автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Комплексное обоснование замены барабанов котлов, отработавших свой срок

' На правах рукописи

ГОРБУРОВ ДМИТРИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

КОМПЛЕКСНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАМЕНЫ БАРАБАНОВ КОТЛОВ, ОТРАБОТАВШИХ СВОЙ СРОК

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1 4 ДПР 2011

2011

4843907

Работа выполнена на кафедре Котельных установок и экологии энергетики Московского энергетического института (Технического университета)

Научный руководитель: д.т.н., проф. Зройчиков Николай Алексеевич. Официальные оппоненты:

" доктор технических наук, Кукушкин Александр.. Николаевич, кандидат технических наук, Хлебников Александр Александрович.

Ведущая организация: ОАО «ИК «ЗИОМАР»

Защита диссертации состоится«27» апреля 2011 г. в МАЗ МЭИ (ТУ) В 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Московского энергетического института (Технического университета) по адресу; 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

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

Автореферат разослан "25"марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета к.т.н.

X7

Ильина И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

В настоящее время в Российской Федерации наблюдается дефицит генерирующих мощностей, вызванный несоответствием объема, структуры и технического состояния мощностей спросу на электроэнергию и объективными ограничениям топливно-энергетического баланса. Одним из путей преодоления этого дефицита является продление ресурса парка-оборудования путем модернизации, улучшения и замены отдельных его элементов.

К настоящему моменту количество барабанных котлоагеретатов,

выработавших свой парковый ресурс, составляет около 700 единиц (Таблицы 1 и 2).

Таблица 1. Список котлов 140 ата, отработавших парковый ресурс к 2010 г.

№ п/п Тип котла Количество Производитель

1. ТГМ-84 62 ОАО «ткз»

2. ТГМ-96 14 ОАО «ТКЗ»

3. ТГМ-94 4 ОАО «ТКЗ»

4. ТП-80 18 ОАО «ТКЗ»

5. ТП-81 5 ОАО «ТКЗ»

6. ТП-82 4 ОАО «ТКЗ»

7. ТП-85 6 ОАО «ТКЗ»

8. ТП-87 21 ОАО «ТКЗ»

9. ТП-240 7 ОАО «ТКЗ»

10. БКЗ-210 51 ОАО «БКЗ»

И. БКЭ-320 17 ОАО «БКЗ»

12. ПК-38 23 Подольский завод «ЗиО»

13. ПК-40 -18 Подольский завод «ЗиО»

Всего 250

Таблица 2. Список котлов 100 ата, отработавших парковый ресурс к 2010 г.

ТП-170 82 ОАО «ТКЗ» (бед-БКЗ)

ТП-230 84 ОАО «ТКЗ»

Другие котлы марки ТП 39 ОАО «ТКЗ»

БКЗ-160-100 28 ОАО «БКЗ»

БКЗ-170-100 17 ОАО «БКЗ»

БКЗ-220-100 31 ОАО «БКЗ»

ПК-10 (2, Ш, П) 53 Подольский завод «ЗиО»

ПК-14 50 Подольский завод «ЗиО»

ПК-19 26 Подольский завод «ЗиО»

Остальные котлы, не вошедшие в детальный список 26

ВСЕГО 436

Из приведенных данных следуют выводы:

• Наиболее старый парк оборудования - котлы до 100 ата ............ .

• Более 40 % котлов - переработка ресурса на 10 и более лет

• Наиболее распространенные марки котлов

о 140 ата: ТГМ-84, ТП-87 о 100 ата: ТП-230, ТП-170 Говорит ли данная статистика о безусловной необходимости демонтажа

котлового оборудования, которое переработало свой парковый ресурс?

Однозначно на этот вопрос ответить невозможно в силу того, что

во-первых: современные котлы имеют блочную конструкцию, и. за

время эксплуатации происходят ремонты и замены поверхностей нагрева,

пароперегревателей, водяных экономайзеров, воздухоподогревателей и

других узлов. Таким образом, к моменту выработки паркового ресурса

существенная часть котла может быть заменена, и в таком случае

необходимо говорить о парковом ресурсе отдельных элементов

котлоагрегата или об индивидуальном ресурсе котла в целом;

во-вторых: необходимо брать в расчет условия эксплуатации,

соблюдение водно-химического режима, частоту пусков-остановов.

Таким образом, для котельного оборудования понятие парковый ресурс

является реперной точкой, относительно которой необходимо сделать вывод

о состоянии металла узлов котлоагрегата, провести анализ проведенных

текущих и капитальных ремонтов, а также разработать мероприятия по

продлению индивидуального ресурса или же остановке и демонтаже данного

котла.

Единственным элементом, замена которого сопряжена с огромными техническими трудностями, а, следовательно, с большими финансовыми

вложениями - барабан котла. Барабан, как главное сепарирующее устройство, является сосудом, работающим под высоким давлением. Помимо этого для эксплуатации барабана характерным являются циклические и усталостные напряжения металла обечайки. Следовательно, основным требованием к эксплуатации барабана является его безопасность.

До 1967 года барабаны котлов высокого давления выполнялись из стали 16ГНМ с толщиной стенки 95 мм. В процессе эксплуатации барабанов в местах приварки штуцеров стали появляться трещины различной конфигурации, ширины, длины и глубины. Учитывая этот факт, с 1967 года завод перешел на сталь марки 16ГНМА и увеличил толщину стенки до 115 мм. Однако до настоящего момента более 150 барабанов старой конструкции находятся в эксплуатации без возможности замены, представляя собой потенциальную опасность. После разрушения при проведении гидроиспытаний барабана котла ст.№1 Ярославской ТЭЦ-3 проблема замены барабанов из стали 16ГНМ стала очевидной.

Цель работы: комплексное обоснование необходимости и возможности замены барабанов, отработавших свой срок с использованием многоступенчатых схем испарения.

Научная новизна

1. Разработана и исследована концепция комплексного подхода к замене барабанов, отработавших свой индивидуальный ресурс. Суть подхода заключается в применении многоступенчатых схем испарения для замены барабанов. При этом решается две задачи: появление возможности замены барабана и улучшение качества котловой воды и, как следствие, увеличение межпромывочного интервала.

2. Разработана расчетная модель конечной батареи выносных циклонов, которая технологически представляет собой схему замены барабанов, позволяющая определить концентрацию примесей в i-ом по счету циклоне, для заданных параметров коэффициента распределения, влажности и коэффициента осаждения (Кр, со, Кос). На основе выведенных

■ : ■ 6 •"'. соотношений разработаны таблицы, по которым удобно производить расчеты любых многоступенчатых схем испарения. 3. Проведен анализ и предложены несколько вариантов замен барабанов, в которых рассматриваются различные компоновки, такие как: безбарабанная схема, схема с одним или двумя малыми барабанами, а также различные методы организации продувки и подачи питательной воды..

Достоверность в расчетах достигалась использованием фундаментальных закономерностей и уравнений материальных балансов, применением в разработках существующих нормативных документов (стандартов, нормативных актов), имеющих силу на территории РФ, а также использованием апробированных методик при проведении измерений и испытаний.

Практическая ценность

Появилась принципиальная возможность проводить замену барабанов, оптимизируя объем монтажно-демонтажных работ. Концепция замены барабанов получила одобрение заводов-изготовителей. Разработаны эскизные и детали рабочих проектов по заменам барабанов на нескольких станциях в различных генерирующих компаниях. Все варианты рассмотренных схем согласовывались в генерирующих компаниях.

Апробация работы.

Результаты работы доложены на:

Техническом совете ОАО ТГК-2, Ярославль, январь 2006 г.

Заседаниях Совета по надежности ОАО «РАО «ЕЭС России», Москва, март, апрель, май, 2006 г.

Техническом Совете ОАО ТГК-8, г. Волжский, март, 2007.

Семнадцатой Международной конференции студентов и аспирантов, МЭИ, Москва, февраль, 2011.

На защиту выносятся следующие положения:

- разработка концепции замены барабанов, отработавших свой срок;

- комплексное исследование многоступенчатых схем испарения, как прообраз решения по замене барабанов;

- техническое и экономическое обоснование целесообразности внедрения альтернативных схем при замене барабанов.

Публикации

В ходе работы над диссертацией опубликованы 3 статьи, тезисы докладов на технических советах генерирующих компаний, штабах по надежности ОАО «РАО «ЕЭС России», зарегистрированы 7 патентов РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, 129 страницы основного текста, 46 рисунков, 19 таблиц и 2 приложений к главе 2.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и основная особенность работы.

В первой главе проведен анализ проблемы, представлен обзор статистических данных по выработкам ресурса котельного оборудования, приведены сведения, необходимые для решения поставленной задачи.

Достаточно подробно рассматриваются физические свойства стали 16ГНМ, а также технология изготовления и ремонтов барабанов. В частности, очень важным является тот факт, что при проведении сварки -обечаек необходимо соблюдение равномерности температурного поля, требующего равномерного прогрева обечайки барабана. В процессе длительной эксплуатации барабанов котлов высокого давления в них накапливается поврежденность в виде образования трещин, коррозионных язв, коррозионно-усталостного поверхностного растрескивания. Накопление повреждений определяется условиями эксплуатации и, главным образом, действием циклических нагрузок, приводящих к исчерпанию пластичности в зонах концентрации напряжений и появлению трещин.

В цилиндрической части барабана дефекты выявляются в виде радиальных трещин на внутренней поверхности обечайки в районе

отверстий, трещин около швов приварки кронштейнов крепления внутрибарабанных устройств, язвин и цепочек язв на внутренней поверхности обечаек и поверхности отверстий. В днищах - трещины около швов приварки лапы затвора, трещины на внутренней поверхности в местах отбортовки штампованных днищ, в местах приварки заводских монтажных деталей. В штуцерах - продольные трещины на внутренней поверхности штуцера, трещины в сварных швах приварки штуцера к барабану. В основных сварных швах - трещины в кольцевых и продольных швах, а также в околошовной зоне соединений, непровары, поры, шлаковые включения и другие технологические дефекты сварки.

После разрушения барабана на Ярославской ТЭЦ-3 завод-изготовитель признал все барабаны, изготовленные из стали 16 ГНМ, неремонтнопригодными и опасными в эксплуатации.

Во второй главе рассматриваются расчетные аспекты многоступенчатых схем испарения. В качестве базы берутся классические соотношения материального и солевого балансов:

СПВ = СПР + Я (1)

Баланс примесей:

б'шАв = ^пр-^пр (2)

Решая совместно эти два уравнения, получаем;

- - 1 + Р

•^пр — ¿V ~ ^пв ~р (3)

Где: 5пр - концентрация примесей в продувочной воде (мг/кг); - концентрация примесей в барабане;

¿"„в - концентрация примесей в питательной воде;

Р - 0пр/0 - относительная продувка,

Опр и5- расходы продувки и паропроизводительность соответственно

(кг/с).

Для двухступенчатой схемы испарения:

1 + Р

Р

1 + Р

5ч° ~ 5пв ГТЕ"

^со '-'пв

(4)

(5)

Здесь: ■^г? и

Где: Сс,

• концентрации примесеи солевом и чистом отсеках;

• - относительная паропроизводительность солевого отсека;

паропроизводительность экранных поверхностей,

включенных в солевой отсек.

В качестве сравнения в одно- и двухступенчатыми схемами приводится схема с бесконечным числом ступеней, аппроксимируемая как парогенерирующий канал на входе в который входит расход Опвзпа, а выходит впрвпр- В результате получается, что средняя относительная концентрация примесей для одноступенчатой схемы равна 101, двухступенчатой - 20, а с бесконечным числом ступеней - 4,6. Этот факт говорит о том, что пренебрегать увеличением числа ступеней испарения при достаточно простом техническом решении нецелесообразно.

. В качестве расчетной модели была выбрана так называемая конечная батарея циклонов, состоящая из 7 циклонов, соединенных по водяному коллектору. Питательная вода подается в один из торцов коллектора, продувка осуществляется с противоположного конца.

Очень важно иметь в виду, что для максимальной чистоты генерируемого пара и котловой воды необходимо, чтобы последовательность опускных труб соответствовала последовательности возврата пароводяной смеси. Только в этом случае батарея циклонов будет работать как многоступенчатая схема испарения, у которой число циклонов равно количеству ступеней испарения.

Следующим важным замечанием является расположение опускных труб по отношению к циклонам. Рассматриваются два варианта: опускная труба поствключена и предвключена по отношению к циклонам. (Рис.2 и 3)

< 1

и и 1 Рис,2 Поствключенная опускная труба (случай 1) и и и / Рис.3 Предвключенная опускная труба (случай 2).

Для данных моделей, исходя из решения систем уравнений материального и солевого балансов, выведены расчетные соотношения для определения концентрации примесей в ¡-ой ступени. Для случая 1, соотношение выглядит.следующим образом:

1+Р

А для случая 2:

1 + Р

= -гГ—7 С7)

п — 1

Где п - число циклонов в батарее;

г - порядковый номер циклона от подвода питательной воды до продувки.

Сравнительные результаты представлены на диаграмме Рис.4.

■1

и?"

Юй Шг

№ ■

1 0 - ■Ж 1|| Н ■

1 || |1 |В

1 2 3 4 5 6

Рис.4. Распределение примесей в конечной батарее циклонов с пред- и поствключенной опускной трубой.

Черным цветом показана концентрация примесей при предвключенной трубе, серым - при поствключенной. Для наглядности изображения на диаграмме не показана последняя ступень, в которой в обоих случаях концентрация равна 101.

Сопоставляя результаты расчетов для семиступенчатой батареи, возможно сделать вывод, что различие концентраций в ступенях с одинаковым номером составляет 1,16 и не является существенным.

Количество опускных труб и их местоположение определяется конструкцией котла. Важным моментом является предотвращение попадания пара в опускные труды. Для этого автором совместно ОАО «ТКЗ» предложена установка дополнительного циклона в батарею в случае кипящего экономайзера. Данный циклон предотвращает попадание пара в водяной коллектор и дальнейший захват пара в опускную трубу. В этом случае батарея по определению является системой с поствключенной

опускной трубой и первая ступень залитывается «чистой» питательной водой. Следующим шагом в развитии модели следует , введение коэффициентов распределения, осаждения и влажности, которые приближают модель к реальности.

В случае одноступенчатого испарения формула для расчета концентрации примесей будет иметь вид:

1 + Р + ш ~$п*р + ш + Кр + Кос (8)

Где (и> - влажность, Кр - коэффициент распределения, Кос -коэффициент осаждения примесей на теплопередающих поверхностях.

Для получения результатов для много ступенчатой схемы необходимо обратить внимание на то, что в схеме с предвключенной трубой наблюдается знакопеременное движение теплоносителя. Это необходимо учитывать для решения системы балансовых уравнений. Окончательно решение выглядит следующим образом:.

1 + Р + СО

--- (9)

+ Р + ш + Кг, + К0,

Для поствключенной опускной трубы, и

1 + Р + О) ■

- С10)

~1 + Р + а + Кр + К0С -для предвключенной опускной трубы с однонаправленным участком движения (Рис.1), и

1 + Р + О)

5г = 5пв(1-х) —- (11)

+ Р + ы + Кр+К0С для разнонаправленного участка (Рис.1), х - массовая доля паросодержания.

По данным соотношениям были проведены расчеты и созданы электронные таблицы с результатами для различных Кр, ю и Кос.

Важным аспектом второй главы стал гидравлический расчет батареи циклонов. Расчет был разбит на две составляющих: определение перетоков по нижнему коллектору и расчет гидравлического сопротивления нижнего коллектора. По результатам расчетов были выявлены критические по длине коллектора точки подачи питательной воды. Расчеты проводились для комбинированной подачи питательной воды - в торец коллектора и в район 3 -4 циклона. Установлено, что для предвключенной опускной трубы при определенных параметрах паропроизводительности возможны случаи устойчивого противотока теплоносителя, то есть схема перестает работать как многоступенчатая.

Расчет гидравлического сопротивления по длине коллектора производился с целью определения возможной нагрузки на питательный насос. Была выбрана одномерная модель, в которой рассматривалась сумма местных сопротивлений при слиянии и отвода потоков теплоносителя. Была выявлена зависимость сопротивления от диаметра коллектора. Особенно сильно это влияние видно для коллектора с поствключенной опускной трубой.

Таким образом, при схеме с превключенной трубой необходимо делать проверочный расчет перетоков на предмет «опрокидывания» схемы. При схеме с поствключенной трубой необходимо правильно выбирать диаметр водяного коллектора (или организовывать несколько точек подачи питательной воды..

В третьей главе представлены варианты технической реализации многоступенчатых схем испарения. В процессе разработки схем замены барабанов были разработаны следующие варианты:

• Альтернативная (безбарабанная, батарейная), состоящая из набора циклонов, установленных на общем коллекторе по воде.

• Компромиссная (барабанно-батарейная). В схеме реализуется как батареи циклонов, так и барабан малого размера.

• Упрощенная - схема с использованием двух малых барабанов, существующих выносных циклонов с добавлением небольшой по размерам батареи циклонов.

Вариант 1. Альтернативная (батарейная) схема.

Один из вариантов безбарабанной схемы был разработан и детализирован в достаточной мере по заказу ОАО ТГК-2. Назначение схемы - замена барабана ТЭЦ-3 ГУ по Ярославской обл. ст. №1, претерпевшего хрупкое разрушение в результате гидроиспытаний после мероприятий по продлению ресурса. Тип котла -ТГМ-84. Как говорилось ранее, особенностью этой схемы является отсутствие барабана. Барабан заменен четырьмя батареями циклонов, соединенных последовательно-параллельно по воде. Количество циклонов определялось, исходя из общей паропроизводительности барабана, отнесенной к стандартной паропроизводительности циклона с коэффициентом запаса. Существующие выносные циклоны сохранялись на месте, а также были добавлены два дополнительных циклона в точках подачи питательной воды, так как экономайзер котла ТГМ-84 является кипящим.

Основными преимуществами данной схемы являются простота доставки и монтажа. В частности, доставка батарей циклонов может быть осуществлена в разной степени заводской готовности в зависимости от исходных условий, представляемых станцией, таких как ширина технологических проходов, возможности доступа к месту предполагаемого подъема, наличию и грузоподъемности существующей в КТЦ кран-балки.

Для выравнивания уровня в циклонах автором предложена установка коллектора по ходу пароводяной смеси. (Рис.5)

Автором проанализированы различные схемы соединения батарей циклонов исходя из возможностей монтажа, технологических точек подачи питательной воды и гидравлического сопротивления по нижнему коллектору.

Вариант 2. Барабанно-батарейная схема (компромиссная). В схеме остается барабан уменьшенных размеров, в котором сохраняются все внутрикорпусные устройства. Размеры барабана определяются из следующих соображений:

• Удобство транспортировки

• Подъездные пути на станции

• Наличие и грузоподъемность существующей в КТЦ станции подъемной техники

• Удобство монтажа

• Возможность размещения в барабане необходимых ВКУ. Преимущества данной схемы вытекают из наличия малого барабана,

предусматривающая все стандартные опции серийного барабана. Предусматривается измерение уровня воды стандартным способом, а также промывка той части пара, которая вырабатывается в последней ступени испарения. Недостатком же данной схемы является резкое увеличение

монтажно-демонтажных работ по сравнению с батарейной схемой, так как наличие барабана даже уменьшенных размеров предполагает достаточно большое количество демонтажа. Резко уменьшается и модульность конструкции.

Были разработаны различные варианты реализации компромиссных схем. Включение батарей циклонов возможно как до барабана (чистый отсек), так и после (солевой отсек). Принципиальная схема показана на Рис.6.

тгг^п-'И.пни 1»о;1л

-О,

-С>

БЛРЛВЛ Н

Г

О О'

1

пролупка продувки

Рис.6_Принципиальная барабанно-батарейная схема.

Вариант 3. Консервативная схема.

Данный вариант схемы возник в результате работы с ТГК-8, на протяжении нескольких лет имеющих очень острую проблемы с барабанами Волжской ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 (сталь барабанов - 16ГНМ и 22К).

Позиция энергокомпании заключалась в следующем: решение проблемы замены барабана должно носить с одной достаточно дешевый характер, с другой должно быть минимально отличным от заводского исполнения в первоначальном варианте.

Таковым решением в данном случае могло являться разработка и внедрение схем с двумя малыми барабанами, расположенными по оси на месте старого барабана (с вариантами продувки в центре или из выносных циклонов) Рис.7 и 8.

бпв впр впв

Рис 7. Двухбарабанная схема с продувкой в центре.

бпв

Рис.8. Двухбарабанная схема с продувкой из выносных циклонов.

В четвертой главе рассмотрены экономические аспекты внедрения инновационных схем. Суть экономических выкладок заключалась в следующем: проект может состояться тогда и только тогда, когда для этого есть соответствующие рыночные условия, для заказчика существует интерес внедрения данных технологий, для производителя, поставщика и монтажника данный бизнес является прибыльным.

Рассматривая потенциальный рынок, можно сделать вывод о том, что рынок носит нецикличный и ограниченный по времени характер, а также зависит от таких форс-мажорных факторов, как техногенная катастрофа.

Автором проанализированы риски, возникающие при выполнении проекта. Делается вывод, что при внедрении альтернативных схем риски уменьшаются за счет появления возможностей управления размещением заказа, логистикой, монтажными работами (гибкое бизнес-планирование).

С точки зрения инвестиций заказчиков проекта проводится сравнительный анализ замены барабана на барабан с заменой на альтернативную схему. Анализируя капитальные вложения, сроки

окупаемости и чистого дисконтированного дохода, можно сделать однозначный вывод о целесообразности внедрения данных схем. Рис.7.

Ына.

51 Время

\ч """"" В2

А1 '"'Ч. /

А2 ОА1 ОА2 - инвестиции в альтернативное решение - инвестиции в стандартное решение

-. А1В1 и А2В2 - выручка с учетом дисконта

Выводы:

1. Показано, что более 50% котлоагрегатов, выработали свой парковый ресурс. К подавляющему большинству принадлежат котлоагрегаты барабанного типа. На большинстве котлов установлены барабаны из сталей 16ГНМ и 22К. Барабан является единственным элементом котлоагрегата, замена которого связана с огромными технологическими трудностями и финансовыми затратами.

2. Автором предложены реализации проекта по замене барабанов, отработавших свой ресурс с использованием многоступенчатых схем. Разработаны три основные варианта схемы замены барабанов: альтернативная (батарейная), компромиссная (с малым барабаном) и консервативная (с двумя малыми барабанами). Изучены преимущества и недостатки каждого из вариантов, однако принятие решения по каждому варианту остается за заказчиком. -

3. Предложена и всесторонне исследована расчетная модель, состоящая из семи циклонов, соединенных в нижним водяным коллектором, которая может являться прообразом технического решения при замене барабана.

4. Впервые выведены расчетные формулы для определения концентрации примесей для каждой ступени испарения. Соотношения справедливы для двух случаев: когда опускная труба коллектора предшествует первому циклону и расположена после него.

5. Показано, что при определенных параметрах нижнего коллектора батареи циклонов возможны большие гидравлические сопротивления, которые приведут к увеличению нагрузки на ПЭН. При проектировании схем замены барабана необходимо проводить проверочный расчет по соответствию диаметра нижнего коллектора заданным гидравлическим характеристикам.

6. Автором совместно с ОАО ТКЗ предложено техническое решение для котлов с экономайзером кипящего типа, предотвращающее захват пара в опускной участок. Решение состоит во включение в схему дополнительного циклона по ходу раздачи питательной воды, который производит дополнительную сепарацию воды и пара.

7. Предложено техническое решение для выравнивания уровней в циклонах, состоящее из выравнивающего коллектора перед батареей циклонов по ходу подачи паро-водяной смеси в батарею.

8. Проведен экономический анализ предполагаемого эффекта, для чего были исследованы следующие аспекты при помощи современных экономических моделей: емкость предполагаемого рынка; капитальные вложения и окупаемость; риски при реализации проекта (сиюминутные и потенциальные). На основании анализа установлена экономическая целесообразность внедрения альтернативных схем при заменах барабанов котлов, отработавших свой срок.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Горбуров В.И., Иванов C.B., Горбуров Д.В. Распределение примесей в парогенерирующем оборудовании АЭС и ТЭС. - М., Атомная энергия, ТОМ.108, вып.2,2010 - с.86-91.

2. Горбуров В.И., Зорин В.М., Зройчиков H.A., Горбуров Д.В. Альтернативные схемы замены барабанов котлов с использованием центробежных циклонов. М., Новое в российской энергетике, №8, 2010, с. 45-52.

3. Горбуров В.И., Зройчиков H.A., Иванов C.B., Горбуров Д.В. Эффективность продувки энергетического оборудования. М.,Энергосбережение и водопдгтовка, №3, 2011, с. 23-26.

4. Зройчиков H.A., Горбуров Д.В., Комплексное обоснование замены барабанов, отработавших свой срок. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. Семнадцатой Международной научн.-техн. конференции студентов и аспирантов: В 3-х т. — М.: МЭИ, 2011. Т.З.

5. Парогенератор, Свидетельство на полезную модель №22219 от 10.03.2002. Роспатент, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Грачев С.А., Сергеев В.В., Стукалов В.М.

6. Парогенератор с многоступенчатым испарением. Свидетельство на полезную модель №22218 от 10.03.2002. Роспатент, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Грачев С.А., Сергеев В.В.

7. Циклонный парогенератор, Патент на полезную модель №62209 от 21.12.2006. Роспатент,, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Паули В.К.

8. Парогенератор, Патент на изобретение №2331016 от 30.11.2006. Роспатент,, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Паули В.К.

9. Безбарабанный парогенератор, Патент на полезную модель №62210 от 21.12.2006. Роспатент, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Паули В.К., Ежов Ю.А., Погорелов А.Г.

10.Парогенератор, Патент на изобретение №2327926 от 30.11 Роспатент,

Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Паули В.К., Ежов Ю А ^

Подписано в печать faoS-jl Зак. TupJOO пл>

Полиграфический центр МЭИ(ТУ) Красноказарменная ул.,д.13

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Общие положения.

1.1 Актуальность проблемы.

1.2 Краткое описание наиболее распространенных схем водопитания котлов высокого и сверхвысокого давления.

1.3 Барабан котла.

1.4 Выводы по главе 1.

Глава 2. Анализ схем испарения.

2.1 Обзор различных схем испарения с точки зрения расчета распределения примесей.

2.2 Батарея циклонов. Особенности гидродинамики.

2.3 Распределение примесей в батарее циклонов.

2.4 Распределение примесей в парогенерирующем оборудовании.

2.5 Выводы по главе 2.

Глава 3. Техническая реализация схем испарения.

3.1 Обзор вариантов технической реализации различных схем испарения.

3.2 Предлагаемые технические решения по реализации схем испарения при замене барабана, отработавшего свой индивидуальный ресурс.

3.2.1. Альтернативная схема.

3.2.2. Компромиссная схема.

3.2.3. Консервативная схема.

3.3 Выводы по главе 3.

Глава 4. Экономические аспекты внедрения многоступенчатых схем испарения.

4.1 Потенциальный рынок.

4.2 Выгода от внедрения батарейных или барабанно-батарейных схем.

4.3 SPACE анализ.

4.4 SWOT анализ.

Выводы.

Целью настоящей работы является обоснование внедрения комплексного подхода при решении отраслевой проблемы замены барабанов, отработавших парковый ресурс. К настоящему моменту в эксплуатации находятся более 150 барабанов котлов, выполненных из стали 16 ГНМ, признанных заводом-изготовителем неремонтнопригодными. Замена барабанов является крайне сложной и дорогостоящей технологической операцией. В работе показаны варианты замен барабанов с использованием многоступенчатых схем испарения, которые приводят к эффекту экономической синергии, то есть экономического эффекта от увеличения межпромывочного интервала, и экономического эффекта от оптимизации монтажно-демонтажных работ при замене барабана.

Разработана и проанализирована расчетная модель конечной батареи циклонов. На этом основании выведены соотношения, позволяющие определить концентрацию примесей в i-ом по счету циклоне, для заданных параметров коэффициента распределения, влажности и коэффициента осаждения (Кр, со, Кос). Разработаны электронные таблицы, по которым удобно производить расчеты любых многоступенчатых схем испарения.

Проведен анализ и предложены несколько вариантов замен барабанов, в которых рассматриваются различные компоновки, такие как: безбарабанная схема, схема с одним или двумя малыми барабанами, а также различные методы организации продувки и подачи питательной воды. Данные варианты позволяют существенно упростить технологические цепочки замены барабанов.

В завершении работы рассматриваются экономические аспекты внедрения многоступенчатых схем испарения с точки зрения окупаемости, инвестирования и управления рисками.

9. Результаты работы материалов докладывались на технических совещаниях в различных генерирующих компаниях, имеет одобрение ведущих заводов-производителей котельного оборудования.

1. Обзор ресурсов промышленного оборудования. Основы современной энергетики. Сайт компании «Энергоконсультант». http://www.energocon.com/pages/idl 138.html

2. Программа обновления объектов электроэнергетики на период до 2010 г и прогнозной оценки до 2015 г. Книга 1. Характеристика основного оборудования по ресурсным условиям. 099M26-GMS1. ОАО «Институт Тсплоэлектропроект». М., 2002.

3. Рабинович О.М. Котельные агрегаты, М.Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963

4. Рыжкин В.Я.Тепловые электрические станции, М. Издательство «Энергия», 1967

5. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы, М, Ижевск, Издательство R&C Dynamics, 2005

6. Горбуров В. И., Зорин В. М., Катковский С. Е., Колечкин Г. И., Крестов В. Б., Сергеев В. В., Хлебников А. А. О некоторых особенностях распределения примесей в водяном объеме котла ТП-87, М. Электрические станции, №6, 2001.

7. Физические свойства стали 16 ГНМ. Сайт компании ООО «Про-Металл». http://www.pro-metall.ru/marok/mat start.php?name id=991

8. Парогенераторы под. общ. ред. Ковалева А.П., М. Издательство «Энергия», 1966.

9. Продление ресурса барабанов энергетических котлов. Сайт ООО «Спецэнергосервис». http://www.senser.su/tech.htm

10. ОСТ 24.030.59-74 "Барабаны сварные стационарных паровых котлов", М., 2002

11. СО 153-34.26.608-2003 «Инструкция по обследованию и технологии ремонта барабанов котлов высокого давления», М., 2002.

12. СО 153-34.17.442-2003 Инструкция по порядку продления срока службы барабанов котлов высокого давления», М., 2002.

13. Ромм Э.И. Химический перекос и ступенчатое испарение в генераторах пара. Тезисы диссертационной работы . .доктора технических наук., М.1938.

14. Горбуров В.И., Зорин В.М. Харитонов М.Ю. О контроле водного режима парогенерирующих устройств. М. Теплоэнергетика , №7, 1994,

15. Горбуров В.И., Стукалов В.М., Хлебников A.A. Взаимосвязь гидравлики и распределения примесей в элементах барабанных котлов. М.,Теплоэнергетика, №6, 1999.

16. Горбуров В .И., Зорин В.М., Зройчиков H.A. Горбуров Д.В. Альтернативные схемы замены барабанов котлов с использованием центробежных циклонов, М. Новое в российской энергетике. №8, 2010 г.

17. Барабанный котел и способ выработки пара в барабанном котле. Патент №206398. Горбуров В.И., Зорин В.М., Каверзнев М.М., Харитонов Ю.В. Роспатент, М. 1996.

18. Расчет гидродинамических параметров и концентраций растворимых примесей в водяном объеме парогенератора. Свидетельство об офицальной регистрации программы для ЭВМ. РосАПО, М. 1995.

19. Катковский С.Е. Процессы выброса и прятания примесей в парогенерирующих устройствах АЭС и ТЭС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.2002.

20. Маргулова Т.Х., Зорин В.М., Горбуров В.И., Совершенствование внутрикорпусных устройств парогенератора ПГВ-1000, М. Теплоэнергетика, №11, 1988,.с 43-47.

21. Горбуров В.И., Зорин В.М., Рассохин Н.Г., Стукалов В.М., Иванов С.О. Оборганизации ступенчатого испарения в парогенераторно установке АЭС с ВВЭР-1000. М. Теплоэнергетика, №12, 2001,.с 26-31.

22. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник под огащ ред. Гриорьева В.А. и Зорина В.М., М. Энергоатомиздат, 1982.

23. Парогенератор с многоступенчатым испарением. Свидетельство на полезную модель №22218 от 10.03.2002. Роспатент, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Грачев С.А., Сергеев В.В.

24. Циклонный парогенератор, Патент на полезную модель №62209 от 21.12.2006. Роспатент,, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Паули В.К.

25. Безбарабанный парогенератор, Патент на полезную модель №62210 от 21.12.2006. Роспатент, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Паули В.К., Ежов Ю.А., Погорелов А.Г.

26. Парогенератор, Патент на изобретение №2327926 от 30.11.06 Роспатент, Горбуров В.И., Горбуров Д.В., Паули В.К., Ежов Ю.А

27. Заключение к пояснительной записке проекта замены барабана на котле ТГМ-84 ст.№1 Ярославской ТЭЦ-3, выполенной ООО «Центр теплогидравлических технологий». ОАО «Всероссийский теплотехнический институту», М. 2007.

28. Заключение «Согласование проекта котла ТГМ-84 ст. №1 Ярославской ТЭЦ-3 по замене барабана батареей циклонов». ОАО «Фирма ОРГРЭС», М. 2006.

29. Расчетно-пояснительная записка к рабочему проекту по замене барабана Ярославской ТЭЦ-3 по ГУ Ярославской области ОАО ТГК-2, ООО «Центр теплогидравлических технологий».М, 2006.

30. В.И. Горбуров, В.М. Зорин, В.К. Паули Разработка концепции безбарабанного котла. Новое в российской энергетике, №5, 2002 г.

31. РТМ 108.030.05-75 Расчет и проектирование внутрикотловых схем и сепарационных устройств барабанных котлов высокого давления. РИО ЦКТИ, 1976

32. Акользин П.А., Герасимов В.В. и др. под общ. ред. Маргуловой Т.Х. Водный режим тепловых станций (тепловых и атомных). М. Издательство «Энегрия», 1965.

33. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродимнамика, М. Издательство «Наука», 1988.

34. Мартынова О.И. Водно-химический режим электростанций с барабанными котлами. М. Теплоэнергетика, №10, 1995.

35. Шкроб М.С., Прохоров М.Г. Водоподготовка и водный режим паротурбинных станций, М. Госэнергоиздат, 1961.

36. SWOT-анализ. Сайт компании КонСи. http://www.swot-analysis.ru/

37. Майкл Портер, Конкурентная стратегия. Методика анализа отраслей и конкурентов Издательство: «Альпина Бизнес Букс», 2007.

38. РД 153-34.1-20.526-00. Методические указания по испытанию водяных тепловых сетей на гидравлические потери без нарушения режимов эксплуатации, М,2001.

39. Манысина H.H. Физико-химические процессы в пароводяном цикле электростанций, М. Энергия, 1977.

40. ОСТ 108.030.03-83 Циклоны выносные паровых стационарных котлов. Типы. Основные параметры. Конструкция и размеры. Технические требования. НПО ЦКТИ. Ленинград, 1984.

41. Холщев В.В. Применение на барабанных котлах впрыска питательной воды. Теплоэнергетика, №7, М., 2000.

42. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок, Издательство литературы по строительству, М., 1973

43. Бойко Е.А., Деринг И.С., Охорзина Т.И. Котельные установки и парогенераторы (Расчет естественной циркуляции в контурах барабанных котлов). Красноярский технический университет. Учебное пособие. Красноярск, 2006

44. Бузников Е.Ф. Циклонные сепараторы в паровых котлах. Энергия, М. 1969

45. Мынкин К.П. Сепарационные устройства паровых котлов. М. Энергия, 1971

46. Bradford, Robert W., Duncan, Peter J., Tarcy, Brian. Simplified Strategic Planning: A No-Nonsense guide for busy people who want results fast!, Berkley, 2008.