автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение надежности работы сопряженной системы оборотного охлаждения ТЭС

МУРТАЗИН АЙРАТИЛЬКАМОВИЧ

На праеахруюписи.

иш

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СОПРЯЖЕННОЙ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЭС

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соисканиеучеиой степени кандидата технических наук

2 6 ДПР 2012

Казань - 2012

005019174

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский госудфственньй энергетический университет».

Нгучньй руююдитель: Чичирова Наталия Дмитриевна

доктор химических нгу к, профессор

Официалшыеоппоненты:

Гурьянов Алексей Ильич до кгор технич еских н$г к, про фессор ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», профессор кафедры «Энфгообеспечшие предприятий и энергоресурсосберегающих технологай»

Ведущая организация:

Даминов АйратЗаудатович

кандидат технических н^г к ФГБУН Казан сю го ночного центр а РАН Исспедоватепьсмэго центрапроблем энергетики, заведующий лабораторией «Энфшсбфегающиеу стано во ки пфспекгашые источники энфпш»

ООО Инженфиый центр «Энфгопрогресо>

Защита состоится «17» мая 2012 года в 14 Й0 на заседании диссертационного совета Д 212.082 Й2 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энфгешческий унивфсителг» по адресу: 420066, Казань, Красно сельская, 51, зал заседаний Ученого совета(Д-223).

С диссертацией можно ознаюмиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энфгепический университет».

А втор еффат разослан « /£ » апреяя2012г.

Ученый секретарь

диссфтационного совета Д212А82Л2 канд .хим. неук, профессор

ЭР.Звфева

Общая характеристика работы

Актуальность работы. На большей части ТЭС РФ система технического водоснабжения (СТВ) организована по зависимой схеме, при которой вода на водоподготовительные установки (ВПУ) химического цеха (ХЦ) забирается из системы оборотного охлаждения (СОО) после подогрева в конденсаторах турбин (КТ). При этом достигается практическая бессточность СОО (исключая случайные утечки) и экономия тепловой энергии на подогрев «сырой» воды. Поскольку стабилизационная обработка циркуляционной воды СОО при такой схеме не проводится из-за возможности нарушения режима обработки на ВПУ, установлены ограничения на степень упаривания циркуляционной воды. По разным источникам коэффициент упаривания циркуляционной воды (Ку) не должен превышать 1,3 и даже 1,2. Однако даже при соблюдении такого ограничения не удается избежать образования отложений малорастворимых веществ в СОО, прежде всего на теплообменных поверхностях КТ. Из-за низкой теплопроводности отложений, образующихся на поверхности теплообмена КТ, увеличивается отемпературный напор», что в конечном итоге приводит к понижению КПД ТЭС.

Ранее проведенные исследования показывают, что ускорению накипеобразования в СОО на КТ способствует:

1 — нестабильность исходной воды, особенно в зимнее время. Зимой отложения на КТ происходят при Ку меньше 1,2;

2 — сезонное повышение Ку (летом) до 1,7, временами, до 2,1. Повышение происходит из-за существенного снижения расхода воды в ХЦ, связанного с отключением теплосети;

3 — нестационарность (непостоянство) основных потоков - добавочной воды в СОО и расхода воды в ХЦ. Следствием этого являются сильные колебания массы воды в СОО (±40%) и Ку (±100%). Вода в СОО периодически значительно концентрируется, что приводит к активизации процессов накипеобразования.

Сложность решения проблемы снижения накипеобразования заключается в том, что применение традиционных методов коррекционной обработки воды в сопряженной СОО сдерживается требованиями к качеству «сырой» воды на ВПУ.

Цель и задачи исследования. Повышение эффективности работы сопряженной СОО ТЭС.

Непосредственными задачами работы являются:

- разработка методики расчета и прикладной программы (ПП) различных вероятных схем водооборота на ТЭС;

- разработка технологических решений по безреагентной стабилизационной обработке воды: метод стационарных потоков, метод синхронизации потоков и методы рециркуляция воды (самоочищения), а также сочетание методов;

- разработка методики расчета режимных параметров работы СОО, обеспечивающих безнакипный режим, при реализации методов стабилизации и синхронизации потоков и вариантов водооборота с рециркуляцией частично очищенной воды с различных ступеней обработки воды на ВПУ;

- разработка методики и программы проведения промышленного эксперимента с рециркуляцией воды в подсистеме ВПУ ХЦ - СОО на работающей ТЭЦ;

- проведение промышленного эксперимента на ТЭЦ с сопряженной СОО.

з

Научная новизна работы. На основе использования уравнений баланса с учетом химических превращений и внутренних рециклов разработана методика расчета водокомпонентного баланса подсистемы СОО-ВПУ как непрерывно действующей системы с нестационарным режимом работы. Определены условия реализации стационарного режима функционирования СОО ТЭС. Предложена методика расчета режимных параметров СОО и технологических схем с синхронизацией потоков, обеспечивающих безнакипный режим. Разработаны новые безреагентные методы стабилизационной обработке воды.

Достоверность результатов работы обеспечивается в теоретическом плане — использованием научно-обоснованной теорией систем, в практическом — проверкой адекватности расчетных моделей с технологическими характеристиками действующей СОО ТЭС, а также согласием результатов расчетов с данными промышленного эксперимента настоящей работы.

Практическая ценность. Разработка и внедрение технологических решений по безреагентной стабилизационной обработке циркуляционной воды сопряженной СОО ТЭС, обеспечивающей безнакипный режим работы.

Реализация результатов работы. Разработана и реализована программа проведения промышленного эксперимента. Для апробации работы, по технологии стабилизационной обработки циркуляционной воды и системы контроля над всеми входящими и выходящими потоками выдано техническое задание на проектирование. Исполнено выполнение проекта и проведены монтажные работы. В период с 27.07.09 по 28.10.09 на Казанской ТЭЦ-3 осуществлен промышленный эксперимент, в ходе которого проводился возврат (рециркуляция) частично очищенной воды с ВПУ ХЦ. Получены положительные результаты. По результатам эксперимента составлены рекомендации по ведению безнакипного режима СОО на ТЭЦ ТГК-16.

Личный вклад автора. Основные результаты получены автором лично под руководством доктора химических наук, профессора Чичировой Н.Д.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на XII аспирантско-магистерском семинаре, посвященном Дню энергетика и 40-летию образования КГЭУ (Казань, КГЭУ, 2011г.), на IX международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2007г.), на IV молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2009г.), на VI школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроению) (Казань, КНЦ РАН, 2008г.), на научно-технических семинарах ОАО «ТГК-16».

Автор защищает:

1. Методику расчета подсистемы СОО-ВПУ ТЭС с нестационарным режимом работы и прикладную программу (ПП) для расчета различных вероятных схем водооборота на ТЭЦ ТГК-16.

2. Технологические решения по безреагентной стабилизационной обработке воды СОО методами стабилизации, синхронизации потоков и рециркуляции частично очищенной воды с ВПУ ХЦ.

3. Методику расчета режимных параметров СОО при реализации методов безреагентной стабилизационной обработки.

4. Результаты промышленного эксперимента по определению влияния объема рециркуляции частично обессоленной воды в СОО.

5. Рекомендации по изменению водооборота и ведению безнакипного режима СОО ТЭЦ ТГК-16.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ, в том числе три статьи в реализируемых журналах перечня ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, содержания, тринадцати рисунков, восемнадцати таблиц, четырнадцати приложений, списка литературы из 128 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложена научная новизна, цели и задачи исследования, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены типы оборотных систем охлаждения на ТЭС. Выведена зависимость энергетических потерь от температуры охлаждающей воды и интенсивности отложений. Одним из факторов снижения мощности турбин ТЭС является повышение температуры, при которой происходит конденсация пара в конденсаторах. Причиной этого может бьггь либо повышение температуры охлаждающей воды вследствие неудовлетворительной работы градирен, либо образование солевых (преимущественно карбонатных) отложений на внутренних поверхностях трубок КТ, по которьм протекает охлаждающая вода. Также в главе рассмотрены известные способы обработки воды СОО для снижения накипеобразования на поверхностях теплообмена КТ. Сделан вывод, что непосредственное использование известных методов стабилизационной обработки воды СОО ТЭС ТГК-16 проблематично.

Во второй главе рассмотрена структура подсистемы СОО-ВПУ ТЭС ТГК-16 - Казанской ТЭЦ-3 и Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1), работающих по схеме с зависимой системой технического водоснабжения. Приведены технические характеристики основного оборудования.

Третья глава посвящена разработке методики расчета подсистемы СОО-ВПУ с нестационарным режимом работы. Получена система уравнений для расчета водокомпонентного баланса потоков, химических процессов в аппаратах, количества и состава отложений, внутренних рециклов.

Кл=Ту- (l-e-^+A^.e-V О)

mg= тд- (2)

с = т*г(3)

Шжу + т.пу + т f4j

с = «>»-{Су+Д,-М„) ^

М Шку +Я1впу

с,ц =- --(5)

т., + т.., + mp4 i -(1 - асся) где Дк - доза коагулянта (ммоль/л); Мзк - эквивалентная масса коагулянта; Сост -остаточная концентрация; i-ая ступень обработки воды; те - скорость

образования отложений с участием g-той компоненты; у - кратность замены воды в СОО; Кк - кратность концентрирования воды; Ку - кратность упаривания; а^ -доля остатка g-той компоненты на i-ой ступени обработки; с — концентрация; подстрочные индексы: к — консервативная компонента; д — добавочная вода; ц — циркуляционная вода; рц - рецикл воды с i-той ступени; ку - капельный унос;.

Черта сверху означает среднее значение за Дт.

Для выполнения расчетов разработана прикладная программа (ПП).

Четвертая глава посвящена описанию новых технологических решений по стабилизационной обработке воды СОО. Основной причиной периодического чрезмерного концентрирования примесей в воде СОО является нестационарность потоков на первичном уровне (почасовом, посуточным). Наиболее простое решение - сделать основные водные потоки - забор речной воды в СОО и циркуляционной воды на ВПУ химического цеха - стационарными, т.е. постоянными во времени.

Среди выходящих водных потоков из СОО (утечки ту, т/ч), наибольший удельный вес (более 90%) имеет расход на ВПУ ХЦ.

индексы означают КУ - капельный унос из градирен, ХЦ - расход «сырой» воды на ВПУ ХЦ, ПЛК - расход в промливневую канализацию, ПР -производственный расход, (безвозвратные потери технической воды на нужды цехов).

Средний Ку за период At определяется выражением

- - ш0

у Дг ' Дг

где АМ0 / Дг - изменение массы воды в СОО. Из уравнения 7 следует, что коэффициент упаривания будет постоянным при условии стационарности (постоянства во времени) входящих и выходящих потоков СОО. В этом случае масса воды в СОО будет постоянной (ДА/0 /Дг = 0). Сложность организации стационарности режима заключается в неравномерности потребления воды ХЦ (рис. 1). Кроме того, объем испарения, капельного уноса и производственный расход циркуляционной воды невозможно сделать постоянным из-за неравномерности тепловой нагрузки на СОО, сезонных колебаний и погоды. Наличие нестационарных потоков приводит к необходимости корректировать (изменять) объем забираемой воды.

Возможно установить подачу воды в ХЦ и забор добавочной воды на уровне среднестатистических для данного периода. Например, в августе 2009 года среднесменный (среднее за 8 часов) объем расхода воды в ХЦ 525 т/ч, а подпитка волжской воды 813,2 т/ч (таблица 1). При этом будет стационарный поток из СОО на осветлитель. За осветлителем установлены 3 бака по 1000 м3, которые будут выполнять роль буферной емкости. Наполнение баков будет происходить с постоянной скоростью, а расход осветленной воды на ВПУ ХЦ - нестационарно,

в зависимости от потребностей ХЦ. Для такого режима работы должно выполняться условие:

\{™щ - - т™с - т,ы, - ^ ) ■ Дг) < К (7)

Коэффициент уг представляет страховой запас от перелива или опустошения баков.

Проведенные расчеты показывают,

что условия уравнений 6 и 7

выполняются невсегда. Таким

образом, организация чисто стационарного режима работы

СОО пока не представляется возможной. Однако, очевидно, что препятствия для его реализации не носят фундаментального характера и вполне преодолимы. Из представленных данных (рис.1)

видно, что почасовые колебания расходов воды

довольно значительны. Однако, при усреднении расходов, колебания Рисунок 1. Среднечасовые заметно снижаются и приобретают расходы «сырой» воды в химический четко выраженный суточный ритм, цех КТЭЦ-3 за период 15-19.08.09.

Расход ночной (с 20.00 по 8.00) отличается от расхода дневного (g 8.00 по 20.00) на 30-40%. Если рассматривать отдельно дневное и ночное время, условие 7 выполняется практически всегда. Следовательно, с поправкой на время суток, организация стационарного режима возможна. В начале утренней смены устанавливаются расходы добавочной воды и расход воды на ВПУ ХЦ. Во вторую смену расходы воды одновременно снижаются. Учитывая, что вклад нестационарности обеспечивает 5 - 10 % повышения вероятности образования отложений, предложенная схема обеспечения суточной стационарности позволит на 5 % повысить безопасность работы СОО и сэкономить 0,05 % топлива.

Метод синхронизации потоков основан на принципе согласования входящего потока - забора речной воды - в зависимости от расхода воды в ХЦ и нерегулируемых параметров, т.е. параметров, на которые трудно (или невозможно) повлиять. Это - объем испарения воды СОО, который зависит от тепловой нагрузки (теплового потока на СОО), времени года, погодных условий, а также безвозвратные потери технической воды СОО на нужды ХЦ, капельный унос, производственный расход. Для реализации технологического решения -синхронизации потоков — необходимо автоматически регулировать забор добавочной речной воды в СОО, в зависимости от объема утечек, чтобы выполнялось условие постоянной массы (или уровня) воды в СОО ( ЛЦ> / Лт=0).

Еще один путь снижения или прекращения накипеобразования - уменьшить концентрации осаждаемых компонентов в воде СОО до уровня, на котором отложения не происходят или растворяются. Этого можно добиться разбавлением воды СОО более чистой водой. Суть технического решения - возврат в СОО более чистой воды с какой либо промежуточной стадии водоподготовки ВПУ

ТЭЦ, то есть, организация внутреннего рецикла. При этом на обработку в ХЦ подается больше воды, чем требуется ХЦ, и эта разница после частичной обработки рециркулируется (возвращается) в СОО. При этом достигается ряд положительных эффектов. Первое, поскольку частично обработанная вода содержит меньше ионов жесткости, кремниевой кислоты, органических соединений, железа, взвешенных веществ и др., можно ожидать снижение по этим компонентам в воде СОО. Второе, дополнительного оборудования устанавливать не надо, т.к. используется работающее оборудование ВПУ ХЦ. Третье, расход реагентов на обработку воды в ХЦ не изменится, либо изменится незначительно, т.к. дополнительного количества примесей на ТЭЦ не привносится. Расход добавочной воды в СОО останется на прежнем уровне. Дополнительная подача воды в ХЦ компенсируется снижением концентрации примесей в воде СОО. Суммарное количество примесей, поступающих на ВПУ ХЦ, не изменится. В связи с тем, что количество реагентов на ВПУ определяется количеством примесей (произведением концентрации на объем обрабатываемой воды), расход реагентов также не должен измениться. Исключение, возможно, составит коагулянт, поскольку его доза устанавливается на одном уровне и, следовательно, зависит от объема обрабатываемой воды. Четвертое, режимы обработки воды на всех ступенях ВПУ не изменятся, либо изменятся незначительно.

Различные возможные варианты рецикла воды в цепочке СОО-ВПУ представлены на рисунке 2.

Наиболее предпочтительно с точки зрения достигаемого эффекта без увеличения удельного расхода реагентов выглядит 4 варианта рецикла:

1 — после осветлителя и механических фильтров. При этом возвращается осветленная вода;

2 - после Н-предвключенного фильтра 2-ой очереди (частично Н- катионированная вода);

3 - после Hl-катионного фильтра 1-ой ступени 1-ой очереди (Na-катионированная вода);

Рисунок 2. Принципиальная 4 - из бака химочшценной

технологическая схема ХВО воды (химочищенная вода

с точками начала рециклов подпитки теплосети).

Другие варианты рецикла воды - после анионитовых фильтров, химобессоленная вода и др. приводят к перерасходу реагентов. Объем возврата воды в СОО, очевидно, будет зависеть от кратности концентрирования воды СОО, от степени нестационарности работы СОО и от состава возвращаемой воды.

С использованием разработанной методики и ПП были проведены расчеты по изменению химического состава воды СОО, расходу реагентов, осаждению малорастворимых компонентов в зависимости от вида и объема возвращаемой

воды для условий, близких к работе СОО ТЭЦ ТГК-16. В таблицах 1 и 2 представлены расчетные данные по изменению кальциевой жесткости (ЖЪ,.,), щелочности (Щч), карбонатного индекса (Икч) и сульфатов в циркуляционной воде в зависимости от объема рецикла осветленной воды.

Таблица ¡.Кальциевая жесткость и общая щелочность воды СОО в зависимости от доли возврата осветленной воды (расчет для КУ=\,2Ъ, т„с„=100т/ч, т,,=500т/ч)_____

% возврата от расхода в ХЦ Возврат воды, т/ч Жса.ц , МГ-экв/кг Щса.ц , мг-экв/кг ЖСа,Ч Щса.ц (Ик„) %уменыпения

0 0 4,38 3,13 9,57 0

11,1 50 4,15 2,87 8,33 12,9

20,0 100 3,95 2,66 7,36 23,1

27,7 150 3,77 2,49 6,57 31,3

Таблица 2. Содержание сульфатов в воде СОО и осветленной воде (ОВ) в зависимости от доли возврата воды после механических фильтров (МФ). Расчет для среднестатистических значений - содержание сульфатов в добавочной воде

% возврата от расхода в ХЦ Возврат воды с МФ, т/ч Сульфаты в СОО, мг/кг Сульфаты в ОВ, мг/кг % увеличения сульфатов в воде СОО %увеличепия сульфатов в ОВ

0 0 50 92 0 0

1,11 50 54,9 94 9,7 2,1

20,0 100 59,1 95,7 18,3 4

27,7 150 62,9 97,1 25,7 5,6

На рисунках 3, 4 показаны расчетные зависимости снижения (%сн.) осаждаемых компонентов в воде СОО и увеличение расхода реагентов в зависимости от степени упаривания воды в СОО и объема возврата (вариант 1). Вода возвращается после МФ. В расчетах заложен средний для лета состав

Рисунок 3. Относительные изменения состава воды в СОО и реагентов на предварительную очистку при изменении кратности упаривания. Расчет для т,,с„=100 т/ч, ш^=500т/ч, и возврата 11,1% осветленной воды (50%)

добавочной волжской воды и стационарный режим работы с параметрами: (1) -постоянный объем; (2) - расход воды на нужды ХЦ - 400 т/ч.

Из приведенных данных видно, что существенное улучшение качества воды в СОО происходит при возврате 10-30% воды, подаваемой в ХЦ. В то же время увеличивается содержание сульфатов в воде СОО и расход реагентов (коагулянт, известь). Одновременно увеличивается количество осадка (шлама) в осветлителе.

Рисунок 4. Относительное снижение карбонатного индекса в воде СОО и относительное увеличение расхода реагентов на стадии предочистки в зависимости от доли возврата воды СОО. Расчет сделан для условий шд=500т/ч, тнсп=100т/ч.

Сопоставление эквивалентного количества образующегося дополнительного шлама (в г-экв) с эквивалентным количеством дополнительного расхода реагентов (в г-экв) показывает их близкое соответствие. Таким образом, дополнительно реагенты расходуются на дополнительную очистку как воды СОО, так и осветленной воды, и перерасхода реагентов нет. Кроме снижения карбонатобразующкх компонентов ожидается снижение кремниевых, органических и взвешенных веществ в СОО и осветленной воде. Причем, чем больше упаривается и концентрируется вода в СОО, тем значительнее эффект от возврата (рецикла) воды и ниже удельные расходы реагентов (рисунок 3).

Подобные результаты получены также при расчете возврата Н-катионированной воды или химочшценной воды с подпитки теплосети. Но расчетная доля возврата в этом случае снижается до 7-20%. Меньшая доля возврата достигается за счет эффекта подкисления осветленной воды Н-катионированной водой. Из рисунка 5 видно, что для кратностей упаривания 1,31,6, характерных для летних месяцев, объем возврата воды в СОО составит от 40 до 100 т/ч или от 10 до 35% от расхода в ХЦ. В среднем, около 20%. При возврате воды сверх необходимого объема, помимо прекращения отложений возможно их

Рисунок 5. Расчет необходимого возврата химочищенной воды в СОО в зависимости от начальной кратности упаривания воды СОО. Расчет сделан для условий Ку=1,25, тл|:о=100т/ч, Жсад=2,6 мг-экв/кг, ШСаЛВ=1>1 мг-экв/кг.

растворение. Фактически за счет зацикливания части потока в ХЦ, образование осадков (отложений) из СОО переносится в осветлитель, и вода СОО очищается от взвешенных веществ, осадков, микроорганизмов. Поэтому метод получил название самоочищения.

Методика расчета оптимальных потоков состоит в следующем:

ю

1 - рассчитывается предельно допустимое значение (Ку предельное) для данного времени года. Выбор в качестве критерия предельно допустимого Ку вместо предельно допустимого Жк и Ик , предпочтительнее, т.к. в этом случае учитываются все негативные процессы в СОО, а не только вероятность карбонатных отложений

2-е использованием основного уравнения (6) определяется допустимое значение ту. Обозначим его турасч. В условиях стационарного Дт-»<*>, АМ0 / Дг -> 0, х 0, уравнение (6) для предельно допустимого КупреА упрощается

= —+1 (9)

TTiy ту

Тогда расчетное допустимое значение суммы всех выходящих потоков (утечек) будет

= г > (Ю)

гДе = + ++ "V

3 - определяются необходимые значения забора речной воды, возврата осветленной воды и расхода в ПЛК, исходя из следующего:

поскольку поток добавочной воды с учетом возвращаемой водьш3 = т„ +тт, расчетное значение добавочной воды будет:

гпд,раСч=ту + т„а, = т*а,-(К},/(К),-1)) (11)

При этом все безвозвратные потери циркуляционной воды компенсируются подачей речной воды, т. е. тд= тисп+( ту - т¡щ).

Далее, в зависимости от объема потребления воды в ХЦ, возможны 2 варианта:

1 - если потребление воды в ХЦ большое, такое, что тпа< тис„+( ту - т^, тогда недостаток воды в СОО покрывается за счет увеличения забора речной воды тд. В этом случае также возможно уменьшить тт, т. к. степень концентрирования (упаривания) воды в СОО уменьшится. 2 - если турасч> ту, тогда увеличивается объем рециркуляционной воды вплоть до максимально возможного.

Эта, сложная на первый взгляд, схема синхронизации может регулироваться технически просто — путем поддержания постоянного уровня воды в СОО.

Еще более эффективно выглядит сочетание двух методов - синхронизация потоков с возвратом части воды из ХЦ.

В пятой главе рассмотрены результаты промышленного эксперимента по организации рецикла и определению необходимого возврата частично обессоленной воды в СОО КТЭЦ-3.

Для проверки работоспособности технического решения по стабилизационной обработки воды СОО с рециклом частично обессоленной воды с ВПУ ХЦ по техническому заданию был разработан проект, произведен монтаж линии и проведен промышленный эксперимент. По условиям расположения оборудования и трубопроводов КТЭЦ-3 технически наиболее просто было установить соединение линии подпиточной воды теплосети и СОО, т.е. реализовать рецикл по варианту 4.

Согласно технического задания предполагалось замерять 96 параметров, характеризующих состояние СОО и участка ВПУ, включенного в рецикл. Все измерения проводились дважды в сутки в одно и то же время (в 11.00 и в 15.00). Кроме того, для интенсивных параметров (почасовые расхода воды) определялись среднесуточные значения. Одновременно фиксировались моменты скачкообразного изменения режима работы СОО - пуск и останов турбин, градирен, циркуляционных насосов. С использованием замеренных параметров проводились вычисления параметров, непосредственное измерение которых в настоящее время на КТЭЦ-3 невозможно. Это - расход циркуляционной воды, испарение, капельный унос циркуляционной воды, суммарные утечки жидкой фазы из СОО, масса воды в СОО, расход пара в КТ, температурные перепады для циркуляционной воды на аппаратах СОО, «температурные напоры» в КТ, коэффициент, учитывающий долю тепла, отводимого испарением, тепловой поток в СОО, средневзвешенные концентрации компонент во входящих потоках, поступление сульфатов с коагулянтом и подкислением, коэффициент (кратность) упаривания воды СОО, коэффициенты (кратности) концентрирования -кажущиеся и истинные для всех измеряемых компонент воды, показатели концентрирования компонент воды в СОО, источник вещества для компонент воды теплосети, по основным компонентам. В итоге, общее число параметров системы, включая замеряемые и расчетные, составило 206. Всего за время проведения эксперимента получено 27000 значений параметров. Результаты представлены в виде графиков и средневзвешенных значений. Для достоверности полученных зависимостей обработка фактического материала проводилась методами математической статистики.

Эксперимент разбили на этапы в зависимости от объема возвращаемой подпиточной воды. Основные характеристики этапов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Характеристика этапов проведения эксперимента по влиянию

№ Дата начала Дата Кол-во Возврат Средний

этапа этапа окончания временных ПВТС в % от показатель

этапа точек замера тхц концентрирования воды СОО (П.)

1 27.07.09 11.09.09 68 0(0) 0,98±0,08

2 14.09.09 29.09.09 23 50 (6,4) 0,90±0,04

3 29.09.09 26.10.09 39 100(12,8) 0,93±0,03

4 27.10.09 28.10.09 4 0(0) 0,94±0,03

Для исключения фактора концентрирования воды СОО концентрации компонент пересчитаны на показатели 77(g) накопления по уравнению

n(g)--KK(g)/KK(k) (12)

При значении накопления компоненты более 1, эта компонента появляется в СОО помимо прихода с добавочной и возвратными водами, т.е. имеется положительный источник компоненты системе. При 17(g)<1 g-ая компонента «уходит» из системы в результате межфазных переходов (осаждение, испарение) или химических превращений в другие компоненты. Данные представлены в таблице 4.

Таблица 4. Средние показатели накопления компонент в воде СОО по

этапам эксперимента (Щма - щелочность по метилоранжу).

№ Этапа П(Ж0), моль/кг П(Щ»о), моль/кг П(Сульфаты), мг/кг n(Si02), мг/кг П (Fe), мкг/кг ЩСи), мкг/кг П(Ох), млСЬ/кг П (ВВ), мг/кг

1 0,943 0,974 0,942 0,929 0,886 1,645 0,942 0,942

2 0,983 1,062 1,02 0,943 0,808 1,215 1,06 1,02

3 1 1 0,965 0,962 0,9 1,216 0,947 0,965

4 0,936 0,923 0,929 0,915 0,862 1,374 0,965 -

Из данных таблицы 4 видно, что значения показателей накопления большинства компонент при увеличении объема возврата подпиточной воды теплосети достигают 1, а для некоторых превышает 1. Это означает, что скорости образования отложений в СОО снижаются вплоть до остановки или начинается растворение отложений. Например, дополнительное количество ионов жесткости в СОО стало появляться при возврате максимального в эксперименте объема 100 т/ч подпиточной воды. Аналогично ведет себя общая щелочность (рисунок 7). Можно сделать вывод, что отложения карбонатов кальция (и магния) прекращаются и происходит некоторое растворение ранее образовавшихся отложений.

Также отмечается повышение силикатного показателя и его стремление к 1,

Рисунок 6. Изменение показателей общей жесткости и щелочности воды СОО на 3-ем этапе эксперимента. Постоянный возврат подпиточной воды — 100 т/ч. Сплошные линии построены но модели статической обработки экспериментальных

данных.

что свидетельствует о снижении отложений кремниевой кислоты (Si02). Для соединений железа показатель имеет более сложный вид, поскольку существует источник железа в воде СОО — стальные конструкции. Отмечено снижение как абсолютного содержания железа в воде СОО, так и увеличение его показателя. Вероятно, что процессы коррозии железосодержащих материалов, а также отложений железа сокращаются. Показатель содержания меди устойчиво выше 1, что однозначно свидетельствует о наличии внутреннего источника, которым является коррозия латунных трубок КТ. При увеличении возврата подпиточной воды показатель снижается, что свидетельствует о снижении коррозии медьсодержащих материалов в СОО. Для содержания органических соединений, выраженных через перманганатную окисляемость, какой-то четкой зависимости нет. Можно только отметить снижение окисляемости воды СОО. По сульфатному показателю (таблица 4) значительного накопления сульфатов в воде СОО не произошло.

В целом, можно констатировать сокращение или полную остановку образования отложений и уменьшение коррозии металлоконструкций в СОО при рецикле подпиточной воды теплосети. Можно проследить, как это сказалось на работе основного теплообменного оборудования. В таблице 5 приведены средние значения «температурного напора» на всех работающих КТ КТЭЦ-3.

Таблица 5. Среднее значение температурного напора в конденсаторах

№ КТ-1 КТ-3 КТ-4 КТ-6

этапа Дней в Темпера- Дней в Темпера- Дпей в Темпера- Дней в Темпера-

работе турный работе турный работе турный работе турный

напор, °с напор, "с напор, "С папор,°с

1 16 7,35 38 12,97 5 12,7 5 5,8

2 5 8,14 7 9,45 - - 1,5 5,1

3 5 6,98 23 7,63 - - 28 7,8

4 2 6,07 - - - - 2 8,65

Из таблицы видно, что при увеличении возврата подпиточной воды снижается «температурный напор» на КТ, особенно КТ-3, который находился в работе практически все время эксперимента.

Одновременно произошло улучшение качества подпиточной воды. В таблице 6 приведены данные по процентному снижению примесей в подпиточной воде относительно исходной волжской воды.

Таблица 6. Содержание примесей в подпиточной воде относительно исходной волжской воде, %._

№ этапа Ж0 Сульфаты Si02 Fe Си Ох ВВ

1 38,24 86,65 -61,82 26,96 4,43 41,57 55,03 81,19

2 41,99 83,21 -27,23 31,72 38,21 42,71 56,56 79,91

3 40,05 87,12 -41,4 41,3 43,39 50,0 56,82 80,98

Наибольшее снижение наблюдается для кремниевой кислоты и соединений железа. Это именно те примеси, удаление которых представляет наибольшую сложность. Отрицательное значение процента снижения для сульфатов означает увеличение их концентрации в результате обработки воды. Это вполне объяснимо, поскольку при обработке воды проводят дозирование коагулянта (сернокислого железа) и подкисление. При этом выхода сульфатов из системы за счет химических реакций, осаждения и др. нет. Таким образом, можно констатировать повышение качества подпиточной воды теплосети при организации рецикла. Это происходит за счет более полного отделения примесей в виде шлама в осветлителе. За счет рецикла с подачей более чистой подпиточной воды в СОО загрязнения постепенно и непрерывно перетекают в осветлитель, где переходят в шлам.

Для поддержания оптимального режима функционирования СОО по результатам расчетов и проведенного промышленного эксперимента подготовлены рекомендации по ведению режима СОО, позволяющие обеспечить: 1 — максимальную производительность СОО по снятию тепловых нагрузок; 2 — безнакшшый режим в КТ; 3 — минимально возможные расходы добавочной воды и реагентов; 4 — минимальное количество сточных вод; 5 — надежность работы всей ТЭС.

В главе приведен расчет экономического эффекта. Если принять за основ/ вывод ВТИ.о том, что 1 мм отложений в конденсаторе приводит кпереяогу 7% топлива, можно оценить экономические последствия образования отложений в конденсатор е (таблица7).

Таблица7. Растет экономической эффективности.

Расход потребления природного газа на ТЭС в год 1 млрд. H.M3 /год

Стоимость 1000 н.м3 газа 1950 руб.

Стоимость газа в год 1 950 млн. руб./год

Стоимость перерасхода газа -1 % /год 19,5 млн. руб.

Затраты с увеличением расхода реагентов (коагулянт) на 5-10% 0,8 млн. руб.

Затраты с увеличением расхода э/э на перекачку воды из-за рецикла на 35 кВт.ч (35*8760*2,0) 0,6 млн. руб.

Затраты на монтаж узла рецикла 0,8 млн. руб.

Суммарные затраты 2,3 млн. руб.

Экономический эффект с учетом затрат и налога на прибыль 13,76мли. руб.

Выводы

1. Разработана методика расчета и прикладная программа для различных схем водооборотанаТЭЦ с сопряженной ООО.

2. По результатам обследования эффективности работы ООО предложены технологические решения по безреагентной стабилизационной обработке воды: метод стационарных потоков, метод синхронизации по тою в и метод самоочищения воды (рецир^ляция воды), а также сочетание методов. Предполагаемые методы не требуют технического переоснащения, изменения технологии и режима водоподготовки. При этом сохраняется бессшчносп. СОО при минимизации или отсутствии отложений.

3. Определены услошя реализации стационарного режима функционирования СОО КТЭЦ-3. Предложена методикарасч era параметров СОО при реализации новых методов, обеспечивающих безнакипный режим.

4. Предложены варианты оборота с рециклом частично очищенной воды с различных ступеней обработки воды на ВПУ. Проведены расчеты необходимого возврата (рецикл а) водыс ВПУ и кач ества цир куляционной воды.

5. Разработдаа методика и программа проведения промышленного эксперимента с рециклом водыс ВПУ ХЦ.

6. Выполнен проект наузея рецир!уляции воды. Произведен монтаж узла рециркуляции воды в цех термической подготовки подпиточной сетевой воды.

7. В пфиод с27D7.09 по 28.10J39 проведен промышленный эксперимент, в ходе которого проводили возврат (рецирляцию) частично очищенной воды с ВПУ ХЦ. Место отбора редирфлирующей воды - после БХОчВ до деаэратора, подпиточная вода теплосети. Всего за время проведения эксперимента общее число параметров системы, включая замеряемые и расчетные, составило 206, получено более 27000 значений параметров.

8. По результатам математической обработки результатов эксперимента установлено снижение отложений всех типов в воде СОО вплоть до полной остановки образования отложений. При рецикле воды на максимальном уровне-

is

100 т/Ц отмечен факт растворения карбонатных отложений. При рецир^ляции воды происходит улучшение качества как воды ООО, так и подпиточной воды теплосети. Коррозия железо- и медьсодержащих конструкционных материалов уменьшается. Превышениеурошя содержания сульфатов сверх нормативного не отмен яго.

9. Разработаны рекомендации по изменению годооборота и ведению режима СОО КТЭЦ-3.

Основное содфжание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Чичиров АА, Математическое моделирование материальных потоюв в системе оборотного охлавдашя ТЭС / А А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, И JO. Сило в, AJO. Смирнов, АЛ. Муртазин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики.-.•-№5-6.- С28-34.

2. Чичирова Н.Д. Методика расчета материальных потоюв в системе оборотного охлаждения ТЭС /AJO. Смирнов, АИ. Муртазин //Материалы докладов VI Ш молы-семинар а молодых ученых и специалистов академика РАН ВЕ. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении».Казань,КазНЦРАН.-2008.- С. 439-442.

3. Муртазин АИ. Разработка критериев и оценка эффективности функционирования системы оборотного охлаждения ТЭС / АИ.Муртазин, БА.Гиниятуллин, AJO. Смирнов//ХИ аспирантско-магиегерский семинар, посвященный Дню энергетика и 40-легию образования КГЭУ: Материалы до кп. семинар а 1 -5 декабр я 2008.- Казань, КГЭУ, 2011.- Т.1.- С. 227-228.

4. Чичирова НД Определение структуры и состава отложений в системе оборотного охлаждения ТЭС методами химического анализа и инфрафасной отеетросюпии/Н Д. Чичирова, А А. Чичиров, А Ю. Смирнов, А И. Муртазин, БА.Гиниягуллин // Труды IX международного симпозиума «Энергоресуроэ эффективность и энфгосбережени©), Казань: АртПета1ъСерюс,2008.- 42С.143-149.

5. С мир но в A JO. И ссл едо вание процессо в о сажч ения на л абор агорной у сгано вке / АИ. NfypTaam, БА. ГиНиятуллин // Материалы докладов IV молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтшия». Казань, КГЭУ.-2009.Т2,- С. 173-174.

6. Чичиров А А. Моделирование и анализ процессов при функционировании системы оборотного охлаждения ТЭС / Н Д. Чичирова, ИМ. Гали ев, АИ. Муртазин, А.Ю. Смирнов, МА. Волков // Труды Академэнерго. - 2009. -№2.-С.64-85.

7. Муртазин АИ. Определение причин осадкообразования в системе технического водоснабжения на ТЭС / НД. Чичирова, АА. Чичиров, С.М. Власов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. -2012.1-2.-С.41-45.

Подписано к печати 16.03.2012г. Формат 60x84/16. Гарнитура «Тцпез». Вид печати РОМ. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2.12. Уч.-изд. л. 2.25.Тираж 100 экз. Заказ № 4326 Типография КГЭУ. 420066, Казань, Красносельская, 51.

61 12-5/3106

ФГБОУ ВПО КАЗАНСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Муртазин Айрат Илькамович

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СОПРЯЖЕННОЙ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЭС

05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор химических наук, прфессор Чичирова Н.Д.

Казань - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................5

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ ОБОРОТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЭС И СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ ВОДЫ (обзор литературы).............................................................................Ю

1.1 Оборотные системы охлаждения ТЭС России..................................10

1.2 Характеристики тепловых процессов..........................................11

1.2.1 Испарительное охлаждение и его особенности...........................11

1.2.2 Теплообменные процессы в конденсаторе.................................13

1.3 Интенсивность карбонатных отложений, температура охлаждающей воды и их влияние на энергетические потери ТЭС............................16

1.4 Виды обработки воды на ТЭС....................................................21

1.4.1 Теоретические моменты........................................................21

1.4.2 Снижение минерализации охлаждающей воды продувкой................................................................................24

1.4.3 Обработка циркуляционной воды подкислением........................25

1.4.4 Обработка продуктами сгорания топлива...................................26

1.4.5 Обработка магнитным полем..................................................28

1.4.6 Коррекционная обработка воды..............................................28

1.4.6.1 Добавление фосфатов.........................................................29

1.4.6.2 Обработка комплексонами/комплексонатами..........................30

1.4.7 Умягчение охлаждающей воды путем известкования.......................33

2

1.4.8 Антибактериальная обработка охлаждающей воды.....................33

ГЛАВА 2 ОБОРОТНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТЭЦ «ТГК-16» И ЕЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ............................................36

2.1 Оборотное водоснабжение ПТК-1 НкТЭЦ....................................36

2.2. Обследование градирен..........................................................38

2.3 Описание и характеристика градирен..........................................39

2.4 Описание и характеристики циркуляционных насосов.....................43

2.5 Описание и характеристики конденсаторов...................................46

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА.................................................54

3.1 Методика расчета материального баланса СОО............................54

ГЛАВА 4. НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО СТАБИЛИЗАЦИИ ВОДЫ СОО ТЭЦ «ТГК-16»..........................................................63

4.1 Принципы выбора методов обработки циркуляционной воды и проведения расчетов..................................................................63

4.2 Методы стационарных потоков и синхронизации потоков..............65

4.3 Способы организация стационарного режима работы СОО............66

4.4 Метод синхронизации потоков.................................................69

4.5 Метод самоочищения воды СОО..............................................71

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНОГО ВОЗВРАТА ЧАСТИЧНО ОБЕССОЛЕННОЙ ВОДЫ В СОО КАЗАНСКОЙ ТЭЦ-3.....................79

5.1 Условия проведения эксперимента............................................79

5.2 Порядок проведения расчетов и основные результаты...................80

5.3 Рекомендации по ведению режима СОО.....................................96

5.4 Расчет экономического эффекта................................................99

ВЫВОДЫ.................................................................................102

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................104

ПРИЛОЖЕНИЕ.......................................................................117

ВВЕДЕНИЕ

На ТЭС РФ широкое распространение получила бессточная система оборотного охлаждения (СОО), при которой вода наиболее благоприятного и постоянного качества и подогретая в конденсаторе турбин (КТ) используется на водоподготовительной установке (ВПУ) химического цеха (ХЦ) ТЭС. При этом достигается практическая бессточность СОО (исключая случайные утечки) и экономия тепловой энергии на подогрев «сырой воды». Однако, поскольку в СОО используется техническая, необработанная вода, в различных частях СОО происходит интенсивное образование отложений шламовых заносов.

Основными причинами шламообразования являются:

1- Концентрирование малорастворимых компонентов за счет испарения воды в градирнях;

2- Подщелачивание воды СОО вследствие улетучивания углекислоты в градирнях;

3- Подогрев воды СОО на КТ и другом теплообменном оборудовании. Наибольшую опасность представляют отложения на поверхностях

теплообмена в КТ, от загрязнения которых зависит экономичность работы энергоблоков в целом. Из-за низкой теплопроводности отложений, образующихся на поверхности теплообмена КТ, увеличивается температурный напор, а это в свое время ведет к «ухудшению» вакуума в КТ, что в конечном итоге приводит к понижению КПД ТЭС.

Ухудшение вакуума приводит к уменьшению срабатывания располагаемого теплоперепада на турбинах, что в свою очередь приводит к пережогу топлива. В нормативной и научно-технической литературе устанавливаются ограничения на степень упаривания воды в СОО, работающей по бессточной схеме данного типа. По различным источникам

5

коэффициент упаривания (Ку) в СОО не должен превышать 1,3 и даже 1,2. При этом не учитывается состав исходной воды, ее температура, время года. С проблемой отложений в конденсаторах и «ухудшением» вакуума сталкиваются все без исключения ТЭС. Кроме того, в СОО протекают и другие негативные процессы - коррозия оборудования, зашламление протоков и аппаратов, биообрастание и биозашламление и др.

Ранее проведенные исследования [115,116]показывают, что ускорению накипеобразования в СОО на (КТ) способствует:

1 - нестабильность исходной волжской воды, особенно в зимнее время. Поэтому зимой отложения происходят даже при Ку меньше 1,2;

2 - сезонное повышение Ку (летом) до 1,7, временами, до 2,1. Повышения происходят из-за существенного снижения расхода воды в химический цех, связанного с отключением теплосети на ТЭС;

3 - нестационарность (непостоянство) потока добавочной воды в СОО и расхода воды в химический цех. Несогласованность этих потоков между собой. Следствием этого является сильные колебания массы воды в СОО (±40%) и Кг Поэтому вода в СОО периодически сильно концентрируется или сильно разбавляется. Соответственно, в моменты концентрирования воды процессы накипеобразования активизируются.

Сложность проблемы снижения накипеобразования заключается в том, что применение традиционных методов коррекционной обработки воды в сопряженной СОО сдерживается требованиями к качеству «сырой» воды на ВПУ химического цеха.

Цель и задачи исследования. Повышение эффективности работы сопряженной СОО ТЭС.

Непосредственными задачами работы являются: - разработка методики расчета и прикладной программы (ПП) для различных вероятных схем водооборота на ТЭС;

- разработка методов стабилизационной обработки воды: метод стационарных потоков, метод синхронизации потоков и методы самоочищения воды (рециркуляция воды), а также сочетание методов;

- разработка методики расчета оптимальных режимных параметров СОО и технологии синхронизации потоков и вариантов водооборота с рециркуляцией частично очищенной воды с различных ступеней обработки воды на ВПУ;

- разработка методики и программы проведения промышленного эксперимента с рециркуляцией воды с ВПУ ХЦ в СОО;

- проведение промышленного эксперимента на работающей ТЭС с сопряженной СОО.

Научная новизна работы.

Разработана методика расчета СОО как непрерывно действующей системы с нестационарным режимом работы. Определены условия реализации стационарного режима функционирования СОО ТЭС. Предложена методика расчета оптимальных режимных параметров СОО и технологии синхронизации потоков. Разработаны новые безреагентные методы.

Достоверность результатов работы обеспечивается в теоретическом плане - использованием научно-обоснованной теорией систем СОО и ее параметров, в практическом - проверкой адекватности расчетных моделей с технологическими характеристиками действующей СОО ТЭС, а также согласием результатов расчетов с данными промышленного эксперимента настоящей работы.

Практическая ценность.

Разработка технологических решений безреагентной стабилизационной обработки циркуляционной воды сопряженной СОО ТЭС, обеспечивающий безнакипный режим работы.

Реализация результатов работы.

Разработана и реализована программа проведения промышленного эксперимента. Для апробации работы, технологии стабилизационной обработки циркуляционной воды и системы контроля над всеми входящими и выходящими потоками выдано техническое задание на проектирование и выполнение проекта. Проведены монтажные работы. В период с 27.07.09 по 28.10.09 на Казанской ТЭЦ-3 (КТЭЦ-3) осуществлен промышленный эксперимент, в ходе которого проводился возврат (рециркуляция) частично очищенной воды с ВПУ ХЦ. Получены положительные результаты. По результатам эксперимента составлены рекомендации по уменьшению водооборота и ведению режима СОО КТЭЦ-3. Рекомендации приняты к внедрению на филиале ОАО «ТГК-16» «Казанской ТЭЦ-3». Акт внедрения узла рециркуляции и использования результатов работы прилагается в Приложении 1.

Личный вклад автора.

Основные результаты получены автором лично под руководством доктора химических наук, профессора Чичировой Н.Д.

Автор защищает:

1. Методику расчета СОО ТЭС как проточной системы с нестационарным режимом работы и прикладную модель (ПП) для расчета различных вероятных схем водооборота на ТЭС «ТГК-16»

2. Технические решения по стабилизации воды СОО методом синхронизации потоков и методом самоочищения воды СОО путем рециркуляции очищенной воды с ВПУ ХЦ;

3. Методику расчета оптимальных режимных параметров СОО и технологии синхронизации потоков;

4. Результаты промышленного эксперимента по определению оптимального возврата частично обессоленной воды в СОО;

5. Рекомендации по изменению водооборота и ведению режима

СОО ТЭС «ТГК-16». Публикации.

По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ. Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, содержания тринадцати рисунков, восемнадцати таблиц, четырнадцати приложений, списка литературы из 130 наименований. Апробация работы.

Результаты работы докладывались на XII аспирантско-магистерском семинаре, посвященном Дню энергетика и 40-летию образования КГЭУ (Казань, КГЭУ, 2011), на IX международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань), на IV молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ-2009), на научно-технических семинарах ОАО «ТГК-16».

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ ОБОРОТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЭС И СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ ВОДЫ

(обзор литературы)

1.1 Оборотные системы охлаждения ТЭС России

На электростанциях применяются системы технического водоснабжения (СТВ) в основном трех типов: оборотные, прямоточные и комбинированные [2,21]. Наиболее распространены оборотные.

В оборотных системах обязательным является наличие водоохладителя. Его функции могут выполнять водоем-охладитель, градирни или брызгальные бассейны.

Система водоснабжения с градирнями - используется преимущественно на ТЭЦ, но находит все большее применение и на КЭС, и на АЭС.

Вода в градирнях охлаждается в основном в результате испарения. Количество испаряемой влаги с учетом конвективного теплообмена составляет 1,5-2 %. В результате испарения солесодержание циркуляционной воды возрастает; для поддержания концентрации солей в допустимых пределах осуществляют продувку циркуляционной системы или применяют химическую обработку добавочной воды [71]. Для предотвращения обрастания оросителей водорослями циркуляционную воду хлорируют [58,140].

Схема технического водоснабжения с градирнями предусматривает обычно центральную насосную станцию, расположенную у постоянного торца машинного зала главного корпуса ТЭС. Охлажденная вода после градирен самотеком по железобетонным каналам поступает на вход циркуляционных насосов [11,129]. Их установка обеспечивает работу под заливом [28]. В насосных станциях современных крупных ТЭС с

градирнями применяют как обычные центробежные, так и осевые вертикальные насосы [79,131].

1.2 Характеристики тепловых процессов 1.2.1 Испарительное охлаждение и его особенности

Под испарительным охлаждением жидкости понимается охлаждение ее в результате совместного действия процессов тепло- и массообмена, возникающих при непосредственном соприкосновении свободной поверхности жидкости с каким-либо газом или же смесью газов, например, атмосферным воздухом. При этом жидкость и газ обмениваются теплом благодаря соприкосновению и излучению, и, кроме того, происходит поверхностное испарение жидкости, на что затрачивается часть ее тепла [74,75].

При испарительном охлаждении жидкости результирующее понижение ее температуры определяется совместным действием нескольких различных по их физической природе процессов:

а) теплоотдачи соприкосновением, т.е. переноса тепла путем теплопроводности и конвекции;

б) теплообмена путем излучения;

в) поверхностного испарения жидкости, т.е. превращения части жидкости в пар и переноса вещества (пара) путем диффузии и конвекции.

Роль каждого из этих процессов в охлаждении жидкости может быть различной в зависимости от физических свойств и параметров жидкости и газа [11,118].

Поверхностное испарение жидкости при температуре ее ниже точки

и

кипения возникает, когда парциальное давление пара ри в слое его,

образующемся у поверхности жидкости, больше парциального давления пара ри в основной массе «влажной», т.е. содержащей пар, газовой среды.

II

Разность парциальных давлений Арп = ри ~ рп является «движущей силой» или «разностью потенциалов», наличие которой необходимо, чтобы происходил перенос вещества, т.е., чтобы пар, образующийся при испарении жидкости, отводился от ее поверхности и проникал в основную массу газовой среды [12]. При теплообмене такой движущей силой или разностью потенциалов, необходимой, чтобы происходил перенос тепла, является разность температур [120].

Иначе обстоит дело с потоком тепла, возникающим в результате теплоотдачи соприкосновением. В отличие от потока вещества gVÍ, всегда направленного при испарительном охлаждении от поверхности жидкости к основной массе газа, поток тепла ¿/а, возникающий в результате теплоотдачи соприкосновением, может быть направлен как от жидкости к газу, так и от газа к жидкости в зависимости от того, какая из двух взаимодействующих сред имеет более высокую температуру.

Выше рассматривались перенос вещества и тепла только в газовой среде. Но чтобы описанные процессы тепло- и массообмена могли беспрепятственно протекать, к поверхности жидкости должно быть подведено количество тепла отдаваемого ею в результате совместного действия обоих процессов.

Испарительное охлаждение жидкости является сложным процессом, при котором в отличие от «чистого» теплообмена большую, а при определенных условиях и преобладающую роль играет поверхностное испарение жидкости, сопровождающееся переносом вещества (или массы), т.е. массообменом [136,139].

Поверхностное испарение жидкости существенно интенсифицирует ее охлаждение, причем благодаря влиянию массообмена количество тепла, отдаваемого жидкостью, оказывается зависящим при прочих неизменных

условиях не только от разности температур жидкости и охлаждающего ее газа, но и от разности парциальных давлений пара. Совместно и одновременно протекающие при этом тепло- и массообмен в газовой среде являются взаимосвязанными, а количество испаряющейся жидкости и результирующее количество отдаваемого ею тепла зависят в общем случае и от условий переноса тепла в самой жидкости. К этому следует еще добавить, что благодаря молекулярным явлениям на границе раздела фаз, парциальное давление пара в слое, прилегающем к поверхности жидкости, строго говоря, отличается от давления насыщенного пара при температуре этой поверхности и зависит от интенсивности тепло- и массообмена между жидкостью и газом [19].

Из вышеизложенного следует также, что при испарительном охлаждении жидкости температура охлаждающей среды - газа - может, как повышаться, так и понижаться при понижении в то же время температуры жидкости. Жидкость может быть охлаждена до температуры более низкой, чем начальная температура охлаждающей газовой среды, что является следствием особенностей процесса, свойственных только испарительному охлаждению [30,134].

1.2.2 Теплообменные процессы в конденсаторе

В конденсатор поступает не чистый пар, а смесь пара с неконденсирующимися газами (в основном с воздухом), которую принято называть паровоздушной смесью [34,122].

При входе в конденсатор относительное содержание воздуха очень мало и парциальное давление пара ри практически оказывается равным

давлению в конденсаторе рк. По мере движе