В результате расчета определяются изменения концентрации натрия в основном конденсате, питательной воде, котловой воде и насыщенном паре во времени.

Расчет выполнен для энергоблока с котлом с естественной циркуляцией типа ТГМЕ-464 и турбиной Т-110-120/130. На рис. 1-4 представлены результаты моделирования переходных процессов, протекающих в каждом из основных элементов энергоблока.

Рис. 1. Изменение во времени концентрации натрия в основном конденсате при изменении присосов охлаждающей воды в конденсатор.

Рис. 2. Изменение во времени концентрации натрия в питательной воде при изменении концентрации натрия в основном конденсате.

Рис. 3. Изменение во времени концентрации натрия в котловой воде: 1- при расходе продувки 0,5%; 2 - при расходе продувки 2% при изменении концентрации натрия в питательной воде.

Рис. 4. Изменение во времени концентрации натрия в насыщенном паре: 1- при расходе продувки 0,5%; 2 - при расходе продувки 2% при изменении концентрации натрия в котловой воде.

С точки зрения оперативного персонала ТЭС представляют интерес прогнозируемые расчетные значения содержания натрия по тракту обусловленные внезапными присосами охлаждающей воды в конденсаторе. Скорость переходного процесса в значительной степени зависит от типа элемента конденсатно-питательного тракта.

С целью исследования влияния экспоненциального изменения концентрации натрия на переходные процессы в основных элементах энергоблока в диссертации представлены аналитические решения уравнений (2, 3) с учетом экспоненциальных изменений концентраций натрия в основном конденсате и питательной воде.

Выполнен сравнительный анализ кривых при ступенчатом и экспоненциальном воздействиях по содержанию натрия в основном конденсате.

Рис. 5. Сравнение кривых разгона концентраций натрия в питательной воде: 1 - при ступенчатом изменении концентрации натрия в основном конденсате; 2 - при экспоненциальном изменении концентрации натрия в основном конденсате.

Проведенные расчетные исследования позволили установить, что учет экспоненциального изменения концентрации натрия в основном конденсате ведет к значительному изменению времени протекания переходного процесса в питательной воде (рис.5, кривая 2).

Изучение поведения гидразина в пароводяном тракте показало, что следы гидразина остаются в котловой воде, и он не разлагается полностью. В связи с этим была разработана нестационарная математическая модель распределения концентрации гидразина в котловой воде барабанного котла, которая базируется на аналитическом решении дифференциального уравнения баланса:

(8)

где - изменение во времени концентрации гидразина в котловой воде, мкг/кг; - изменение во времени концентрации гидразина в питательной воде, мкг/кг; - коэффициент распределения гидразина; ; - константа скорости термолиза гидразина, 1/с; - константа скорости комплексообразования, 1/с.

В случае ступенчатого изменения концентрации гидразина в питательной воде решение уравнения (8) примет следующий вид:

(9)

На рис. 6 представлено изменение концентрации гидразина в котловой воде во времени при различных расходах продувки.

Рис. 6. Изменение во времени концентрации гидразина в котловой воде: 1- при расходе продувке 0,5 %; 2 - при расходе продувке 2 % при ступенчатом изменении гидразина в питательной воде.