автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Оценка охлаждающей способности и гидротермических характеристик капельных потоков башенных брызгальных градирен

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Охлаждение циркуляционной воды в пленочных и брызгальных градирнях.

1.2. Методы оценки охлаждающей способности башенных градирен.

1.2.1. Определение охлаждающей способности башенных градирен в сравнении с теоретическим пределом охлаждения для атмосферных охладителей.

1.2.2. Определение эффективности охлаждения циркуляционной воды башенными градирнями в сравнении с коэффициентом эффективности.

1.3. Цели и задачи работы.

2. ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАПЕЛЬНЫХ ПОТОКОВ БАШЕННЫХ БРЫЗГАЛЬНЫХ ГРАДИРЕН.

2.1. Натурные исследования действующих брызгальных градирен.

2.1.1 .Конструктивные особенности брызгальных градирен.

2.1.2. Методика проведения натурных испытаний градирен.

2.1.3. Технологические, конструктивные особенности и результаты натурных гидротермических исследований брызгальной градирни Петрозаводской ТЭЦ.

2.1.4. Технологические, конструктивные особенности и результаты натурных гидротермических исследований брызгальных градирен ст. №№ 3,4 Тольяттинской ТЭЦ

2.1.5. Технологические, конструктивные особенности и результаты натурных гидротермических исследований брызгальной градирни ст. № 1 Кировской ТЭЦ-4.

2.2. Лабораторные исследования капельных потоков разбрызгивающих устройств.

2.2.1. Описание гидравлического стенда.

Результаты исследований разбрызгивающего устройства.

2.2.2. Формирование капельного потока.

3. РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ БАШЕННЫХ БРЫЗГАЛЬНЫХ ГРАДИРЕН.

3.1. Усовершенствованный метод оценки охлаждающей способности башенных брызгальных градирен по отношению к уровням охлаждения соответствующих номограмм и теоретического предела охлаждения

3.2. Установление диапазонов гидравлических и тепловых характеристик, определяющих эффективную работу башенных брызгальных градирен.

В настоящее время существует большое количество башенных градирен различных типов и конструктивного исполнения, которые нашли применение во многих отраслях промышленности, и особенно, в энергетике - на тепловых электростанциях. В зависимости от требований технологических процессов градирни должны обеспечивать заданный уровень охлаждения циркуляционной воды.

В применении промышленных охладителей брызгального типа заинтересованы многие предприятия (в связи с экономией значительных капитальных вложений при строительстве и реконструкции градирен, сокращении сроков возведения и т.д.), однако данные исследований охлаждающей способности брызгальных градирен, представленные в литературных источниках, существенно различаются.

Выбор типа и конструкции башенных градирен при новом строительстве, обоснование реконструкции действующих градирен тесно связаны с решением проблемы объективной оценки охлаждающей способности градирен, работающих в реальных условиях их эксплуатации.

Объем известных научных трудов, посвященных диагностике работы градирен ограничен, и в большинстве своем, заключения и выводы, содержащиеся в них, основываются на исследованиях и испытаниях, выполненных в лабораторных условиях. Однако в реальных условиях экспериментальные данные, полученные на опытных установках, не всегда подтверждаются. Это вызвано недоучетом всех факторов реальной работы градирни и ее элементов, поэтому особый интерес представляют исследования башенных брызгальных градирен в натурных условиях.

Настоящая диссертационная работа посвящена комплексным гидротермическим исследованиям охлаждения циркуляционной воды капельными потоками башенных брызгальных градирен.

Актуальность темы определяется необходимостью разработки надежных охладителей брызгального типа и их научного обоснования.

Представленные результаты натурных гидротермических исследований четырех башенных брызгальных градирен, созданный гидравлический стенд, разработанный способ оперативной оценки гранулометрического состава капель в факеле разбрызгивания сопл, разработанный усовершенствованный метод оценки охлаждающей способности башенных брызгальных градирен, позволяют сделать обоснованное заключение об охлаждающей способности действующих охладителей с выдачей рекомендаций по наиболее эффективным режимам их работы.

Цель работы заключается в исследовании комплекса факторов, влияющих на охлаждающую способность башенных брызгальных градирен, и разработке усовершенствованного метода оценки охлаждающей способности башенных брызгальных градирен, позволяющего установить диапазоны их наиболее эффективной работы.

Диссертационная работа содержит три главы и приложения.

В первой главе приводятся краткий аналитический обзор методов оценки охлаждающей способности башенных градирен и рассматриваются технологические особенности градирен брызгального типа.

Основные выводы базировались, в основном, на сравнении работы брызгальных градирен с номограммой температур охлаждённой воды, полученной для градирен с плёночным оросительным устройством.

Во второй главе приведены программа проведения и результаты натурных исследований четырех башенных брызгальных градирен; дано описание специально созданного гидравлического стенда и результаты лабораторных исследований разбрызгивающего устройства. В этой главе приводятся результаты натурных исследований башенных брызгальных градирен на следующих энергетических объектах: Тольяттинской ТЭЦ, Кировской ТЭЦ-4, и Петрозаводской ТЭЦ.

В третьей главе даётся изложение усовершенствованного метода оценки охлаждающей способности башенных брызгальных градирен по отношению к уровням охлаждения соответствующих номограмм и теоретического предела охлаждения. Метод устанавливает зависимость между величинами температур охлаждённой воды, замеренными в натуре, и полученными по номограмме, температуры смоченного термометра, перепадом температур циркуляционной и охлаждённой воды и плотностью орошения. Зависимость по физическому содержанию и информативности оказалась показательной и легла в основу 8 определения охлаждающей способности капельных потоков, образованных соплом конструкции ВНИИГ, в градирне брызгального типа; установлены диапазоны гидравлической и тепловой нагрузок, определяющие эффективную работу башенных брызгальных градирен.

В приложении 1 приводится решение о выдаче патента на изобретение: «Способ определения охлаждающей способности действующей башенной градирни».

Диссертация выполнена в ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" под научным руководством доктора технических наук Д.А. Ивашинцова и кандидата технических наук И.И. Макарова, которым автор выражает признательность за оказанную ими помощь и содействие при выполнении данной работы.

Основные результаты и выводы диссертационной работы состоят в следующем:

1. В результате проведенных теоретических, натурных и лабораторных исследований представлено новое решение актуальной научной задачи по созданию усовершенствованного метода оценки охлаждающей способности башенных брызгальных градирен по данным натурных исследований. (Подана заявка на изобретение и получено положительное решение о выдаче патента РФ с приоритетом от 21.05.2001г). Анализ охлаждающей способности брызгальных градирен, проведенный с использованием предлагаемого усовершенствованного метода позволяет установить диапазоны их наиболее эффективной работы, что имеет важное значение для повышения эксплуатационной надежности систем технического водоснабжения предприятий.

2. В основе разработанного усовершенствованного метода лежит зависимость предлагаемого коэффициента эффективности градирни дэф от тепловой нагрузки. Анализ работы брызгальных градирен, проводимый с помощью усовершенствованного метода позволяет проводить диагностику их охлаждающей способности: установлено, что в случае, когда при повышении тепловой нагрузки значения коэффициента эффективности г)Эф растут, можно констатировать хорошее разбрызгивание воды соплами, отсутствие разрушенных разбрызгивающих устройств, отсутствие протечек в системе водораспределения. Если коэффициент лэф изменяется незначительно с повышением тепловой нагрузки или уменьшается, то в этом случае необходимо провести обследование и наладочные работы на градирне.

3. Определены способы корректировки диапазонов наиболее эффективной работы брызгальных градирен в зависимости от режимов работы системы технического водоснабжения предприятия. Эта корректировка может быть достигнута, в первую очередь изменением количества разбрызгивающих устройств, а также изменением распределения расхода воды по площади градирни, ориентацией сопл с целью уменьшения взаимовлияния факелов разбрызгивания,.

4. Создан и аттестован Госстандартом РФ экспериментальный стенд для испытаний, исследований и сертификации разбрызгивающих устройств, проведена доработка конструкции сопл конструкции ВНИИГ, связанная с необходимостью повышения надежности. На основании внесенных изменений были оформлены (совместно с производителем разбрызгивающих устройств АОЗТ «Арматэк») технические условия ТУ 3113-006-35491454-98. Проведены гидравлические исследования по существующим методикам сопла конструкции ВНИИГ-Арматэк. Методика исследований доработана в части оперативного определения гранулометрического состава капель факела разбрызгивания. (Заявка на изобретение с приоритетом от 5.11.2001г). Созданный гидравлический стенд и разработанная методика оперативного определения гранулометрического состава капель в факеле разбрызгивания сопла позволяют проводить исследования и усовершенствовать разбрызгивающие устройства с целью обеспечения требований для конкретных объектов.

5. Проведенное обобщение результатов гидроаэротермических исследований, рассмотренное в сочетании со стоимостными показателями строительства или реконструкции градирен по брызгальному типу позволяют выполнить соответствующие технико-экономические расчеты и обосновать выбор конструкции башенной градирни.

6. Выполненные исследования более точно установили область применения брызгальных градирен и определили направления дальнейших работ по интенсификации охлаждения циркуляционной воды в башенных брызгальных градирнях. В том числе, с целью уменьшения недоохлаждения циркуляционной воды предложена конструкция брызгальной градирни, которая снабжена специальным каплезадерживающим устройством. (Заявка на изобретение №2001109688 с приоритетом от 10. 04.2001г).

7. Разработанный усовершенствованный метод оценки охлаждающей способности башенных брызгальных градирен по данным натурных исследований позволяет оптимизировать работу как одной брызгальной градирни, так и системы технического водоснабжения, включающей несколько охладителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М. : Гоетехиздат, 1953. 454 с.

2. АкуловаЛ.Г. Аэродинамические сопротивления воздухораспределительного пространства градирен // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Л. 1963. Вып.5. С.65 73.

3. Альтман В.М., Морозов В.А. Уточнение потерь воды на испарение и капельный унос в башенных градирнях по данным натурных исследований // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Л. 1977. Вып.115. С.158 163.

4. Андрианов В.Е., Черкасова И.А. Аэродинамические исследования башенных градирен в условиях ветрового воздействия // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Л. 1968. Вып. 44. С. 22 34.

5. Арефьев K.M., Аверкиев А.Г. Физические особенности тепло- и массообмена при испарительном охлаждении воды // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. / Сб.научн.трудов. 1977. Т.115. С. 81 86.

6. Арефьев Н.В. Автоматизированный выбор режимов работы ЭВХК с учётом процесса переноса тепла и веществ в водной системе // Рациональноеиспользование природных ресурсов и охрана окружающей среды. JI. 1988. Вып. 11.

7. Арефьев Ю.И., Пономаренко B.C. К вопросу эффективности брызгальных градирен // Водоснабжение и сантехника / М. : Стройиздат. 1992. N2. С. 7-12.

8. Арефьев Ю.И., Гладков В.А. Исследование уноса воды из вентиляторных градирен // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Л. 1977. Вып.115. С.176 185.

9. Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды М.: Госэнергоиздат. 1957. 246 с.

10. Бородин В.А., Дитяткин Ю.В., КлячкоЛ.А., Новиков Б.В., Ягодин В.И. Распыливание жидкости. М.: Машиностроение. 1966. 260 с.

11. Бортковский B.C. Тепло- и влагообмен атмосферы и океана при шторме. Л. : Гидрометеоиздат. 1983. 160 с.

12. Братута О.Г., Ярошенко Л.А., Заночкин Л.А., Воробьев В.М Оптимизация процесса охлаждения циркуляционной воды в градирне брызгального типа // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1992. С. 142-145.

13. Буланина Э.В., Гельфанд Р.Е. Результаты аэродинамических исследований башенных противоточных градирен // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Л.1977. Вып.115. С.138- 142.

14. Гельфанд P.E. Дифференциальные уравнения теплового расчета поперечно-противоточных градирен // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева / Сб.научн.трудов. 1968. Т.86. С. 144 154.

15. Гладков В.А., Арефьев, Ю.И., Барменков P.A. Вентиляторные градирни М. : Госстройиздат. 1964. 160 с.

16. Гончаров A.B. Брызгальные градирни в системах технического водоснабжения тепловых электростанций // Известия ВНИИГ им .Б.Е.Веденеева./ Сб.научн.трудов. 1997. Т.230, часть 2. С. 201 214.

17. Гончаров A.B. Натурные исследования башенной брызгальной градирни ТЭЦ ВАЗа // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева / Сб. научн.трудов. 2000. Т.236. С. 242 248.

18. Гончаров A.B. Метод оценки охлаждающей способности действующих брызгальных градирен // Деп. Информэнерго. 2001 г.

19. Гончаров В.В. Брызгальные водоохладители ТЭС и АЭС. JL: Энергоатомиздат. 1989. 140 с.

20. Горбенко В.И., Кикиш О.В., Мазуров В.Ф. Исследования брызгальных градирен // Электрические станции. М.: Госэнергоиздат. 1964. N 4. С.28 30.

21. Горбенко В.И., Сизоненко В.З., Зименко И.Г. О применении брызгальных башенных градирен на электростанциях // Электрические станции. М.: Госэнергоиздат. 1983. N 10. С.27 31.

22. Грибов В.Б., Иванов Ю.А., Гончаров В.В. Маневренная градирня // Труды ВНИПИэнергопром / Сб.научн.трудов. JI.1981. С.70-74.

23. Жуков О.И. Гидравлический расчет напорной системы водораспределения сверхмощных градирен // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. JI. 1977. Вып. 115. С.158 163.

24. Заявка на изобретение № 2001109688 с приоритетом от 10.04.2001 г. Брызгальная градирня / А.В.Гончаров.

25. Заявка на изобретение № 2001113967 с приоритетом от 21.05.2001 г. Способ определения охлаждающей способности действующей башенной градирни / А.В.Гончаров.

26. Заявка на изобретение с приоритетом от 05.11.2001 г. Способ определения гранулометрического состава капель в факеле разбрызгивания / А.В.Гончаров.

27. Инструкция по натурным испытаниям и исследованиям башенных градирен высокой производительности / ВСН 25-80. JI. 1982.

28. Конюшенко М.Н., Демин А.Ф., Калатузов В.А. Реконструкция башенных градирен системы оборотного водоснабжения глиноземного производства филиала УАЗ СУАЛ // Промышленная энергетика. 1999. N 9. С.47 50.

29. Мандрыкин Г.П. Исследование влияния градирен и брызгальных установок на микроклимат окружающей территории // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Л. 1977. Вып. 115.С.185-191.

30. Мандрыкин Г.П. Технологическое диагностирование охлаждающей способности градирен // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева / Сб.научн.трудов. 2000. Т.236. С.230 238.

31. Меркулов А.А., Назаров А.В., Савчукова А.Б. Измерение скоростей и диаметров капель в факелах разбрызгивания // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им.Б.Е. Веденеева. 1992. С. 156 159.

32. Недвига Ю.С. Лабораторные исследования поперечноточных градирен // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Л. 1975. Вып. 105. С.170 174.

33. Недвига Ю.С. Натурные исследования выноса воды из градирен Ереванской ТЭЦ // Труды координационных совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Л. 1977. Вып. 115. С.167 172.

34. Палашевский С., Джиджи Л., Вейнбаум С. Трехмерная модель локального взаимодействия воздуха, пара и капель в брызгальных устройствах // Пер. с англ.: Тр. Амер. общ-ва и инж.-мех. Теплопередача. М.: Мир. 1981. Т.103. N 3. С. 134-142.

35. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкости. М.: Химия. 1979. 215 с.

36. Пономаренко B.C., Гладков В.А. Исследования капельных потоков при разбрызгивании воды соплами // Труды института ВОДГЕО.1971. Вып. 29. С.68 72.

37. Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий. М.: Энергоатомиздат. 1998. 376 с.

38. Пономаренко B.C. Оросители, водоуловители и разбрызгивающие сопла из полимеров в конструкциях градирен. // Серия: Инженерное обеспечение объектов строительства. М.: ВНИИНТПИ. 1991. Вып.1 61 с.

39. Пономаренко B.C. О реконструкции башенных градирен // Энергетик. М.: НТФ "Энергопрогресс. 1997. N 4. С.16 20.

40. Пособие по проектированию градирен / (к СНиП 2.04.02-84)СССР. М. 1989.

41. Положение о порядке согласования ограничений электрической мощности тепловых электростанций и мероприятий по их сокращению. М.: СПО "ОРГРЭС". 1993. 22 с.

42. Проскуряков Б.В. Теория термического режима пленочной градирни // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. 1965. Т.16. С. 112-128.

43. Разбрызгивающие и оросительные устройства градирен // Библиографический указатель / ВНИИГ им.Б.Е. Веденеева. JI. 1975. 80 с.

44. Рекомендации по проектированию и гидравлическим расчетам насосных блоков и водных трактов систем технического водоснабжения ТЭС и АЭС большой мощности // П 06-82 / ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева JI. 1983.

45. Сухов Е.А., Попов А.М., Морозов В.А., Павлова И.А., Черкасова И.А.

46. Лабораторные тепловые исследования капельного потока, стекающего с листов оросительного устройства в условиях поперечно-точного и противоточного движения воды и воздуха // Известия ВНИИГ имени Б.Е.Веденеева / Сб.научн.трудов. 1980. Т.143. С.17 23.

47. Талош-Теодореску А. Многолетняя эксплуатация брызгальных градирен // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им.Б.Е. Веденеева. 1992. С. 140 142.

48. Технические указания по расчету и проектированию башенных противоточных градирен для тепловых электростанций и промышленных предприятий. ВСН 14-67 / Минэнерго СССР. Л.: Энергия. 1971. 100 с.

49. Типовая инструкция о приемке и эксплуатации башенных градирен. М.: СПО "ОРГРЭС". 1997. 25 с.

50. Фарфоровский Б.С., Пятов J1.H. Проектирование охладителей для систем производственного водоснабжения. Л.: Госэнергоиздат. 1960. 171 с.

51. Фарфоровский В.Б., Фарфоровский Б.С. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций. Л.: Энергия. 1972. 112 с.

52. Хрисанов Н.И., Арефьев Н.В. Экологическое обоснование гидроэнергетического строительства // Учебное пособие / Изд-во С-Пб университета. JI. 1992. 168 с.

53. Шершнёв Ф.А. Современное проектирование башенных градирен // Тезисы докладов в школе "Передовой опыт по ремонту и эксплуатации градирен тепловых электростанций": ВДНХ, М. 1972.

54. Шупяцкий А.Б. Радиолокационное измерение интенсивности и некоторых других характеристик осадков. М.: Гидрометеоиздат. 1960. 282 с.

55. Ярхо A.A., Борщев В.А., Омельченко М.П. Проектирование центробежных сопл на заданное число испарения // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике / ВНИИГ им.Б.Е. Веденеева. 1992. С. 130 133.

56. Dutkiewicz R. Natural draught spray cooling tower. Proc. of the Third International Heat Transfer Conference. 1966. P. 331 - 338.

57. Dutkiewicz R., Meyer L. A theory for cross-flow spray cooling towers // The South African Mechanican Engineer. 1969. V. 18, N 9. P. 216 220.

58. Geibel C. Uber Wasseruckuhlung mit selbstventilierenden Turmkuhlern // VDI Forschunghefte. 1921. N 242. S. 1 - 98.

59. Репа I. Drift drop deposition rate at a short distance from natural draft cooling towers // Atmos. Environ. 1980. V. 14, N 14. P. 429 431.

60. Vladea I., Barby B. Experimentelle Untersuchungen über den Beitrag der Spritzzonen in Gegenstromkuhlturmen zur Wasserkühlung // Brennstof-Warme-Kraft. 1976. Bd. 28, N 5. B. 198 202.95