Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
МУРТАЗИН АЙРАТ ИЛЬКАМОВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СОПРЯЖЕННОЙ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЭС
Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Казань - 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет.
Научный консультант: Чичирова Наталия Дмитриевна доктор химических наук, профессор
Официальные оппоненты: Гурьянов Алексей Ильич доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет, профессор кафедры Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий Даминов Айрат Заудатович кандидат технических наук ФГБУН Казанского научного центра РАН Исследовательского центра проблем энергетики, заведующий лабораторией Энергосберегающие установки и перспективные источники энергии
Ведущая организация: ООО Инженерный центр Энергопрогресс
Защита состоится л17 мая 2012 года в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.082.02 при ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет по адресу: 420066, Казань, Красносельская, 51, зал заседаний Ученого совета (Д-223).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет.
Автореферат разослан л____ апреля 2012г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.082.канд. хим. наук, профессор Э.Р. Зверева
Общая характеристика работы
Актуальность работы. На большей части ТЭС РФ система технического водоснабжения (СТВ) организована по зависимой схеме, при которой вода на водоподготовительные установки (ВПУ) химического цеха (ХЦ) забирается из системы оборотного охлаждения (СОО) после подогрева в конденсаторах турбин (КТ). При этом достигается практическая бессточность СОО (исключая случайные утечки) и экономия тепловой энергии на подогрев сырой воды.
Поскольку стабилизационная обработка циркуляционной воды СОО при такой схеме не проводится из-за возможности нарушения режима обработки на ВПУ, установлены ограничения на степень упаривания циркуляционной воды. По разным источникам коэффициент упаривания циркуляционной воды (Ку) не должен превышать 1,3 и даже 1,2. Однако даже при соблюдении такого ограничения не удается избежать образования отложений малорастворимых веществ в СОО, прежде всего на теплообменных поверхностях КТ. Из-за низкой теплопроводности отложений, образующихся на поверхности теплообмена КТ, увеличивается температурный напор, что в конечном итоге приводит к понижению КПД ТЭС.
Ранее проведенные исследования показывают, что ускорению накипеобразования в СОО на КТ способствует:
1 - нестабильность исходной воды, особенно в зимнее время. Зимой отложения на КТ происходят при Ку меньше 1,2;
2 - сезонное повышение Ку (летом) до 1,7, временами, до 2,1. Повышение происходит из-за существенного снижения расхода воды в ХЦ, связанного с отключением теплосети;
3 - нестационарность (непостоянство) основных потоков - добавочной воды в СОО и расхода воды в ХЦ. Следствием этого являются сильные колебания массы воды в СОО (40%) и Ку (100%). Вода в СОО периодически значительно концентрируется, что приводит к активизации процессов накипеобразования.
Сложность решения проблемы снижения накипеобразования заключается в том, что применение традиционных методов коррекционной обработки воды в сопряженной СОО сдерживается требованиями к качеству сырой воды на ВПУ.
Цель и задачи исследования. Повышение эффективности работы сопряженной СОО ТЭС.
Непосредственными задачами работы являются:
- разработка методики расчета и прикладной программы (ПП) различных вероятных схем водооборота на ТЭС;
- разработка технологических решений по безреагентной стабилизационной обработке воды: метод стационарных потоков, метод синхронизации потоков и методы рециркуляция воды (самоочищения), а также сочетание методов;
- разработка методики расчета режимных параметров работы СОО, обеспечивающих безнакипный режим, при реализации методов стабилизации и синхронизации потоков и вариантов водооборота с рециркуляцией частично очищенной воды с различных ступеней обработки воды на ВПУ;
- разработка методики и программы проведения промышленного эксперимента с рециркуляцией воды в подсистеме ВПУ Х - - СОО на работающей ТЭЦ;
- проведение промышленного эксперимента на ТЭ - с сопряженной СОО.
Научная новизна работы. На основе использования уравнений баланса с учетом химических превращений и внутренних рециклов разработана методика расчета водокомпонентного баланса подсистемы СОО-ВПУ как непрерывно действующей системы с нестационарным режимом работы. Определены условия реализации стационарного режима функционирования СОО ТЭС. Предложена методика расчета режимных параметров СОО и технологических схем с синхронизацией потоков, обеспечивающих безнакипный режим. Разработаны новые безреагентные методы стабилизационной обработке воды.
Достоверность результатов работы обеспечивается в теоретическом плане - использованием научно-обоснованной теорией систем, в практическом - проверкой адекватности расчетных моделей с технологическими характеристиками действующей СОО ТЭС, а также согласием результатов расчетов с данными промышленного эксперимента настоящей работы.
Практическая ценность. Разработка и внедрение технологических решений по безреагентной стабилизационной обработке циркуляционной воды сопряженной СОО ТЭС, обеспечивающей безнакипный режим работы.
Реализация результатов работы. Разработана и реализована программа проведения промышленного эксперимента. Для апробации работы, по технологии стабилизационной обработки циркуляционной воды и системы контроля над всеми входящими и выходящими потоками выдано техническое задание на проектирование. Исполнено выполнение проекта и проведены монтажные работы. В период с 27.07.09 по 28.10.09 на Казанской ТЭЦ-3 осуществлен промышленный эксперимент, в ходе которого проводился возврат (рециркуляция) частично очищенной воды с ВПУ ХЦ. Получены положительные результаты. По результатам эксперимента составлены рекомендации по ведению безнакипного режима СОО на ТЭ - ТГК-16.
ичный вклад автора. Основные результаты получены автором лично под руководством доктора химических наук, профессора Чичировой Н.Д.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на XII аспирантскомагистерском семинаре, посвященном Дню энергетика и 40-летию образования КГЭУ (Казань, КГЭУ, 2011г.), на IХ международном симпозиуме Энергоресурсоэффективность и энергосбережение (Казань, 2007г.), на IV молодежной международной научной конференции Тинчуринские чтения (Казань, КГЭУ, 2009г.), на VI школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении (Казань, КН - РАН, 2008г.), на научно-технических семинарах ОАО ТГК-16.
Автор защищает:
1. Методику расчета подсистемы СОО-ВПУ ТЭС с нестационарным режимом работы и прикладную программу (ПП) для расчета различных вероятных схем водооборота на ТЭ - ТГК-16.
2. Технологические решения по безреагентной стабилизационной обработке воды СОО методами стабилизации, синхронизации потоков и рециркуляции частично очищенной воды с ВПУ ХЦ.
3. Методику расчета режимных параметров СОО при реализации методов безреагентной стабилизационной обработки.
4. Результаты промышленного эксперимента по определению влияния объема рециркуляции частично обессоленной воды в СОО.
5. Рекомендации по изменению водооборота и ведению безнакипного режима СОО ТЭ - ТГК-16.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ, в том числе три статьи в реализируемых журналах перечня ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, содержания, тринадцати рисунков, восемнадцати таблиц, четырнадцати приложений, списка литературы из 128 наименований.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложена научная новизна, цели и задачи исследования, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрены типы оборотных систем охлаждения на ТЭС.
Выведена зависимость энергетических потерь от температуры охлаждающей воды и интенсивности отложений. Одним из факторов снижения мощности турбин ТЭС является повышение температуры, при которой происходит конденсация пара в конденсаторах. Причиной этого может быть либо повышение температуры охлаждающей воды вследствие неудовлетворительной работы градирен, либо образование солевых (преимущественно карбонатных) отложений на внутренних поверхностях трубок КТ, по которым протекает охлаждающая вода. Также в главе рассмотрены известные способы обработки воды СОО для снижения накипеобразования на поверхностях теплообмена КТ. Сделан вывод, что непосредственное использование известных методов стабилизационной обработки воды СОО ТЭС ТГК-16 проблематично.
Во второй главе рассмотрена структура подсистемы СОО-ВПУ ТЭС ТГК16 - Казанской ТЭЦ-3 и Нижнекамской ТЭ - (ПТК-1), работающих по схеме с зависимой системой технического водоснабжения. Приведены технические характеристики основного оборудования.
Третья глава посвящена разработке методики расчета подсистемы СООВПУ с нестационарным режимом работы. Получена система уравнений для расчета водокомпонентного баланса потоков, химических процессов в аппаратах, количества и состава отложений, внутренних рециклов.
К K 1 е К е (1) к2 у кт тд К (k) К (g) С МЭ(g) (2) к к g g т C т C д g,д рц,i g,о ст,i С (3) g,ц т т т ку вп у рц,i т (Сk,д Дк М ) д э,к Сk,ц (4) т т ку впу т C д g,д С , (5) g,ц т т т (1 ) ку впу рц,i ост где Дк - доза коагулянта (ммоль/л); Мэ,к - эквивалентная масса коагулянта; сост - остаточная концентрация; i-ая ступень обработки воды; mg - скорость образования отложений с участием g-той компоненты; - кратность замены воды в СОО; Кк - кратность концентрирования воды; Ку - кратность упаривания; ост - доля остатка g-той компоненты на i-ой ступени обработки; с - концентрация;
подстрочные индексы: к - консервативная компонента; д - добавочная вода; ц - циркуляционная вода; рцi - рецикл воды с i-той ступени; ку - капельный унос;.
Черта сверху означает среднее значение за .
Для выполнения расчетов разработана прикладная программа (ПП).
Четвертая глава посвящена описанию новых технологических решений по стабилизационной обработке воды СОО. Основной причиной периодического чрезмерного концентрирования примесей в воде СОО является нестационарность потоков на первичном уровне (почасовом, посуточным). Наиболее простое решение - сделать основные водные потоки - забор речной воды в СОО и циркуляционной воды на ВПУ химического цеха - стационарными, т.е.
постоянными во времени.
Среди выходящих водных потоков из СОО (утечки mу, т/ч), наибольший удельный вес (более 90%) имеет расход на ВПУ ХЦ.
ту тку тхц тплк тпр, (6) индексы означают КУ - капельный унос из градирен, Х - - расход сырой воды на ВПУ ХЦ, ПЛК - расход в промливневую канализацию, ПР - производственный расход, (безвозвратные потери технической воды на нужды цехов).
Средний К за период определяется выражением у Мт т исп у т т д д К , (7) у М0 М0 тд тисп т т у у где М0 / - изменение массы воды в СОО. Из уравнения 7 следует, что коэффициент упаривания будет постоянным при условии стационарности (постоянства во времени) входящих и выходящих потоков СОО. В этом случае масса воды в СОО будет постоянной ( М0 / 0 ). Сложность организации стационарности режима заключается в неравномерности потребления воды Х - (рис. 1). Кроме того, объем испарения, капельного уноса и производственный расход циркуляционной воды невозможно сделать постоянным из-за неравномерности тепловой нагрузки на СОО, сезонных колебаний и погоды.
Наличие нестационарных потоков приводит к необходимости корректировать (изменять) объем забираемой воды.
Возможно установить подачу воды в Х - и забор добавочной воды на уровне среднестатистических для данного периода. Например, в августе 2009 года среднесменный (среднее за 8 часов) объем расхода воды в Х - 525 т/ч, а подпитка волжской воды 813,2 т/ч (таблица 1). При этом будет стационарный поток из СОО на осветлитель. За осветлителем установлены 3 бака по 1000 м3, которые будут выполнять роль буферной емкости. Наполнение баков будет происходить с постоянной скоростью, а расход осветленной воды на ВПУ Х - - нестационарно, в зависимости от потребностей ХЦ. Для такого режима работы должно выполняться условие:
(тхц тхво тптс твып твоз ) Мбов (7) Коэффициент представляет страховой запас от перелива или опустошения баков.
Проведенные расчеты показывают, что условия уравнений 6 и выполняются невсегда. Таким 7образом, организация чисто 6стационарного режима работы 6СОО пока не представляется 5возможной. Однако, очевидно, 5450 что препятствия для его реализации не 4носят фундаментального характера 15.08.20316.08.2009 и вполне преодолимы. Из 17.08.203представленных данных (рис.1) 18.08.2019.08.202видно, что почасовые колебания Среднее 2расходов воды 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 время суток (час) довольно значительны. Однако, при усреднении расходов, колебания Рисунок 1. Среднечасовые заметно снижаются и приобретают расходы сырой воды в химический четко выраженный суточный ритм.
цех КТЭЦ-3 за период 15-19.08.09.
Расход ночной (с 20.00 по 8.00) отличается от расхода дневного (с 8.00 по 20.00) на 30-40%. Если рассматривать отдельно дневное и ночное время, условие 7 выполняется практически всегда. Следовательно, с поправкой на время суток, организация стационарного режима возможна. В начале утренней смены устанавливаются расходы добавочной воды и расход воды на ВПУ ХЦ. Во вторую смену расходы воды одновременно снижаются. Учитывая, что вклад нестационарности обеспечивает 5 - 10 % повышения вероятности образования отложений, предложенная схема обеспечения суточной стационарности позволит на 5 % повысить безопасность работы СОО и сэкономить 0,05 % топлива.
Метод синхронизации потоков основан на принципе согласования входящего потока - забора речной воды - в зависимости от расхода воды в Х - и нерегулируемых параметров, т.е. параметров, на которые трудно (или невозможно) повлиять. Это - объем испарения воды СОО, который зависит от тепловой нагрузки (теплового потока на СОО), времени года, погодных условий, а также безвозвратные потери технической воды СОО на нужды ХЦ, капельный унос, производственный расход. Для реализации технологического решения - синхронизации потоков - необходимо автоматически регулировать забор добавочной речной воды в СОО, в зависимости от объема утечек, чтобы выполнялось условие постоянной массы (или уровня) воды в СОО ( М0 / 0).
Еще один путь снижения или прекращения накипеобразования - уменьшить концентрации осаждаемых компонентов в воде СОО до уровня, на котором отложения не происходят или растворяются. Этого можно добиться разбавлением воды СОО более чистой водой. Суть технического решения - возврат в СОО более чистой воды с какой либо промежуточной стадии водоподготовки ВПУ т/ч ТЭЦ, то есть, организация внутреннего рецикла. При этом на обработку в Х - подается больше воды, чем требуется ХЦ, и эта разница после частичной обработки рециркулируется (возвращается) в СОО. При этом достигается ряд положительных эффектов. Первое, поскольку частично обработанная вода содержит меньше ионов жесткости, кремниевой кислоты, органических соединений, железа, взвешенных веществ и др., можно ожидать снижение по этим компонентам в воде СОО. Второе, дополнительного оборудования устанавливать не надо, т.к. используется работающее оборудование ВПУ ХЦ. Третье, расход реагентов на обработку воды в Х - не изменится, либо изменится незначительно, т.к. дополнительного количества примесей на ТЭ - не привносится. Расход добавочной воды в СОО останется на прежнем уровне. Дополнительная подача воды в Х - компенсируется снижением концентрации примесей в воде СОО.
Суммарное количество примесей, поступающих на ВПУ ХЦ, не изменится. В связи с тем, что количество реагентов на ВПУ определяется количеством примесей (произведением концентрации на объем обрабатываемой воды), расход реагентов также не должен измениться. Исключение, возможно, составит коагулянт, поскольку его доза устанавливается на одном уровне и, следовательно, зависит от объема обрабатываемой воды. Четвертое, режимы обработки воды на всех ступенях ВПУ не изменятся, либо изменятся незначительно.
Различные возможные варианты рецикла воды в цепочке СОО-ВПУ представлены на рисунке 2.
Наиболее предпочтительно с МЕХ.
точки зрения достигаемого Ф-ТР Нпр и А- Н- и А- БДВ кат. Ф-ры кат. Ф-ры 1 эффекта без увеличения удельного ОСВ-ЛЬ I ступ. II ступ.
расхода реагентов выглядит Н- и А- НДВ варианта рецикла:
БХОВ кат. Ф-ры БОВ НОВ I ступ.
1 - после осветлителя и механи- Н- и А- БЧОВ кат. Ф-ры НХОВ ческих фильтров. При этом II ступ.
БИКВ возвращается осветленная вода;
НЧОВ Na Ф-тр 2 - после Н-предвключенного фильтра 2-ой очереди (частично БХОчВ НСВ Н- катионированная вода);
МЕХ НПТС Ф-тр 3 - после Н1-катионного фильтра Na Ф-тры 1-ой ступени 1-ой очереди (NaI и II ступ.
катионированная вода);
Рисунок 2. Принципиальная 4 - из бака химочищенной технологическая схема ХВО воды (химочищенная вода с точками начала рециклов подпитки теплосети).
Другие варианты рецикла воды - после анионитовых фильтров, химобессоленная вода и др. приводят к перерасходу реагентов. Объем возврата воды в СОО, очевидно, будет зависеть от кратности концентрирования воды СОО, от степени нестационарности работы СОО и от состава возвращаемой воды.
С использованием разработанной методики и ПП были проведены расчеты по изменению химического состава воды СОО, расходу реагентов, осаждению малорастворимых компонентов в зависимости от вида и объема возвращаемой воды для условий, близких к работе СОО ТЭ - ТГК-16. В таблицах 1 и представлены расчетные данные по изменению кальциевой жесткости (ЖСа,ц), щелочности (Щц), карбонатного индекса (Ик,ц) и сульфатов в циркуляционной воде в зависимости от объема рецикла осветленной воды.
Таблица 1.Кальциевая жесткость и общая щелочность воды СОО в зависимости от доли возврата осветленной воды (расчет для Ку=1,25, mисп=100т/ч, mд=500т/ч) % возврата от Возврат ЖСа,ц, мг- ЩСа,ц, ЖСа,ц ЩСа,ц %уменьшения расхода в Х - воды, т/ч экв/кг мг-экв/кг (Ик,ц) Ик,ц 0 0 4,38 3,13 9,57 11,1 50 4,15 2,87 8,33 12,20,0 100 3,95 2,66 7,36 23,27,7 150 3,77 2,49 6,57 31,Таблица 2. Содержание сульфатов в воде СОО и осветленной воде (ОВ) в зависимости от доли возврата воды после механических фильтров (МФ). Расчет для среднестатистических значений - содержание сульфатов в добавочной воде 40 мг/кг, расход добавочной воды 500 т/ч, расход воды на нужды Х - 400 т/ч.
% возврата Возврат Сульфаты в Сульфаты % увеличения %увеличения от расхода в воды с МФ, СОО, мг/кг в ОВ, мг/кг сульфатов в воде сульфатов в Х - т/ч СОО ОВ 0 0 50 92 0 1,11 50 54,9 94 9,7 2,20,0 100 59,1 95,7 18,3 27,7 150 62,9 97,1 25,7 5,На рисунках 3, 4 показаны расчетные зависимости снижения (%сн.) осаждаемых компонентов в воде СОО и увеличение расхода реагентов в зависимости от степени упаривания воды в СОО и объема возврата (вариант 1).
Вода возвращается после МФ. В расчетах заложен средний для лета состав Рисунок 3. Относительные изменения состава воды в СОО и реагентов на Ж о, ц предварительную очистку при %снИ к,ц %снЖ о,ц изменении кратности упаривания.
%ув FeSO%ув Ca(OH)Расчет для mисп=100 т/ч, mд=500т/ч, и возврата 11,1% осветленной воды (50%) 1 1,2 1,4 1,6 1,Ку добавочной волжской воды и стационарный режим работы с параметрами: (1) - постоянный объем; (2) - расход воды на нужды Х - - 400 т/ч.
Из приведенных данных видно, что существенное улучшение качества воды в СОО происходит при возврате 10-30% воды, подаваемой в ХЦ. В то же время увеличивается содержание сульфатов в воде СОО и расход реагентов (коагулянт, известь). Одновременно увеличивается количество осадка (шлама) в осветлителе.
% Рисунок 4. Относительное снижение карбонатного индекса в воде СОО и относительное увеличение расхода реагентов на стадии предочистки в %снИк,ц 30 %увFeSOзависимости от доли возврата воды СОО.
%увCa(OH)Расчет сделан для условий mд=500т/ч, mисп=100т/ч.
0 10 20 30 40 % возврата Сопоставление эквивалентного количества образующегося дополнительного шлама (в г-экв) с эквивалентным количеством дополнительного расхода реагентов (в г-экв) показывает их близкое соответствие. Таким образом, дополнительно реагенты расходуются на дополнительную очистку как воды СОО, так и осветленной воды, и перерасхода реагентов нет. Кроме снижения карбонатобразующих компонентов ожидается снижение кремниевых, органических и взвешенных веществ в СОО и осветленной воде. Причем, чем больше упаривается и концентрируется вода в СОО, тем значительнее эффект от возврата (рецикла) воды и ниже удельные расходы реагентов (рисунок 3).
Подобные результаты получены также при расчете возврата Нкатионированной воды или химочищенной воды с подпитки теплосети. Но расчетная доля возврата в этом случае снижается до 7-20%. Меньшая доля возврата достигается за счет эффекта подкисления осветленной воды Нкатионированной водой. Из рисунка 5 видно, что для кратностей упаривания 1,31,6, характерных для летних месяцев, объем возврата воды в СОО составит от до 100 т/ч или от 10 до 35% от расхода в ХЦ. В среднем, около 20%. При возврате воды сверх необходимого объема, помимо прекращения отложений возможно их 11Рисунок 5. Расчет необходимого m(воз), т/ч возврата химочищенной воды в СОО 1%воз_от_Х - в зависимости от начальной кратности упаривания воды СОО.
Расчет сделан для условий Ку=1,25, mисп=100т/ч, ЖСа,д=2,6 мг-экв/кг, mСа,ПВ=1,1 мг-экв/кг.
1 1,2 1,4 1,6 1,8 Ку растворение. Фактически за счет зацикливания части потока в ХЦ, образование осадков (отложений) из СОО переносится в осветлитель, и вода СОО очищается от взвешенных веществ, осадков, микроорганизмов. Поэтому метод получил название самоочищения.
Методика расчета оптимальных потоков состоит в следующем:
% возврат 1 - рассчитывается предельно допустимое значение (Ку предельное) для данного времени года. Выбор в качестве критерия предельно допустимого Ку вместо предельно допустимого Жк и Ик, предпочтительнее, т.к. в этом случае учитываются все негативные процессы в СОО, а не только вероятность карбонатных отложений 2 - с использованием основного уравнения (6) определяется допустимое значение mу. Обозначим его mу,расч. В условиях стационарного , М / 0, 0, уравнение (6) для предельно допустимого Ку,пред упрощается т т т исп у исп К 1 (9) у,пред т т у у Тогда расчетное допустимое значение суммы всех выходящих потоков (утечек) будет т исп т , (10) у, расч К у,пред где ту, расч тку тхц тплк тпр 3 - определяются необходимые значения забора речной воды, возврата осветленной воды и расхода в ПЛК, исходя из следующего:
поскольку поток добавочной воды с учетом возвращаемой воды тд т т, расчетное значение добавочной воды будет:
вв воз т т т т К / (К 1) (11) д, расч у исп исп у у При этом все безвозвратные потери циркуляционной воды компенсируются подачей речной воды, т. е. mд= mисп+( mу - mрц).
Далее, в зависимости от объема потребления воды в ХЦ, возможны варианта:
1 - если потребление воды в Х - большое, такое, что mд< mисп+( mу - mрц), тогда недостаток воды в СОО покрывается за счет увеличения забора речной воды mд. В этом случае также возможно уменьшить mрц, т. к. степень концентрирования (упаривания) воды в СОО уменьшится. 2 - если mу,расч> mу, тогда увеличивается объем рециркуляционной воды вплоть до максимально возможного.
Эта, сложная на первый взгляд, схема синхронизации может регулироваться технически просто - путем поддержания постоянного уровня воды в СОО.
Еще более эффективно выглядит сочетание двух методов - синхронизация потоков с возвратом части воды из ХЦ.
В пятой главе рассмотрены результаты промышленного эксперимента по организации рецикла и определению необходимого возврата частично обессоленной воды в СОО КТЭЦ-3.
Для проверки работоспособности технического решения по стабилизационной обработки воды СОО с рециклом частично обессоленной воды с ВПУ Х - по техническому заданию был разработан проект, произведен монтаж линии и проведен промышленный эксперимент. По условиям расположения оборудования и трубопроводов КТЭЦ-3 технически наиболее просто было установить соединение линии подпиточной воды теплосети и СОО, т.е.
реализовать рецикл по варианту 4.
Согласно технического задания предполагалось замерять 96 параметров, характеризующих состояние СОО и участка ВПУ, включенного в рецикл. Все измерения проводились дважды в сутки в одно и то же время (в 11.00 и в 15.00).
Кроме того, для интенсивных параметров (почасовые расхода воды) определялись среднесуточные значения. Одновременно фиксировались моменты скачкообразного изменения режима работы СОО - пуск и останов турбин, градирен, циркуляционных насосов. С использованием замеренных параметров проводились вычисления параметров, непосредственное измерение которых в настоящее время на КТЭЦ-3 невозможно. Это - расход циркуляционной воды, испарение, капельный унос циркуляционной воды, суммарные утечки жидкой фазы из СОО, масса воды в СОО, расход пара в КТ, температурные перепады для циркуляционной воды на аппаратах СОО, температурные напоры в КТ, коэффициент, учитывающий долю тепла, отводимого испарением, тепловой поток в СОО, средневзвешенные концентрации компонент во входящих потоках, поступление сульфатов с коагулянтом и подкислением, коэффициент (кратность) упаривания воды СОО, коэффициенты (кратности) концентрирования - кажущиеся и истинные для всех измеряемых компонент воды, показатели концентрирования компонент воды в СОО, источник вещества для компонент воды теплосети, по основным компонентам. В итоге, общее число параметров системы, включая замеряемые и расчетные, составило 206. Всего за время проведения эксперимента получено 27000 значений параметров. Результаты представлены в виде графиков и средневзвешенных значений. Для достоверности полученных зависимостей обработка фактического материала проводилась методами математической статистики.
Эксперимент разбили на этапы в зависимости от объема возвращаемой подпиточной воды. Основные характеристики этапов приведены в таблице 3.
Таблица 3. Характеристика этапов проведения эксперимента по влиянию возврата воды № Дата начала Дата Кол-во Возврат Средний этапа этапа окончания временных ПВТС в % от показатель этапа точек замера mХ - концентрирования воды СОО (Пк) 1 27.07.09 11.09.09 68 0 (0) 0,980,2 14.09.09 29.09.09 23 50 (6,4) 0,900,3 29.09.09 26.10.09 39 100 (12,8) 0,930,4 27.10.09 28.10.09 4 0 (0) 0,940,Для исключения фактора концентрирования воды СОО концентрации компонент пересчитаны на показатели П(g) накопления по уравнению П(g)=Кк(g)/Кк(k) (12) При значении накопления компоненты более 1, эта компонента появляется в СОО помимо прихода с добавочной и возвратными водами, т.е. имеется положительный источник компоненты системе. При П(g)<1 g-ая компонента луходит из системы в результате межфазных переходов (осаждение, испарение) или химических превращений в другие компоненты. Данные представлены в таблице 4.
Таблица 4. Средние показатели накопления компонент в воде СОО по этапам эксперимента (Щмо - щелочность по метилоранжу).
№ П (Ж0), П (Щмо), П(Сульфаты), П (SiO2), П (Fe), П(Cu), П(Ox), П (BB), Этапа моль/кг моль/кг мг/кг мг/кг мкг/кг мкг/кг млO2/кг мг/кг 1 0,943 0,974 0,942 0,929 0,886 1,645 0,942 0,92 0,983 1,062 1,02 0,943 0,808 1,215 1,06 1,3 1 1 0,965 0,962 0,9 1,216 0,947 0,94 0,936 0,923 0,929 0,915 0,862 1,374 0,965 - Из данных таблицы 4 видно, что значения показателей накопления большинства компонент при увеличении объема возврата подпиточной воды теплосети достигают 1, а для некоторых превышает 1. Это означает, что скорости образования отложений в СОО снижаются вплоть до остановки или начинается растворение отложений. Например, дополнительное количество ионов жесткости в СОО стало появляться при возврате максимального в эксперименте объема 1т/ч подпиточной воды. Аналогично ведет себя общая щелочность (рисунок 7).
Можно сделать вывод, что отложения карбонатов кальция (и магния) прекращаются и происходит некоторое растворение ранее образовавшихся отложений.
Также отмечается повышение силикатного показателя и его стремление к 1, П(Ж о) 1,2 П(Що) Норматив Полиномиальный (П(Ж о)) 1,15 Рисунок 6. Изменение показателей Полиномиальный (П(Що)) общей жесткости и щелочности воды 1,СОО на 3-ем этапе эксперимента.
1,Постоянный возврат подпиточной воды - 100 т/ч. Сплошные линии построены по модели статической 0,обработки экспериментальных 0,данных.
0,0,28 30 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 сен сен окт окт окт окт окт окт окт окт окт окт окт что свидетельствует о снижении отложений кремниевой кислоты (SiО2). Для соединений железа показатель имеет более сложный вид, поскольку существует источник железа в воде СОО - стальные конструкции. Отмечено снижение как абсолютного содержания железа в воде СОО, так и увеличение его показателя.
Вероятно, что процессы коррозии железосодержащих материалов, а также отложений железа сокращаются. Показатель содержания меди устойчиво выше 1, что однозначно свидетельствует о наличии внутреннего источника, которым является коррозия латунных трубок КТ. При увеличении возврата подпиточной воды показатель снижается, что свидетельствует о снижении коррозии медьсодержащих материалов в СОО. Для содержания органических соединений, выраженных через перманганатную окисляемость, какой-то четкой зависимости нет. Можно только отметить снижение окисляемости воды СОО. По сульфатному показателю (таблица 4) значительного накопления сульфатов в воде СОО не произошло.
П ока за т е л ь В целом, можно констатировать сокращение или полную остановку образования отложений и уменьшение коррозии металлоконструкций в СОО при рецикле подпиточной воды теплосети. Можно проследить, как это сказалось на работе основного теплообменного оборудования. В таблице 5 приведены средние значения температурного напора на всех работающих КТ КТЭЦ-3.
Таблица 5. Среднее значение температурного напора в конденсаторах турбин по этапам эксперимента № КТ-1 КТ-3 КТ-4 КТ-этапа Дней в Темпера- Дней в Темпера- Дней в Темпера- Дней в Темпераработе турный работе турный работе турный работе турный 0 0 0 напор, напор, напор, напор, С С С С 1 16 7,35 38 12,97 5 12,7 5 5,2 5 8,14 7 9,45 - - 1,5 5,3 5 6,98 23 7,63 - - 28 7,4 2 6,07 - - - - 2 8, Из таблицы видно, что при увеличении возврата подпиточной воды снижается температурный напор на КТ, особенно КТ-3, который находился в работе практически все время эксперимента.
Одновременно произошло улучшение качества подпиточной воды. В таблице 6 приведены данные по процентному снижению примесей в подпиточной воде относительно исходной волжской воды.
Таблица 6. Содержание примесей в подпиточной воде относительно исходной волжской воде, %.
№ этапа Сульфаты SiО2 Fe Cu Ox BB Ж0 Щ мо 1 38,24 86,65 -61,82 26,96 4,43 41,57 55,03 81,2 41,99 83,21 -27,23 31,72 38,21 42,71 56,56 79,3 40,05 87,12 -41,4 41,3 43,39 50,0 56,82 80,Наибольшее снижение наблюдается для кремниевой кислоты и соединений железа. Это именно те примеси, удаление которых представляет наибольшую сложность. Отрицательное значение процента снижения для сульфатов означает увеличение их концентрации в результате обработки воды. Это вполне объяснимо, поскольку при обработке воды проводят дозирование коагулянта (сернокислого железа) и подкисление. При этом выхода сульфатов из системы за счет химических реакций, осаждения и др. нет. Таким образом, можно констатировать повышение качества подпиточной воды теплосети при организации рецикла. Это происходит за счет более полного отделения примесей в виде шлама в осветлителе. За счет рецикла с подачей более чистой подпиточной воды в СОО загрязнения постепенно и непрерывно перетекают в осветлитель, где переходят в шлам.
Для поддержания оптимального режима функционирования СОО по результатам расчетов и проведенного промышленного эксперимента подготовлены рекомендации по ведению режима СОО, позволяющие обеспечить:
1 - максимальную производительность СОО по снятию тепловых нагрузок; 2 - безнакипный режим в КТ; 3 - минимально возможные расходы добавочной воды и реагентов; 4 - минимальное количество сточных вод; 5 - надежность работы всей ТЭС.
В главе приведен расчет экономического эффекта. Если принять за основу вывод ВТИ, о том, что 1 мм отложений в конденсаторе приводит к пережогу 7% топлива, можно оценить экономические последствия образования отложений в конденсаторе (таблица 7).
Таблица 7. Расчет экономической эффективности.
Расход потребления природного газа на ТЭС в год 1 млрд. н.м3 /год Стоимость 1000 н.м3 газа 1950 руб.
Стоимость газа в год 1 950 млн. руб./год Стоимость перерасхода газа - 1 % /год 19,5 млн. руб.
Затраты с увеличением расхода реагентов (коагулянт) на 5-10% 0,8 млн. руб.
Затраты с увеличением расхода э/э на перекачку воды из-за 0,6 млн. руб.
рецикла на 35 кВт.ч (35*8760*2,0) Затраты на монтаж узла рецикла 0,8 млн. руб.
Суммарные затраты 2,3 млн. руб.
Экономический эффект с учетом затрат и налога на прибыль 13,76млн. руб.
Выводы 1. Разработана методика расчета и прикладная программа для различных схем водооборота на ТЭ - с сопряженной СОО.
2. По результатам обследования эффективности работы СОО предложены технологические решения по безреагентной стабилизационной обработке воды:
метод стационарных потоков, метод синхронизации потоков и метод самоочищения воды (рециркуляция воды), а также сочетание методов.
Предполагаемые методы не требуют технического переоснащения, изменения технологии и режима водоподготовки. При этом сохраняется бессточность СОО при минимизации или отсутствии отложений.
3. Определены условия реализации стационарного режима функционирования СОО КТЭЦ-3. Предложена методика расчета параметров СОО при реализации новых методов, обеспечивающих безнакипный режим.
4. Предложены варианты оборота с рециклом частично очищенной воды с различных ступеней обработки воды на ВПУ. Проведены расчеты необходимого возврата (рецикла) воды с ВПУ и качества циркуляционной воды.
5. Разработана методика и программа проведения промышленного эксперимента с рециклом воды с ВПУ ХЦ.
6. Выполнен проект на узел рециркуляции воды. Произведен монтаж узла рециркуляции воды в цех термической подготовки подпиточной сетевой воды.
7. В период с 27.07.09 по 28.10.09 проведен промышленный эксперимент, в ходе которого проводили возврат (рециркуляцию) частично очищенной воды с ВПУ ХЦ. Место отбора рециркулирующей воды - после БХОчВ до деаэратора, подпиточная вода теплосети. Всего за время проведения эксперимента общее число параметров системы, включая замеряемые и расчетные, составило 206, получено более 27000 значений параметров.
8. По результатам математической обработки результатов эксперимента установлено снижение отложений всех типов в воде СОО вплоть до полной остановки образования отложений. При рецикле воды на максимальном уровне - 100 т/ч отмечен факт растворения карбонатных отложений. При рециркуляции воды происходит улучшение качества как воды СОО, так и подпиточной воды теплосети. Коррозия железо- и медьсодержащих конструкционных материалов уменьшается. Превышение уровня содержания сульфатов сверх нормативного не отмечено.
9. Разработаны рекомендации по изменению водооборота и ведению режима СОО КТЭЦ-3.
Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:
1. Чичиров А.А. Математическое моделирование материальных потоков в системе оборотного охлаждения ТЭС / А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, И.Ю.
Силов, А.Ю. Смирнов, А.И. Муртазин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2008. - №5-6. - С.28-34.
2. Чичирова Н.Д. Методика расчета материальных потоков в системе оборотного охлаждения ТЭС / А.Ю. Смирнов, А.И. Муртазин // Материалы докладов VI Школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении. Казань, КазН - РАН. - 2008. - С. 439-442.
3. Муртазин А.И. Разработка критериев и оценка эффективности функционирования системы оборотного охлаждения ТЭС / А.И. Муртазин, Б.А. Гиниятуллин, А.Ю. Смирнов // XII аспирантско-магистерский семинар, посвященный Дню энергетика и 40-летию образования КГЭУ: Материалы докл. семинара 1-5 декабря 2008. - Казань, КГЭУ, 2011. - Т.1. - С. 227Ц228.
4. Чичирова Н.Д. Определение структуры и состава отложений в системе оборотного охлаждения ТЭС методами химического анализа и инфракрасной спектроскопии / Н.Д. Чичирова, А.А. Чичиров, А.Ю. Смирнов, А.И. Муртазин, Б.А. Гиниятуллин // Труды IХ международного симпозиума Энергоресурсоэффективность и энергосбережение, Казань:
АртПечатьСервис, 2008. - Ч.2. - С. 143Ц149.
5. Смирнов А.Ю. Исследование процессов осаждения на лабораторной установке / А.И. Муртазин, Б.А. Гиниятуллин // Материалы докладов IV молодежной международной научной конференции Тинчуринские чтения. Казань, КГЭУ. - 2009. Т.2. - С. 173-174.
6. Чичиров А.А. Моделирование и анализ процессов при функционировании системы оборотного охлаждения ТЭС / Н.Д. Чичирова, И.И. Галиев, А.И.
Муртазин, А.Ю. Смирнов, М.А. Волков // Труды Академэнерго. - 2009. - №2. - С. 64-85.
7. Муртазин А.И. Определение причин осадкообразования в системе технического водоснабжения на ТЭС / Н.Д. Чичирова, А.А. Чичиров, С.М.
Власов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2012. - № 1-2. - С.41-45.
Подписано к печати 16.03.2012г. Формат 60х84/16. Гарнитура Times. Вид печати РОМ.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2.12. Уч.-изд. л. 2.25.Тираж 100 экз. Заказ № 4326 Типография КГЭУ. 420066, Казань, Красносельская, 51.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям