автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение экономичности паротурбинных установок путем разработки, исследования и внедрения систем очистки охлаждающей воды и трубок конденсаторов

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Характер загрязнений конденсаторов и способы их очистки.

1.2. Объекты исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ФИЛЬТРОВ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ

2.1. Основные требования к фильтрам и их классификация по способам отмывки

2.2. Описание стендовой установки и средств измерений.

2.3. Исследование особенностей протекания воды через перфорированную пластину, установленную под углом к потоку.

2.4. Исследование способов отмывки фильтрующей поверхности.,■•.•.-.

2.5. Испытание опытно-промышленного образца фильтра очистки охлаждающей воды конденсатора турбины мощностью 300 МВт.

2.6. Исследование сетчатых фильтрующих элементов на стендовой установке

2.7. Гидравлические расчеты самопромывающихся промышленных фильтров.„

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ШАРИКОУЛАВЛИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

3.1. Назначение шарикоулавливающих устройств и результаты промышленных испытаний

3.2. Исследование на стенде одноплоскостных шарикоулавливающих устройств

3.3. Исследование двухплоскостных шарикоулавливающих устройств

4 . ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА И СВОЙСТВ ПОРИСТЫХ

РЕЗИНОВЫХ ШАРИКОВ

4.1. Разработка методики определения качества шариков.

4.2. Исследование износа шариков на стенде и промышленных конденсаторах.

4.3. Исследование шариков с корундовым пояском

4.4. Очистка пористыми шариками трубок с накаткой

4.5. Рекомендации по применению шариков

5.ФОРМИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ЗАЩИТНЫХ ПЛЕНОК С ПОМОЩЬЮ ПОРИСТЫХ РЕЗИНОВЫХ ШАРИКОВ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕЛЬХИОРОВЫХ КОНДЕНСАТОРНЫХ ТРУБОК, ОХЛАЖДАЕМЫХ МОРСКОЙ ВОДОЙ

5.1. Использование железного купороса для создания защитной пленки на внутренней поверхности конденсаторных трубок

5.2. Новый способ создания защитной пленки в конденсаторных трубках с помощью пористых резиновых шариков

5.3. Экспериментальная проверка нового способа

Экономичность работы паротурбинных установок в значительной мере зависит от давления отработавшего пара в конденсаторе. Для турбин с начальным давлением 13-24 МПа и перегревом пара при увеличении давления в конденсаторе на 1 кПа мощность турбоустановки снижается на 0,8-5-0,9%, а для турбин работающих на насыщенном паре - примерно на 1,8% номинальной мощности [1] . Основной причиной повышения давления отработавшего пара (ухудшения вакуума) является загрязнение охлаждающей поверхности конденсатора с водяной стороны, что приводит к увеличению термического и гидравлического сопротивлений конденсаторных трубок. По данным обследований перерасход топлива из-за загрязнения конденсаторов на электростанциях России колеблется в широких пределах и в среднем составляет 2% [2] . В связи со сжиганием дополнительного количества топлива для выработки той же мощности, что и при чистом конденсаторе происходит загрязнение окружающей среды. При увеличении давления отработавшего пара из-за загрязнения конденсатора возрастает температура выхлопного патрубка, что может привести к ограничению мощности турбины [3] . Кроме снижения экономичности при загрязнении конденсатора интенсифицируются процессы коррозии и эрозии конденсаторных трубок [4].

При проектировании конденсаторов закладывается запас (около 20%) по поверхности охлаждения на нормированное загрязнение [5]. В случае применения эффективных и экологически чистых способов предотвращения загрязнения теплообменных поверхностей появляется реальная возможность уменьшить металлоемкость и габариты проектируемых конденсаторов, а на действующих - увеличить коэффициент теплопередачи на 104-15%.

Эффективным способом, обеспечивающим постоянную чистоту внутренней поверхности конденсаторных трубок, является циркуляция через них вместе с охлаждающей водой пористых резиновых шариков, диаметр которых на 1-2 мм больше внутреннего диаметра трубок. При движении-внутри трубки шарик плотно прилегает к ее стенке и удаляет частицы загрязнений. Этот способ был разработан немецкой фирмой "Тапрогге" (Taprogge) и получил распространение во многих странах. В 80-х годах у фирмы "Тапрогге" были куплены лицензия и технологическая линия для изготовления пористых шариков на Свердловском заводе эбонитовых изделий (в настоящее время - ЗАО "Уралэ-ластотехника"). Однако зарубежное оборудование для сис-тем,шариковой очистки конденсаторов отечественных электростанций из-за его высокой стоимости не закупалось. Поэтому перед организациями Минэнерго была поставлена задача разработать и внедрить отечественное оборудование, не уступающее по своим техническим характеристикам зарубежным аналогам.

Опыт внедрения первых отечественных образцов показал, что проверка новых конструктивных решений на действующих электростанциях рискованна и связана с крупными трудозатратами. В этих условиях вопросы совершенствования оборудования, снижения затрат на изготовление, организации практической помощи электростанциям при внедрении, анализа и систематизации опыта эксплуатации приобрели особую актуальность и послужили мотивом для постановки данной работы.

Задача совершенствования оборудования решалась путем проведения исследований на стендовых установках с последующей проверкой результатов в промышленных условиях. На базе, проведенных в ВТИ, экспериментальных исследований разработано на уровне изобретений отечественное оборудование для систем шариковой очистки конденсаторов: автоматизированные фильтры дополнительной очистки охлаждающей воды, шарикоулавливающие устройства, загрузочные камеры.

В ходе проведения работы получены экспериментальные зависимости коэффициентов гидравлического сопротивления перфорированных и сетчатых фильтрующих поверхностей от угла натекания потока; выявлены условия беспрепятственного перемещения пористых резиновых шариков'по полотну шарикоулавливающей решетки и конденсаторным трубкам; разработаны рекомендации по расчету и проектированию фильтров дополнительной очистки охлаждающей воды и ша-рикоулавливающих решеток; разработаны методика и проведены стендовые и промышленные испытания различных типов пористых резиновых шариков с целью определения их износостойкости и других показателей качества; предложен и экспериментально проверен новый способ формирования железосодержащих защитных пленок на внутренней поверхности мельхиоровых конденсаторных трубок, охлаждаемых морской водой, с применением пористых шариков.

Результаты работы используются заводомизготовителем оборудования на ГРЭС-24 ОАО "Мосэнерго", где по лицензии ВТИ организовано производство автомати7 зированных фильтров для очистки охлаждающей воды, шари-коулавливающих решеток и загрузочных камер, заводом-изготовителем пористых резиновых шариков, а также электростанциями при наладке и эксплуатации данного оборудования. В настоящее время системы шариковой очистки и фильтры внедрены более чем на семидесяти турбоустанов-ках мощностью от 60 до 800 МВт. Прирост мощности от внедрения составляет 1+2%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Проведенные на стендах ВТИ и промышленных условиях исследования процессов, протекающих в циркуляционном тракте конденсаторов паровых турбин при очистке их трубок пористыми резиновыми шариками, явились основой для создания оригинального отечественного оборудования для систем шариковой очистки конденсаторных трубок и автоматизированных фильтров для очистки охлаждающей воды, которое обладает патентной чистотой и отличается от зарубежных аналогов простотой и меньшей (в 4-5 раз) стоимостью.

2. Исследования на стенде при обтекании одно- и двухпло-скостных перфорированных пластин с диаметром отверстий 8 мм показали, что при изменении угла наклона к набегающему потоку от 10 до 30° их коэффициент сопротивления изменяется незначительно. На их основе была разработана оригинальная конструкция конического фильтра с переходным углом конусности (а.с. № 1674907), которая нашла распространение на электростанциях .

3.Экспериментально обоснована конструкция фильтра с поворотной фильтрующей поверхностью, выполненной в виде секций из проволочных сеток, отмывающихся последовательно обратным током воды. Она оказалась наиболее эффективной по массогабаритным показателям при минимальном гидравлическом сопротивлении. Осевая длина такого фильтра составляет около половины диаметра циркуляционного водовода. Конструкция фильтра защищена патентом РФ № 1611394 и оказалась наиболее востребована на ТЭС и ТЭЦ.

4.Исследования на стенде и промышленных установках ша-рикоулавливающих устройств различных типов (в виде перфорированных конусов, одно- и двухплоскостных решеток из прутков и стальных пластин) позволили выявить причины задержки и продавливания шариков через щели, что приводит к нарушению циркуляции шариков в замкнутом контуре. На основе проведенных исследований были разработаны оригинальные ШУУ с турбулизаторами для двухплоскостных сходящихся решеток и с вихревыми камерами для расходящихся решеток, которые нашли широкое применение в СШО турбоустановок различной мощности.

5.Исследования на стенде и на промышленных конденсаторах влияния различных эксплуатационных факторов на износ шариков и другие показатели их качества показали, что наиболее интенсивный износ шариков наблюдается в начальный период эксплуатации и что определяющим влиянием является степень загрязнения трубок твердыми отложениями. Получены зависимости и условия беспрепятственного перемещения шариков от их диаметра и твердости, внутреннего диаметра трубки и перепада давления между ее входом и выходом и составлена номограмма для практического пользования потребителей.

6.Обоснован новый способ создания защитной антикоррозионной пленки на внутренней поверхности мельхиоровых трубок конденсаторов, охлаждаемых морской водой, прошедший эксплуатационную проверку и показавший свою эффективность на конденсаторе типа 50КЦС Красноводекой ТЭЦ. При его использовании уменьшается расход химических реагентов и загрязнений водоема.

7. По результатам работы:

7.1 Даны рекомендации по подготовке конденсатора к установке СШО, а также разработаны технические условия на изготовление и поставку шариков.

7.2 Организовано изготовление оборудования на предприятии ГРЭС-24 ОАО «Мосэнерго» по лицензии ВТИ. В настоящее время это оборудование успешно эксплуатируется более чем на семидесяти турбоустановках мощностью от 60 до 800 МВт. Окупаемость составляет менее одного года.

7.3 Выпущено информационное письмо № 02-3/10 от 02.04.197 Департамента науки и техники РАО ЕЭС России «О внедрении на турбинах ТЭС систем шариковой очистки конденсаторов», в котором электростанциям рекомендовано внедрение данного способа поддержания в чистоте конденсаторных трубок и водяных камер.

7.4 В приказах № 307 РАО «ЕЭС России» и от 23.08.1999 г. и № 142 от 29.03.2001 г. рекомендована для внедрения на ТЭС и ТЭЦ: «Шариковая очистка внутренних поверхностей охлаждающих трубок конденсаторов турбин с установкой самоочищающихся фильтров на циркводоводах».

8 Оборудование, изготовленное на предприятии ГРЭС-24 ОАО «Мосэнерго» по лицензии ВТИ, неоднократно демонстрировалось на выставках в павильонах энергетики, а также на Краснопресненском выставочном комплексе в 2000 и 2001 гг.

163

Основные конструктивные и схемные решения отечественного оборудования защищены авторскими свидетельствами и патентами РФ. Проведенный патентный поиск выявил патентную чистоту изготавливаемого оборудования в отношении ведущих зарубежных фирм.

1. Методические указания по эксплуатации конденсационных установок паровых турбин электростанций. М. : СПО Союзтехэнерго, 1986, 214 с.

2. Ефимочкин Г.И., Шипилев С.Г. Опыт внедрения систем очистки охлаждающей воды и шариковой очистки конденсаторных трубок на турбинах ТЭС и ТЭЦ. // Теплоэнергетика. 2000, № 2, с. 35-39.

3. Бункин В.И. Обработка охлаждающей воды на тепловых электростанциях. M.JI.: Энергия, 1964. 159 с.

4. Акользин П. А. Коррозия и защита металла теплоэнергетического оборудования. М.: Энергоиздат, 1982, с. 218-219.

5. Руководящие указания по тепловому расчету поверхностных конденсаторов мощных турбин тепловых и атомных электростанций. -М.: СПО Союзтехэнерго, 1982. 106с.

6. Руководящие указания по предотвращению образования минеральных и органических отложений в конденсаторах турбин и их очистке. -М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1975.

7. Бондаренко В.Н., Полунин В.И., Борзенков И.А. и др. Гидромеханическая очистка труб теплообменных аппаратов от отложений. // Энергетик. 1999, № 6, с.10-12.

8. Маргулова Т.Х., Мартынова О.И. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. М. : Высшая школа, 1987, с. 305-309.

9. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р. П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. М.: Энергоиздат, 1982, с. 36-38.

10. Разумов А.С. Биологические обрастания в системе водоснабжения электростанций и меры борьбы с ними. В сб.: Вопросы конструирования и эксплуатации конденсационных устройств паровых турбин. -М., JI.: Госэнергоиздат, 1953, с. 122-129.

11. Фукс С.Н. Гидравлическая и воздушная плотность конденсаторов паровых турбин. М.: Энергия, 1962, с. 57.

12. Кочмарский В.З., Поспелов Д.Н. Предотвращение загрязнений и очистка от них теплообменных аппаратов-охладителей электростанций и промышленных предприятий. Киев: Общество "Знание", 1990. 19с.

13. Тебенихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в электроустановках. М.: Энергия, 1977.183 с.14 . Зусманович Л. Б. Очистка конденсаторов паровых турбин резиновыми шариками // Электрические станции, 1961, № 6. с. 18-21.

14. Руководящие указания по проектированию, наладке и эксплуатации установок непрерывной очистки конденсаторов паровых турбин резиновыми шариками. М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1974. - 38 с.

15. Берман Л.Д., Фукс С.Н. Улучшение работы конденсационной установки турбоагрегата. В кн. "Экономия топлива на электростанциях и в энергосистемах". М.: Энергия, 1967. с. 175-176.

16. Мюллер К. Опыт чистки конденсаторов шариками из губчатой резины: Сб. статей под ред. Л.Д. Берма-на. М., Д.: ГЭИ, I960, с. 149-154.

17. Каталог фирмы TAPROGGE.Dusseldorf, 1985.

18. Ashoff A.E., Rosen M.D., Sopocy D.M. Performance of Mechanical Systems for Condenser Cleaning. // Electric Power Research Institute, EPRI, CS-5032, 1987.

19. Проспект фирмы GEA-EST, Heme, 1983.

20. Проспект фирмы HITACHI. The Hitachi condenser tube cleaning system, Tokio, 1984.

21. Проспект фирмы TECHNOS. Technos condenser tube cleaning system, Paris, 1984.

22. Eimer K., Besold D. Leistungsverluste von Kraftwerken durch, "biologische Vrschmutzung" der Kuhlwassersysteme und umwelltfreundliche Ge-genma(3nahmen // VGB Kongre(3 Krafwerke 1987. p. 209-215.

23. Glaze F. Avoidance of condenser tube corrosion and fouling in power plants // International power generation. 1985. № 6. p. 35-36.

24. Ефимочкин Г.И., Шипилев С. Г. Очистка охлаждающей воды для конденсаторов паровых турбин. // Энергохозяйство за рубежом. 1986, № 4, с. 8-14.

25. Strauss S. Condenser-biofouling control looms large in light of toxic-discharge deadline. // Power, 1985, V. 129, № 9, p. 83-85.

26. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975.

27. Курбанов А.З., Кейнин Е.В., Бергауз А. А. Исследование гидродинамики и теплообмена единичных сеток // ИФЖ, 1981, № 5, с. 916.

28. Временные положения по проектированию рыбоза-щитных устройств водозаборных сооружений. М., 1971 (Гос НИОХР, Мин. рыб. хоз-ва РСФСР) .

29. Идельчик И.Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов. М.: Машиностроение, 1983, 351 с.

30. Быстров П.И., Михайлов B.C. Гидродинамика коллекторных теплообменных аппаратов. М. : Энерго-издат, 1982.

31. А.С. № 1674907 (СССР). Фильтр для очистки охлаждающей воды конденсатора. / Ефимочкин Г.И., Ши-пилев С.Г. / Опубл. в Б.И. № 33, 1991.

32. А.С. № 1791692 (СССР). Система предотвращения загрязнения конденсатора паровой турбины. / Ефимочкин Г.И., Шипилев, С.Г., Муравьев В.И., Сивак

33. B.А., Асланян Г.И., Черненко В.М., Павленко А.Д. / Опубл. в Б.И. № 4, 1993.

34. Патент РФ № 1431455 . Система очистки конденсатора паровой турбины. / Ефимочкин Г.И., Шипилев

35. C.Г. / Опубл. в Б.И. № 13, 1988.

36. Кузьмин Ю.М. Сетчатые установки систем водоснабжения. Справ, пособие. JI.: Стройиздат (Jle-нингр. отделение), 1976.

37. Патент РФ № 1611394 . Фильтр для очистки от механических загрязнений циркуляционной воды конденсатора паровой турбины. / Ефимочкин Г.И., Шипилев С.Г. / Опубл. в Б.И. № 45, 19 90.

38. Шипилев С.Г., Ефимочкин Г.И., Мякас В.И. и др. Опыт освоения и эксплуатации систем шариковой очистки конденсаторов паровых турбин // Электрические станции. 1989, № 8, с. 81-84.

39. А.С. № 1320643 (СССР). Система шариковой очистки конденсаторных трубок. / Ефимочкин Г.И., Ши-пилев С.Г., Соколов E.JI. / Опубл. в Б.И. № 24,1987 .

40. А.С. № 1559247 (СССР). Шарикоулавливающее устройство в системе очистки трубок. / Ефимочкин Г. И., Шипилев С. Г., Гавшин В. А. / Опубл. в Б. И. № 15, 1990.

41. А.С. № 1409851 (СССР). Способ периодической очистки внутренней поверхности труб теплообменника и устройство для его осуществления. / Ефимочкин Г.И., Шипилев, С.Г. / Опубл. в Б.И. № 26,1988 .

42. Ефимочкин Г.И., Шипилев С.Г. Эксплуатация систем шариковой очистки конденсаторных трубок паровых турбин. // Энергохозяйство за рубежом. 1987, № 1, с. 15-21.

43. Ефимочкин Г . И. , Шипилев С.Г. Передвижная экспериментальная установка для оптимизации работы конденсатора паровой турбины / / Энергохозяйство за рубежом. 1991, № 3, с. 10-13.

44. Богачев А.Ф. Влияние некоторых факторов на ин-гибирование медноникелевых сплавов сернокислым железом // Теплоэнергетика. 1978, № б, с. 63-66.

45. Ефимочкин Г.И., Шипилев С.Г. Комбинированное применение шариковой очистки конденсаторных трубок и дозирование ферросульфата // Энергохозяйство за рубежом. 1990, № б, с. 6-8.

46. Шипилев С.Г., Богачев А.Ф., Ефимочкин Г.И. Опыты по очистке охлаждаемых морской водой конденсаторных трубок пористыми резиновыми шариками, пропитанными ингибитором коррозии // Теплоэнергетика, 1996, № 6, с. 47-50.

47. Патент РФ № 2064529. Способ предотвращения коррозии внутренней поверхности трубок теплообмен-ного аппарата / Богачев А.Ф., Шипилев С. Г., JTe-сова В.Д. / Опубл. в Б.И. № 21, 1996.

48. Лобачев П.В, Шевелев Ф.А. Измерение расхода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации. -М. : Стройиздат, 1985. с. 215-224, 248-250.

49. Асланян Г.Н., Муравьев В.И., Шипилев С.Г. и др. Разработки НПО Турбоатом по повышению экономических показателей конденсационных устройств тур-боустановок // Электрические станции. 1990, № 2, с. 30-34.

50. Покровский В.Н. Водоснабжение тепловых электростанций. М., Л.: ГЭИ, 1958. с. 69.

51. Малишевский Н.А. Водоснабжение приморских электростанций. М.-Л.: ГЭИ, 1953. с. 52-57.

52. Шипилев С.Г., Ефимочкин Г.И., Крохалев Б.М. и др. Опыт внедрения фильтра и шариковой очистки конденсаторных трубок на турбине мощностью 800 МВт Пермской ГРЭС // Электрические станции. 1995, № 10 с. 20-22.

53. Патент РФ № 2098734. Устройство для загрузки, сбора, сортировки, вакуумирования и возврата шариков к системе шариковой очистки внутренней поверхности теплообменных трубок / Ефимочкин Г.И., Шипилев С.Г. / Опубл. в Б.И. № 34, 1997.

54. Богомолов А.И., Михайлов К. А. Гидравлика. М.: Стройиздат, 1972. с. 506.

55. Шипилев С.Г., Сергеев А.И, Свяцкий И.М. и др. Опыт освоения и .эксплуатации оборудования для предупреждения загрязнения конденсаторов паровых турбин // Энергетик. 1999, № 6, с. 8-10.