автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Интенсификация тепломассообменных процессов и совершенствование системы распыла охлаждающей жидкости в пароохладителях теплосиловых установок

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ^ ^ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ■

На правах рукописи

ЕРМОЛАЕВ Владимир Викторович.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ РАСПЫЛА ОХЛАВДАВДЕЙ ЖИДКОСТИ В ПАРООХЛАДИТЕЛЯХ ТЕПЛОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК

Л

Специальность 05.04.12 - Турбомашинн и турйоустановки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена на кафедре паровых и газовых турбин Московского Ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук профессор ЗАРЯНКИН А.Е.

доктор технических наук профессор Галин Н.М.

кандидат технических Наук * %свйк А.Б.

Всесоюзный теплотехнический институт /ВТИ/ им.Ф.Э.Дзержинского

Защина состоится " //

" 1993 г., в" часов,

на заседании специализированного совета К 053.16.05 Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического институт&./ф^

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по даресу: 105835, Москва, Е-250 Красноказарменная ул. 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. :

Автореферат разослан

1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета ^ к.т.н., с.н.с.

А.И.Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность работы. Обеспечение маневренности и мобильности работы электростанций выполняется с помощью тепловых и пусковых схем, важнейшими элементами которых являются редукционно-охладательные установки / РОУ /, быстродействующие редукционно-охладательные установки /ЕРОУ/, пуско-сбросные быстродействующие установки /ПСБУ/ и охладители пара различного назначения. С помощью этих установок обеспечивается возможность надежного пуска из любого теплового состояния с минимальной затратой времени, сброс и набор нагрузки, а также удержание блока в работе при сбросе нагрузки до холостого хода.

Широкое применение в энергетических установках нашли охладители пара /ОП/. Так, охлаждающее устройство ЦНД устраняет опасность перегрева элементов проточной части ЦНД при вентиляционных пропусках пара в конденсатор турбины. Регулирование перегрева пара посредством впрыскивания конденсата применяется на агрегатах типа ТП - 230Б и на отдельных котлах типа ПК - 10 и др.

Охладители пара функционируют вполне удовлетворительно в эксплуатационных режимах. Однако при низких нагрузках и при пусковых режимах создаются неблагоприятные условия для полного испарения впрыскиваемой воды. .

Происходит выпадв'ше влаги на'стенки охладителя пара с образованием пленочного течения, что ведет к увеличению длины испарительного участка и снижению надежности корпуса ОП к примыкающего трубопровода.

Улучшение эксплуатационных показателей охладителей пара может быть достигнуто путем интенсификации тепломассообмена между жидкой и паровой фазой с помощью комплекса различных мероприятий, что исключит нежелательные режимы и тем самым повысит надежность и уменьшит массо-габаритные показатели РОУ, ВРОУ, ОУ и ОП. В этой связи решаемые в работе вопросы актуальны как с практической, так и теоретической точек зрения.

Цель работы - состоит в совершенствовании системы распыла и условий испарения охлаждающей среды в пароохладителях современных энер-блоков и энергетических установок.

Данная цель достигалась интенсификацией тепломассообменных процессов в проточной части пароохладителя с помощью электромагнитной обработки охлаждающей воды в присутствии поверхностно-активных веществ и конструктивного совершенствования системы распыла.

При выполнении работы были поставлены и решались следующие заля-

чи:

1. теоретический анализ современных конструктивных решений. ры-бор физической модели и расчетно-теоретический анализ процесса тепломассообмена в парокапельном потоке.

2. Анализ процесса охлаждения высокотемпературных поверхностей пароохладителя и современных методов Совершенствования системы распиливания охлаждающей воды.

3. Разработка и создание экспериментальных установок по исследованию систем распыла, измерения физико-механических свойств воды и тепломассообмена.

4. Разработка методики оценки длины испарительного участка пароохладителя, в котором используется для распыла вода, обработанная ПАВ и электромагнитным полем.

5. Проведение комплекса экспериментальных исследований по определению физико-механических свойств охлаждающей воды, динамики процесса распыла и охлаждения пара в пароохладителе при различных способах воздействия на воду и факел распыла.

6. Оптимизация по выбору методов воздействия при конструктивном усовершенствовании системы распыла или электромагнитного влияния на охлаждающую воду в присутствии ПАВ в трехступенчатом пароохладителе.

7. Разработка и внедрешш соврзмеиных усовершенствованных конструкций БРОУ, ГОУ, ОУ и впрыскивающих узлов для действующих энерго- . блоков тепловых электростанций. .

Научная иовизна работы заключается4!! следующем:

1. Теоретически определены границы, размеров капель жидкой фазы, , обеспечивающие достаточно высокую скорость испарения жидкости на дли-, не пароохладителя на более трех метров. '

2. На специальном стенде экспериментально получены физико-меха- -ническиэ свойства городской и конденсатной воды при трех видах воздействия: электромагнитного поля поверхностно активных веществ' и совмест- ' ного воздействия электромагнитного поля и ПАВ.

3. Разработана методика расчета тепломассообмена при воздействии ПАВ и &лектромагнитного поля на охлаждающую воду в пароохладителе.

4. Впервые исследован на специальном гидрогазодинамическом стенде новый тип распиливающей форсунки с внутрифакельным расширителем.

5. Проведены исследования характеристик форсунок центробежного типа в неоптимальных режимах распиливания при воздействии на воду малых добавок ПАВ. . . . .•.

6. Впервые на специальном гидрогазодинамическом стенде с опыт-но-пром.ышленной РОУ проведено комплексное исследование тепломассообмена в пароохладителе при нетрадиционных способах воздействия в уело-

- Б -

»

виях приближенных к натурным.

7. Осуществлена оптимизация по выбору методов воздействия на охлаждающую воду в пароохладителе.

Практическая ценность и реализация результатов' работы.

Полученные в работе результаты относятся в основном к пароохладителям РОУ, БРОУ, ОУ, трактов вторичного перегрева энергоблоков ТЭЦ, а также к впрыскивающим узлам различных установок.

Полученные сведения о физико-механических свойствах воды такие, как сила поверхностного натяжения, вязкость, плотность и испаряемость при-воздействии электромагнитного поля и ПАВ позволяют прогнозировать условия тепломассобмена в пароохладителях, а также могут быть отправной точкой при исследованиях и проектировании теплообменных аппаратов в аналогичных режимах исследований.

Результаты о температурном режиме образующих пароохладителя при различных способах воздействия на охлаждающую воду позволяют определить и использовать наиболее выгодные методы воздействия для устранения пленочного течения и интенсификации тепломассообмена.

Разработаны оптимальные конструкции узлов впрыска, пароохладителей и охладительных клапанов БРОУ с внедрением для изготовления на НПО АО "Союз-1" и ЧЗЭМ. Внедрение промышленных образцов охладительных установок, выполненых го результатам исследований на Ново-Зиминской ТЭЦ, Костромской ТЭЦ-2 и Архангельской ТЭЦ повысило надежность и эффективность действия охладительных установок в широком диапазоне изменение энергоблоков. Внедрение дало подтвержденный экономический эффект более 20,0 млн.руб. в год. . »

■ Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается:

- использование современных средств и методов экспериментальных исследований сложных тепловых объектов;

- применение отлаженной и оттарированной системой измерений, повторными контрольными тарировками элементов измерительной системы, оценкой погрешности измеренных и расчетных величин.

На защиту выносятся;

- теоретические определенные границы размеров капель жидкой фазы впрыскиваемого пароохладителя для интенсификации тепломассообмена;

- результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств воды при воздействии электромагнитного поля, поверхностно-активных вецеств и совместного воздействия электромагнитного поля и ПАВ;

- исследования основных характеристик факела распыла нового типа центробежной форсунки с внутрифакельным расширители:;

- исследование характеристики форсунки центробежного типа в неоптимальных режимах распиливания при воздействии на воду малых добавок ПАВ;

- методика оценки длины испаритзльного участка пароохладителя и способы его уменьшения;

- результаты экспериментальных исследований тепломассообмена опытной редукционно-охладительной установки при различных способах воздействия, позволяющие сделать ряд важных практических рекомендаций по оптимизации методов воздействия;

г влияние и изменение физических свойств вода на процесс тепло-массопереноса;

- новейшие конструкции ОУ, РОУ и БРОУ, разработанные и внедренные на действующих энергоблоках "ЮС по результатам исследовательских и конструкторских работ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и об-суздаяиаь на:

- 13-о,1 международной конференции арммурщикоз

л/5 РасЫадалд Дг/погаъел /п/с ¿псеглвИолосе?-/эесеб&дапц у О/Т} к £6. Ярн'е то ¿г> МодЫеёигд /Магдебург, ГДР, 1990 /.

- УИ-ой всосоэзной конференции "Двухфазный поток в энергетических тайнах и аппаратах" /г.Лгниград, 1990 г./;

- 4-й кссоганой научно-технической конференции арцатурщпов "Проишзлонная трубопроводная арматура, направления развития" /г .Ленинград,- 1990 г./.

Публикации.По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, получено два авторских свидетельства.

Структурам объем диссертации. Работа состоит из введения, семи глав, списка использованных источников из 143 наименований и 3 при- . , лохоний. Работа изложена на 244 страницах мапинопионого текста, ■ содержит юз рисунков, 4 таблицы. ' '

^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ. " :

• ' Во введении показана актуальность и значимость выбранной теш, .. 'В первой глава рассматривается область применения и различные 4 ■конструкции пароохладителей РОУ, БРОУ, озладительных установок и впрыс-• > кирещих устройств. Дан .обзор и анализ работы по [эксплуатации и иссле-. дованим в промышленных и лабораторынх условия::; , '

Приведенные данные позволяют сделать следующие обобщения; Пар охлаждайся водой в сравнительно небольшом, объеме, что обуславливает • основные.недостатки пароохладителей:.

- высокие термические напряжения в металле стенок вследствие резких изменений температур /до 150°С/сек/

- образование пленки жидкости на поверхности защитной рубашки, которая срывается потоком и выпадает в паропроводе;

- наличие остаточной капельной влаги после основного испарительного участка вследствие неполного испарения капель в режимах малых нагрузок.

Рассмотрены экспериментальные исследования длины испарительного участка в" зависимости от изменения относительной скорости движения влаги в паровом потоке, ее дисперсность.

Анализируется серия опытов, посвященных исследованию различных типов распиливающих устройств при изменении расположения в охладителе пара и переменных параметрах пара и воды.

Рассмотрены основные характеристики форсунок при распыливании жидкости: плотность орошения, влияние вязкости и плотности жвдкой и паровой фаз, дисперсность.

Значительное место в обзоре занимают нетрадиционные методы подготов ки и распиливания жадности, которые можно разделить на конструктивное совершенствование систем распиливания и испарения и физико-химические методы воздействия.

К конструктивному совершенствованию систем распиливания можно отнести: акустическое, ультрозвуковое, электрическое и пульсационное распиливания.

К физико-химическим методам воздействия, которые в данный момент наиболее мало исследованы, относятся: электромагнитная и электричес- . кая обработка воды, а также обработка воды поверхностно-активными веществами.

На основании проведенного анализа сформированы основная цель и задача настоящих исследований, которая заключается в интенсификации процесса тепломассообмена в пароохладителе как с помощью конструктивных изменений впрыскивающих устройств, так и путем добавок ПАВ и электромагнитной обработки охлаждающей воды.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных стендов, на которых реализована экспериментальная часть исследований, а также методики проведения эксперимента и обработки опытных данны.

Изучение физических свойств воды, обработанной электромагнитным полем и ПАВ проводилось на гидродинамическом стенде с двухполюсный электромагнитом.

Стенд состоял из магистрального трубопровода, электромагнита, оптической и сталогмометрической частей. Производились исследования силы поверхностного натяжения & , вязкость 0 , плотность р и испаряеости при различной величине напряженности электромагнитного поля.

Поверхностное натяжение ¿> определялось с помощь модернизированного в процессе работы сталлогмометрического метода Харкинса.

Определение вязкости воды, обработанной электромагнитным полем или ПАБ, производилось методом, основанным на известной формуле Пау-зейля с использованием вискозиметра Оствальда.

Скорость испарения иоследуемой жидкости регистрировалась методом взвешивания.

В исследованиях с добавками ПАВ создавались растворы воды различной концентрации.

Изучение характеристик распылиьшцих устройств при различных способах воздействия на вода и факел распыла проводилось на гидрога-зодинамичег.хом стенде визуальных исследований.

Стенд состоял из системы подготовки и подачи городской или кон-денсатной воды, электромагнита и рабочего участка / Рис. I /.

На рабочем участке исследовались факел распыла, длина нераспав-шейся на капли струи, угол распыла при истечении через центробежные форсунки;

Максимальная•напряженность электромагнитного поля в зазоре полюсов с учетом магнитной проницаемости латуни составляла Н =.,24 105А/ц.

Максимальное рабочее давление по воде составляло Рр * 0,6 Ш1а. На рабочем участке исследовались центробежные форсунки и геометрической характеристикой А * 0,33 и А ■ 1,23, расположенные в спутном потоке воздуха. . '. •

На экспериментальном стенде, изображенном на рис г 2 , производи-лись.исследования редукционно-охладительной установки с трехступенчатым охладителем пара при различных опособах воздействия кь охлажда- • ищу» воду и факел распыла. " : ' '•••••

Исследования проводились в условиях, максимально приближенных к • реальным в режимах наиболее неблагоприятных малых нагрузок.

■ рабочий участок стенда состоит из запорной задвижки, регулируй-«' щего клапана, I лорно-дроссельного клапана, трехступенчатого пароох- _ ладителя, предохранительной арматуры й конденсатора. .

.Максимальные рабочие параметры пара на гходе составляют';-' "'" '

"' ''' 1/1ЮШШ/лтг/мг] , !

; ___; . . _____

^ - ТШг> Л-,

.00-

Рис. I

Цг «•в«*»»!

; А

' Рис. 2

Рис. I.Схема стендяя ясс-тедэватч »рзятеркстгаг ржстист^гтзм •' ■ устройств I - райе*«* участок; 2,4,5 - раЗочл? б -злея

трсгигкит; 35 - внутрф»«льии? расширитель

Рис. 2.Схема стенлз ягч кгсдегсважм рел^кожзд-охлад^те.пн'ос ус-етшвзгх. I - »гтюрво-^ хяаг*я с форсуа&ор; 2 -от»

гв^а; 3 - яредгхранитеягтД зккпвя; 4 - ?»:а«*па5; 5 - нсисез-.еягзр; 23 - алегтрякгнит.

Р0 = 4,0 МПа; t0 = 450°С; питательной воды Рв п = 6,0 МПа; , £ЛЯ = Ю5°С; конденсатной воды - Рв„ = 0,6 МПа;' tB.K = 20 * I00°C.

На стенде были произведены термометрические исследования, которые включали определение температурных режимов редуцированного и ох-лааденного пара на внутренних поверхностях стенок охладителя пара.

Стенд оборудован приборами для измерения расхода пара и воды, приборами для контроля эа температурой и давлением на входе установки, в канале охладителя пара и различных точек паропровода.

Исследования разделялись на четыре этапа. Термические исследования в ОП проводились с впрыском охлаждающей воды, обработанной электромагнитным полем / первый этап /; с добавками ПАВ /второй этап/ и при совместном воздействии ПАВ и электромагнитного поля /третий этап/; использовании внутрифакельиого расширителя / четвертый этап/.

Третья глава посвящена теоретическим расчетам процессов тепломас-сообеиена с пароохладителях.

Течение пара в дроссельно-увлажнительном устройстве характеризуется сложными процессами обмона при наличии фазовых переходов.

При впрыске вода наряду с отводом тепла имеет место увеличение расхода паровой фазы при испарении жидкости -расходное воздействие, а также совершение паром механической рабыоты на ускорение капельной ■ влаги - механическое воздействие. Расчет минимальной длины испарительного участка может быть проведен путем решения системы уравнений дон-•¿01Ш и энергии для каждой из фаз двухфазного потока, что с учетом межфазного взаимодействия достаточно сложно даже в одномерной ^останов-ке. Приближенно эта задача может быть роаена расчетом тепломассообмена капель при движении их в известном поло скоростей и температур несущей фазы без учета обратного влияния.

В общем случае изменение скорости колли в поло скоростей па- ■ '■> ра Ст имеет вид:

, < 1 ^ 3 я с (с<-ы(с<-ы

с/Г 4 Л * ds / I /

' -fiiPt - плотности пара и воды; Cj- - коэффициент аэродинамичес- > «- кого, сопротивления. капли; с(г - диаметр капли.

':>,' Изменение температуры капли 1} в потоке несущей фазы определя- • ^gifirt1'уравнением ' ' •

с/73

~ СРе?гс11

(Ti-Ti) ./2 7,

где А/и - число НусселЕта, описываемое зависимостью Л/Ь = 2 + ч- 0,459Рг°'ЗЪ : / к/?ег<7 • ю4/; 77 - тем-

пература пара на поверхности капли; }\1 - коэффициент теплопроводности; Ср2 - теплоемкость капли.

Изменение радиуса капли /?? при обтекании ее паром имеет вид

'О1»//**-&«] /.,.

где- . - число Шмидта

. Расчеты для мелких С^ = 10"® м и крупных = Ю~4м ка-

пель в заданном.поле скоростей / С1 = 100 м/с / при температурах пара на входе в канал То = 573°К и на выходе Твых = 523°К показали, что мелкие капли обладают практически равновесным течением, т.е. в этом случае, путь релаксации капли €р значительно меньше длины пароохладителя.

Согласно проведенным расчета рост капель с диаметром = 2 • 10"4м при скорости пара С^ = 100 м/с изменяется незначительно по тракту пароохладителя, тогда как скорость капель с диаметром^ 10~^м растет почти на порядок на длине пароохладителя равного 0,5 м. Соответственно при больших размерах капель участок их прогрева до температуры насыщения может,-,занимать почти всю длину пароохладителя, тогда как мелкодисперсные капли прогреваются на коротком участке.

Полное испарение воды в канале пароохладителя длиной 3 м может быть осуществлен лишь для капель с начальным диаметром меньшим 5-Ю"^м.

Общая длина канала пароохладителя складывается из участка нагрева капли ¿г от начальной температуры до температуры насыщения, соответствующей давлению в канале, и участка испарения . Длина участка нагрева капли составля:

г

0 — а-. Г — Г Рг СРг С7*' Я)

Сг СП(п /4/

Длина участка испарения равна

ви —ГгС - <7& Л & £

где: С2 - скорость капли; Т^ - температура пара;

с1г - диаметр капли; с/0к- начальный диаметр капли; Т1~ температура насыщения; - теплота парообразования;

начальная температура воды ~ 10 * ?0°С.

- 12 -

В результате суммарная длина канала пароохладителя

~ ег + вы / б /

Проводйнные расчеты показывают, что уменьшение участков нагрева и испарения может быть достигнуто, в первую очередь, за счет уменьшения диаметра, а также за счет интенсификации темломассообмен-них процессов, чему способствуют изменения физических свойств охлаждающей воды.

Четвертая глава посвящена исследованию физико-химических свойств охлаждающей воды под влиянием добавок ПАВ и электромагнитного поля. .

• При выборе дня исследований были рассмотрены три вещества ПАВ: октадециламин /ОДА/, жирный спирт / КС / и фторированный углеводород / «У /. При етом основное внимание уделялось влиянию етих веществ Ш коэффициент поверхностного натяжения

Получено, что сила поверхностного натяжения раствора с «У может бит*, понижена более чем а три раза, в то время как у раствора с ОДА и КС менее чем в два раза. *

Кроме того по сразнению в ОДА и ЕС фторированный углеводород I

обладает большей термостойкостью, более низкой степенью деструкции ' ! /разрушение ыакромолекулярного слоя ПАВ при прохождении через форсун- ! ку/ /Рио. 8 / и, как показали наши исследования, способствует более быстрому испарению капель. \ I

• Указанные обстоятельства и определили выЗор етого вещества для I последующих исследований. . 1 ' .

Для городской и конденсатной воды были получены зависимости силы, поверхностного натяжения / рис.4 /, вязкости и плотнооти от вре- . мени после ее обработки ПАВ, елоктромагнитным полем или при юс сов-' местном воздействии. ' '

- •Исследование физических свойств воды проводилось как до распиливания,., так и поело при перепадах давления на форсунке

/ ' ч . .. АЙр** «3 мс/ем*

■.''^¡'••еяопериментально подтверждено, что воздействие электромагнит- у ноГо поля приводит к нестационарному характеру изменения физических . величин во времени после обработки и изменяет их среднее значение. ;; '1 При совместном воздействии электромагнитного поля и ПАВ происхо- • дит уокореиие г., .щвсса диффузии макромолекул, интенсификация процес- .. оа Мицзлообразовалия на мэжфаэной поверхности, а также уменьшение степени дфтрукции.:

JO qtfM)

Рис.3. Влияние электромагнитной обработки вода на процесс деструкции I - ni лз форсунки; Н = 0; 2 - до форсунки, Н = 0; 3 -после форсунки

Н = 9 : Ю4А/ы

Рис.4. Зависимость силы поверхностного натяхеыия вода от времени при обработке электромагнитным полем

' I -Н * 0 А/м; 2 - Н= 1,65 ' Ю4А/м; 3 - Н*2,4'104А/м;

l 'vv; 4 - Н = 1,78 • I04A/U

Рис.5. Рабочий участок стенда для исследования хасак-теристах распыливахяих устройств '

»

i—i GJ

Получено, что при большой концентрации ФУ/С>£0г/л/ проис-

ходит интенсивное увеличение относительной кинематической вязкости раствора. При малых концентрациях до 15 г/л увеличение вязкости не превышает 105!, а средняя вязкость после электромагнитной обработки увеличивается на 29%.

Поверхностное натяжение воды, отобранной до форсунки'после электромагнитной обработки увеличивается на 3 * 4% / рис. 4 /. Также об- , наружен эффект снижения поверхностного натяжения, в некоторых интервалах времени, после распыла форсункой при напряженности электромагнитного поля Н = 1,65 • 104А/м.

При совместном воздействии электромагнита и ПАВ влияние электромагнитного воздействия при напряженности Н = 9 • Ю^А/м оказывается значительнее чем воздействие. ФУ при концентрации до 0,5 г/л, при этом величина растет / рис. 3 /. С увеличением концентрации свыше 0,5 г/л наблюдается обратный эффект - значительное снижение коэффициента ¿> , т.е. действие электромагнитного поля усиливает влияние активных добавок и приводит к более существенному снижению величины /до 30% /.

Опыты.показывают, что добавки ФУ при небольших концентрациях ' С = 0,2 г/л увеличивают скорость испарения воды на 12!1!, а при воздействии электромагнитного поля с напряженностью Н = 9 • Ю^А/м наблюдается максимальная скорость испарения, которая на 36% больше скорости испарения необработанной воды.

Обработка раствора с концентрацией ФУ С = .0,2 г/л электромагнитным полем напряженность Н = 9,0 • 10^к/и увеличивает скорость испарения на 47%.

Для расчета процесса испарения охлаждающей жидкости в пароохладителе с учетом влияния вводимого в воду фторированного углеводорода и воздействия электромагнитного поля были модифицированы основные критерии тепломассообмена следующим образом, ч исло Шервуда «5Л определялось соотношением:

Относительный коз)

/ 7 /

5 _ _

Л ~ С*"/*г)о

/ 8 /,

где/^^г^-скорость испарения до обработки;

-скорость испарения после обработки.

Аналогичным образом пересчитывается число Нуссельта и коэффициент теплообмена

A/U— A/U о = л/и0 et /э/

СДо,

(T„-Ts)o

где 7п ,7¡¡ - температура пара и температура наоыщения.

При вычислении числа fíe учитывалось изменение кинематической • вязкости под воздействием присадок и электромагнитного поля

/И/

Пятая глава посвящена исследованию характеристик форсунки центробежного типа при воздействии на воду добавок ПАВ и при использовании внутрифакелыюго расширителя.

.. - На рабочем участие стенда / Рис. 5./ исследовавлся Угол раскрытия факела форсунки ci и длина нераспавшейсл части струп II при перепадах давления на форсунку ARp ■> 0 t- 2,5 кгс/см^.

Получены фотографии факела распыла при различных перепадах давления без добавок ПАВ и с добавками. Результаты обработки фотографий показали, что угол раскрытия факела cL резко увеличивается уяо при незначительной концентрации £У / С 0,05 г/л / а дойна нераспавшоЛ-ся струи Нпл максимально уменьшается блео чем в четиро papa /Рис. б /.

Визуально определено уменьшим диаметра капель с образованием их однородности.

Одним из мер, эффективно повышающих качество распиливания охлаждающей жидкости, является использование внутрифакелыюго расширителя, представляющего собой Tpj6 ку, через которую в факел распыла подастся встречная закрученная струя пара или воздуха.

По фотографиям факела форсунки получены зависимости длины ¡юрас-павшейся части пленки-H и угла раскрытия Ы. от перепадов давления на форсунке лР<р и на расширите Л Рр для трех значений расстояния расширителя от форсунки li = 80, 50 и 25 мм. Длина /см.Рис. 7 / неразрушенной пленки H резко уменьшается с ростом перепада давления на расширь-

ч»

Я

- •'

к 4 ♦ " 4 1*

,мм* /я 1 -

•

г //д 1 •

« <3

Рис. 6

Рис. 6. Зависимость угла оС распыла

<*' &......

Зависимость угла оС распыла форсунки / а / и длины Н неразрушенной струи /б / от концентрации ПАВ I 2,6 кгс/см : 2 «ф - 1,0 кгс/см1:

3 - лЪ - 0,5 кгс/с и*; 4 - л Яр о 0,2 кгс/см*

Рис. 7. Оптимальные перепады давления на форсунку и расширитель для различных расстояний между форсункой и расширителем I- I ■ 80 мм; 2 - Ь « 50 им; 3 - Л а 25 им.

I

<7»

теле &Рр и с уменьшением расстояния L .

При этом наблюдается постоянное возрастание угла оi . Полученные относительные значения перепада давления на расширитель

~ в зависимости от расстояния L между форсункой и рас-

ширителем, при которых осуществляется оптимальный распыл охлаждающей жидкости,могут быть использованы при проектировании и вксплуатацни форсунок и пароохладителей. <

Внутрифакельный расширитель создает разиоота давления между внешней и внутренней областью факела, увеличивает тангенциальную составляющую скорости жидкой фазы, способотауот увеличению нестационарных возмущений, ведущих к распаду пленки вода, тем самым значительно улучшает характеристики факела фс.сунки.

Шестая глава посвящена исследованиям добавок ПАВ и электромагнитной обработки охлаждающей вода на процесс тепломассооочена а пароохладителе РОУ.

Термометрические исследования проводились при следующих параметрах: давление и температура перед дроосольнш» клапаном составляли Р0 = 0,02 Ша, Т0» 635°К, отношение давлений изменялось в пределах

¿Í- Рг/Р0 - 0,49^-0,55, температура пара на выходе из РОУ --' Тг - 4/8 °К , параметры охлаждающей вода: Ра « 0,015 Mla;tft« 64°с. Расход пара (?п = 0,292 т/ч. Расход охЛЬждаюдей воды соответстпо-вал.Салакеовому расходу, необходимому для получения заданной темпора-гуры napa на выходе из РОУ, и составлял «а Од/Съ 9 8%, Рыли

рассмотрены на основании измерения температуры вдоль четырех обраэув-цих канэла два температурных режима / Рис. 8 /: 'к случая течения перегретого сдросселированного пара и при впрыскивании охлаждающей зоды'.-

В случае течения перегретого пара температура стопки практически W меняется'вдоль канала и соответствует температуре редуцированного iapa.

При впрыске охлаждающей воды в первой ступени охладителя образует->я температурная "яма" с переходом к температурному "плато". Местное >хлаждениэ стенки в области "ямы" составляет Л/w **Тв<>"Тщ ; гдо '00. - начальная температура пара, Tw - температура стоики, Относи-■ельная степень охлаждения стенки характеризовались величиной

; ATw- Т°Р-7Ч...

... 1ч ■. Too-7s

зва и Нижняя оерау^ащояО// . 1 .! Ч*^ 1

гя * 1 и — \г 1 1 1 ■ 11 л оюм» «иг Ц -1-1---И-

___'----

я- V г I

яч Г !

«в } п

ш I 3 а х I 3 ***** 37

МО Мб ио « ю

Рис. 8

Рис.8. Температурные режимы пароохладителя до впрыска воды / I / и после впрыска / 2 У

Рис.9. Распределение температуры пара при воздействии электромагнитного поля-I -н = 0;

2-Н - 4,74 Ю4А/ц; '3-Н= 9Ю4А/М;' '

' 4-Н = 1,24 Ю5А/м Рис.10.Влияние добавок ФУ усиленных электромагнитным полем 1-Н=0, С=0; 2-Н=0, С=2,5г/л

3-И=4,74 104А/м; С= 2,5 г/л;

4-Н=9,0 Ю4А/м,С=2,5г/л;5-Н= 1.24 Ю5А/м, С=2,5г/л

Риз.II.Распределение температуры пара в канале пароохладителя при воздействии внутрифакельно-го расширителя 1,2,3,4 - = 0; 2;3,2;

5,2 кгс/см2

1 i

\ 1

! 1 i -1__ 1

£00 400 SOO 800 ¿MM • Рис. II

- 19 -

■ » ' ■

Установившаяся постоянная температура Тп / температурное "плато"/ свидетельствует об окончании процесса охлаждения. Интенсивность процесса охлаждения пара оценивалась величиной Тд =» TQQ- Тп,где -

установившаяся температура после окончания процесса охлаждения. Относительная степень охлаждения пара составляет

л% =

Too-Tg

где 7g - температура насыщения.

Для надежной работы пароохладителя РОУ необходимо уменьшение температурной неравномерности стенки А 7С/ и увеличение относительной степени охлаждения пара лТ/j •

Исследования влияния электромагнитной обработки.воды на процесс теплоиассообменй в пароохладителе проводились в,диапазоне изменения Н * О* 1,24 • 10® А/ц. Некоторые результата отих исследований показшш на Рис. 9.

При увеличении напряженности наблюдается исчезновение переохлажденной- пленки на нижней образующей и-увеличение температуры пара з. пристеночной области зьппэ тестератури насыщения. • .

' Добавки 5у без электромагнитного воздействия способствуя? уменьшения температуры охлажденного пара Тп< При эоздэйстзии электромагнитного поля, и незначительной концентрации ШУ до 0,5 г/л происходит уменьшение степени охлаждения пара &Тп , т.е. *гемпсратура пара Гп растит.

При далькайием увеличении концентрации наблюдается обратной ¡эффект, т.е. температура пара уменьшается / Рис. 10 /.

Таким образом добавки СУ создают положительной эффект охлавдо-Яия пара, а электромагнитная обработай иода уменьшает степень охлаждения. Однако совместное воздействие двух cbaiiropoD усиливает положительный эффект, увеличивая степень охлевдения

- В области температурной "яму" в случао сухой поверхности зоэдей-ствие добавок дат и магнитного поля аналогично оффекту, полученному в области температурного "плато" : воздействие магнитного поля вызывает увеличение температуры станки Tv , тогда как добавки ПАВ резко уменьшают Ъ. .

В этой же главе приведены данные по исследованию внутрифакольно-го расширителя форсунки непосредственно на реальном пароохладителе. На рис. II ведно, что увеличение.перепада давления на раепптолтоль посыпает- температуру стенки в области температурной "яыы", что свидетельствует об уменьшении заброса вода на стенки канала, _ . Оптимальное значение л Рр находится в области А^р Гаким образом, согласно полученным данньм / Рис. 12 / для уменьшения

АТп

des c¡s

Qí? &Tw

0.95

Q9

ces oa m

А i > \ » ** A

/ / / / л / \ \ V A шршмя»

V

* > 4 —«

о г м

u_. Нш*Я-Ю%

/

/

Виупрнфо*» расширит*» MMÙW

i A

¿ « Ржа. 12.

Л'.СЪСРУ)

Рис. 13.

Рис.12. Сравнительное влияние воздействия

ПАВ /ФУ / и внутрифакельнощ расши- _ рителя на охлаждение парад7а и стенки пароохладителя

Рис. 13.Промышленная охладительная установка ОУ с впрыскивающим устройством типа центробежной форсунки с внутрифакельным расширителем

температурной неравномерности стенки л необходима использование электромагнитного воздействия с напряженность Н = 9,0 • 104А/м или совмэтное воздействие ПАВ / ФУ/ с концентрацией до 0,5 г/л и напряженностью поля И = 9,0 "10^к/и. Также возможно использование внутрифа-кельного распирителя с перепадом давления лРр>2

Для увеличения относительной степени охлаждения рекомендуется применение совместного воздействия ПАВ с концентрацией СУ С = 2,5 * 3 г/л и электромагнитного поля с Н » 9 • Ю4 А/м или использование внутрифакельного расширителя с перепадом давлениав/£= I ¡- 2. •

Седьмая глава посвящена созданию промышленных образцов ВРОУ, РОУ и ОУ с усовершенствованной системой распыла.

Разработаны запорно-дросельные клапаны БРОУ - I и БРОУ - 2. В конструкции клапанов применена совмещенная схема редуцирования и охлаждения пара, т.е. впрыск воды осуществляется непосредственно в корпусе запорно-дроссельных клапанов.

• Совместно с ЧЗЭН была разработана и изготовлена РОУ - 110/24-150, предназначенная для редуцирования и охлаждения пара высоких параметров с трехступенчатым диспергированием жидкости.

На Ново-Зимикпкой ТЭЦ, Архангельской ТЭЦ и Костромской ТЭЦ.- 2 внедрены охладительные установки с впрыскивающими узлами* в виде регулируемой-форсунки и полуцентробежной форсунки с внутрифанельным расширителем / Ркс. 13 /. Такдз разработаны впрыскивающие устройства ■ тиш регулирующий клапан-форсунка, одновременно выполняющего роль регулирующего органа и распиливающего устройства.

Применение новейших типов пароохладителей и впрыскивающих узлов позволило сократить длину испарительного участка, исключить пленочное течение влаги в пароохладителе и устойчиво поддерживать заданную температуру пара на выходе с предельным отклонением + 5°С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. В результате теоретических расчетов показано, что надежная работа пароохладителей может быть достигнута только в случае, если максимальные размеры капель жидкой фазы не будут превышать 50 мк, В этом случае обеспечивается достаточно.высокая скорость испарения жидкости. В результате исключается образование пленочного течения вдоль стенок пароохладителя и заметно сокращается длина испарительного участка, размеры которого не превышают для стандартных РОУ трех м°тров.

2. Для интенсификации тепломассообменных процессов в пароохлади-'; телях различного типа предложено в качестве охлаждающей жидкости ис- '. пользовать воду с добавкой поверхностно активных веществ, прошедшую через электромагнитное поле.

Показано, что при указанном двойном воздействии на охлаждающую воду удается ускорить время испарения жидкой фазы и соответственно надежно защитить стенки пароохладителя от попадания на них неиспарив-шейся воды.

3. Для выяснения механизма воздействия электромагнитного поля

на охлаждающую воду был создан специальный стенд, позволивший установить степень изменения физико-химических свойств воды, обработанной электромагнитным полем. Установлено, что при наличии в воде солей под действием электромагнитного поля нарушается стабильность таких показателей, как вязкость-и поверхностное натяжение охлаадающей воды. В среднем эти показатели возрастают на 5 i- ЮЖ.

4. При добавлении в воду поверхностно активных веществ резко увеличивается влияние электромагнитного поля.

Наибольшие изменения физико-химических свойств воды наблюдаются при напряженности электромагнитного поля Н = 9 • I04 А/и при концентрации ПАВ /фторированного углеводорода / С = 0,2 г/л. В этом случае поверхностное натяжение по сравнению с чистой водой снижается в. 3,5 раза и на 47%. возрастает скорость испарения воды.

'- 5. Предложен и исследован на специально созданном стенде новый тип распиливающей форсунки с внутрифакельныи расширителем. Угол распыла такой форсунки удалось увеличить по сравнению со стандартными образцами почти в два раза и довести его до 150°, что. обеспечивает заметное уменьшение длины испарительного участка пароохладителя и увеличивает температуру стенки пароохладителя РОу.

6. Проведенные исследования характеристик форсунок центробежного типа в 'неоптимальных режимах распиливания при воздействии на воду малых добавок ПАВ с концентрацией С ~0,05 г/л показали увеличение угла раскрытия факела распыла на 50* и уменьшение длины нераспавшейся струи жидкости на 10 ¥ 25% при увеличении однородности размеров капель в факеле.

7. Проведенные испытания на модернизированной опытно-промышленной ГОУ подтвердили целесообразность использования охлаждающей воды о добавками фторированного углеводорода прошедшей через электромагнитное поле.

Таким образом удалось на 20 t 30°С поднять температуру стенки

пароохладителя а области температурной "ямы" и на всех режимах работы в наиболее неблагоприятной зоне всегда иметь температуру стенки выше температуры насыщения.

Получено, что совместное воздействие ПАВ и электромагнитного поля на распиливающую воду в опытно-промышленной РОУ приводит к понижению температуры на выходе из РОУ tía 15 f 20°С, без дополнительного расхода воды.

8. На основании проведенной работы спроектированы и изготовлены на ЧЗЭМ серийные промышленные образцы БРОУ, РОУ и ОУ, установленные на Ново-Зиминской, Архангельской и Костромской ТЭЦ. Суммарный экономический эффект от внедрения рассматриваемых разработок на данных ТЭЦ, подтвержденный соответствующими актами, составляет более 20,0 млн.рублей /год.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Редукционно-охладительные установки с раздельным и совместным редуцированием и охлаждением пара. /Чериоштан В.И., Зарянкин А.Е., Васильченко Е.Г., Майоров А.П., Дворцов В.К., Ермолаев В.В. - М.:' НИИЭинформэнергзмаа. Энергетическое мапиностроение,- 1984, выпуск 9

/ 3-84 - 04 / -38 с.

2. Источник шума в энергетической арматура и борьба с ним /Черно-щтан В,И, Ермолаев В.В., Зарянкин Л.Е. ,• Васильченко Е:Г., Михайлов В.А.-М.: НИИЭинфорыэнергомап. Энергетическое машиностроение, 1985, выпуск 10/3-85-05/ 41с.

3. Форсунки редунционно-охладительных установок /Черноштан В.И., Зарянкин А.Е., Васильченко Е.Г., Ермолаев В.В. - М.: НИИокономики. Энергетическое машиностроение, 1986, выпуск 7 /13-86-021/-2бс."

4. Арматура энергетическая для ТЭС и АЭС от- елевой каталог. /Васильченко Е.Г., Майоров А.П., Зубков Н.П., Черноштан В.И. и др. ->!.: НИИэкономики, 1986 / 14-86-02/ - 247с.

5. Анализ современных конструкций редукционно-охдздителышх уста-<овок и их работа в схемах энергоблоков. /Ермолаев В.В., Черноштан В.И., Зарянкин А.Е., Кустов О.П., Каменская Т.В. - М.: ЦНШТЭИтяжг/.аш, обзор-¡ая информация серия 3, энергетическое машиностроение, выпуск 9,

[989, /3-69-09/ - 38с.

6. Форсунки и распяливающие устройства редукционно-охладитсльнпх 'становок /В.В.Ермолаев, 0.П.Кустов, А.Е.Зарянкин, В.И.Черноштан,

Г.Бабаян - М.: ЦНИИТЭИтяжыаш, обзорная информация, серия 3, онерго-таеское машиностроение,-выпуск 7, 1990, / 3-90-07/ -42с.

'■-"''' . v- - 24 -

: 7. В.К.Дворцов, В.В.Ермолаев. Регулирующий клапан с разгруженной конструкцией регулирующего органа.// Тезисы докладов 13 съезда арматурщиков в Магдебурге с интернациональными учавтниками с 24 по 26 апреля 1990 г.: пер. с немецкого. - Магдебург: MAW,.— 1990 -

юо с.

8. А.Е.Зарянкин, В.В.Ермолаев, 0. П. Кустов, В.И.Черноштан. Сов ер-] щенствование системы распыла и условий испарения охлаждающей воды в редукционно-охладительных установках.// Тезисы докладов УШ-ой Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах". -Л.: НПО ЦИТИ. - 1990.

9. А.Е.Зарянкин, Е.Г.Васильченко, В.Е.Ермолаев, О.П.Кустов, В.И.Черноштан..Исследование и совершенствование редукционно-охлади-тельных установок. // Тезисы докладов УШ-ой Всесоюзной научно-технической конференции арматурщиков "Промышленная трубопроводная арматура, направления развития". - Л.: ЛНПОА, ЦКБА - 1990, с.42-44.

.10. Арматура энергетическая для TSC и АЭС. Отраслевой каталог. /Васильченко Е.Г., Майоров О.П., Ермолаев В.В., Дворцов В.И. и др. г М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1991 - 242 с.

11. A.C. ff 1490380, СССР, F226s/f2 Пароохладитель /Ермолаев В.В., Черноштан В.И., Зарянкин А.Е., Кустов О.П. - Заявка

№ 4330807'от 20.11.87, зарегистрировано 01,03.89 - 2с.

12. A.C. № 1688030, СССР, Пароохладитель /Ермолаев В.В, Зарянкин А.Е.; .Черноштан В.И., Бабаян С.Г. - заявка № 4722210 от 21.06.89, зарегистрировано 29.01.90 - 2 с.

ПГ..И1И,.1И.| к псчлт Л- к. 4

"" д 1,5 . ткР,ж /00 ^

Tnii0fp.vj.nn МЭЙ. Кро. чикмарусмаа, 13.'