автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Повышение взрывобезопасности пылесистем с молотковыми мельницами в результате комплексных исследований взрываемости угольной пыли в стендовых ипромышленных условиях

РГБ ОД

"■в т

На правах рукописи

ФЕДЧИШИН

Вадим Валентинович

ПОВЫШЕНИЕ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПЫЛЕСИСТЕМ С МОЛОТКОВЫМИ МЕЛЬНИЦАМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ КОМПЛЕКСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВЗРЫВАЕМОСТИ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В СТЕНДОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.04.01 — котлы, парогенераторы и камеры сгорания

Авторефер ат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1998

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете (ИрГТУ) и АО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. ' И. Ползунова» (АО «НПО ЦКТИ»),

Научный руководитель — кандидат технических наук В. В. Кушнаренко.

Официальные оппоненты:

доктор' технических наук В. Е. Маслов;

кандидат технических наук С. Л1. Шестаков.

Ведущее предприятие — АО Бурятэнерго (г. Улан-Удэ).

Защита состоится -- ]996 г- в '¿О ч

на заседании диссертационного совета Д 145.01.01 по адресу: Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 24, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке АО

«НПО цкти».

Автореферат разослан . "—1996 г.

Отзыв на автореферат; заверенный печатью, в двух экземплярах просим направлять в адрес АО «НПО ЦКТИ»: 193167, Санкт-Петербург, ул. Атаманская, д. 3.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

В. С. Назаренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эксплуатационная надежность и эффективность работы - общеизвестные требования, предъявляемые к энергетическому оборудованию. В условиях напряженного топливно-энергетического баланса России в связи с вовлечением в него малоизученных марок бурых и каменных углей восточных регионов, удовлетворить эти требования не всегда представляется возможным.

Продолжает оставаться актуальной для большинства ТЭС страны, работающих на твердом топливе, проблема обеспечения взрывобезопас-ной эксплуатации пылеприготовительных установок Существующие методы взрывозащиты и взрывопредупреждения недостаточно эффективны. При взрывах угольной пили в системах пылеприготовления (СПП) котлов, существует возможность травматизма персонала высокотемпературными выбросами пылегазовоздушной смеси. Происходящие взрывы угольной пыли наносят значительный материальный ущерб в результате недовыработки электроэнергии, затрат на восстановительный ремонт.

Цель работы - диссертационная работа посвящена решению задачи существенного повышения взрывобезопасности пылесистем прямого вдувания с молотковыми мельницами на оснований промышленных и стендовых экспериментов со взрывами пыли.

Основные задачи исследования:

1. Изучение современного состояния взрывобезопасности СПП ТЭС, систематизация эксплуатационных данных по взрывам в пылесис-темах, работающих на высокореа'сционных твердых топливах.

2. Экспериментальные стендовые исследования взрывоопасных свойств угольной пыли.

3. Расчетная оценка основных особенностей протекания взрыва угольной пыли в натурных условиях системы пылеприготовления.

А. Экспериментальное изучение закономерностей протекания взрыва в большом объеме сложной конфигурации промышленной СПП с определением максимально возможного давления взрыва при использовании топлива повышенной взрывоопасности и в отсутствие взрывных предохранительных клапанов (ВПК).

5. Проверка на прочность экспериментальными взрывами элементов пылесистемы прямого вдувания с молотковой мельницей без ВПК ■при воздействии давления взрыва максимально возможной величины.

Научная новизна работы. Получены новые экспериментальные данные о влиянии твердых инертных добавок к угольной пьш и влиянии ее влажности на взрываемость; экспериментально получены коэффициенты для расчета конвективного и лучистого теплообмена между газовой средой и стенкам;: взрывной камеры; составлен подробный тепловой баланс процесса взрыза пшш с учетом давления взрыва, времени его развития и конечного состава продуктов сгорания, что позволило оценить влияние масштабного фактора на протекание варьша в различных по объему камерах, показать справедливость переноса получаемых в малых установках характеристик Бзрываеюсти на крупные промышленные установки, определить аффективные значения кинетических констант реагирования Е и к0 при высокотемпературном взрывной горении пылевоздушньк смесей, дало возможность экспериментального определения теплое!,«сосги угольной пыли (по-существу найден новый метод) при температурах свыше Ю00°С.

Получены новые данные о характере протекания взрыва пшш в натурных условиях промышленной установки в результате влерзые осуществленного (в отечественной и мировой практике) эксперимента со взрываш на пылелрмготовительной устаноха-й прямого вдувания с молотковой мельницей действующего котла блока 210 МВт, что позволило обосновать величину максимально возможного давления взрыва, принимаемую в расчетах на прочности, и распределение давления по различным элементам установки.

Предмет зашдгы. На защиту представлены результаты стендовых и промышленных экспериментов со взрывали угольной пыли, отличающиеся научной новизной.

Практическая ценность и реализация работы. Данные стендовых исследований являются дополнением к существующим представлениям о характере возникновения и развития взрывор пыли и могут использоваться, в частности, при разработке расчетно-теоретическкх схем воспламенения и распространения пламени по пылевоздушным смесям. Результаты исследований влияния влажности и инертных добавок на взрываемость пыли показали, что в настоящее время практически нет резерва в обеспечении мер взрывопредупрездения за счет режимных (¿акторов работы СИЛ. Результаты промышленных экспериментов со взрывами использованы при очередном пересмотре "Правил взрывобезо-пасности... Предложенные мероприятия, предусматривающие ликвида-

цию ВПК на СПЯ прямого вдувания с молотковыми мельницами, обеспечивают безопасность эксплуатационного персонала, повышенную надежность работы оборудования и внедрены на Гусиноозерской ГРЭС.

Апробация работы. Основные результаты исследований изложены в опубликованных работах. Содержание отдельных "азделов догадывалось на ежегодных научно-технических конференциях ИрГТУ в 1S91-1995 годах, на Всесоюзных конференциях в г.г. Ташкенте, Красноярске, Челябинске, на Российской научно-технической конференции "Повышение надежности и маневренности оборудования ТЭС и АЭС" в г. Санкт-Петербурге в 1994 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 142 наименований, 2-х приложений; содержит 202 страницы основного текста, в том числе 42 рисунка и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели исследований.

В первой главе выполнен анализ состояния решения вопроса вэрывобезопасности СПП ТЭС. На основе обзора литературы и длительного опыта эксплуатации пылеприготовительного оборудования ТЭС, работающих на высокореакционных каменных и бурых углях, показана высо1шя BLptiBoonacHOCTb всех типов СПП, особенно в нестационарных режимах работы. Существующие методы взрывозавдты и взрывопредуп-ровдения, в том числе газовая сушка топлива, недостаточно эффективны. Значительное число взрывов происходит при работе СПП на малоизученных углях (в частности, на тугнуйском каменном). При взрывах повреждаются элементы СПП с плоскими стенками - корпуса и напорные короба мельничных вентиляторов, воздуховоды сушильного агента, в ряде случаев - элементы строительных конструкций.

Опыт эксплуатации, результаты стендовых исследований на установках большого объема приводят к выводу о функциональной недостаточности основного средства вэрывозащиты - ВПК, не предотвращающих разрушения элементов СПП. В то же время реализация защитной функции ВПК происходит путем создания иных факторов взрывоопасности в котельном цехе - выбросы через ВПК высокоскоростных потоков оаска-

ленной пьиегазовой смеси, взвихривание и воспламенение седше¡[тированной пыли, вызывающие травматизм персонала, аварийность вследствие загорания контрольных и силовых кабелей. Существующие автоматические системы подавления взрывов (АСПВ), разработанные для ряда производств химической технологии не могут иметь массового применения для пылеприготовительных установок котлов из-за-несоответствия параметров рабочей среды в оборудовании с техническими характеристиками систем, ограниченности защищаемых объемов.

В конце главы сформулированы основные задачи исследования с целью разработки мероприятий по повышению взрывобезопасности СЩ прямого вдувания с молотковой ыельницей при подготовке к сжиганию высокореакционных углей, в частности восточных регионов.

Во второй главе дано описание экспериментального стенда с взрывной камерой поршневого типа и методики проведения опытов по определению взрываешсти увлажненной и оголенной угольной пыли. Сущность метода заключается в воспламенении пылевоздувкой смеси определенной концентрации в объеме взрывной камеры и оценке давления взрыва, развивающегося в результате воспламенения.

В опытах по определению влияния влажности пыли и величин добавок золы на взрывавмость использовалась пыль ряда марок углей с индексами взрывоопасности J от 5,6 до 9,7 (по классификации НЮ ЦКТЮ-

При исследовании влияния влажности исходная влажность угольной пыли доводилась различными способами до величин, значительно превосходящих гигроскопическую влажность, при постоянной величине оптимальной концентрации пыли , при которой наблюдались наибольшие величины давления взрыва и скорости его нарастания.

При изучении влияния зольных добавок производилось искусственное озоление путем подмешивания к пробам угольной пыли тонкодисперсной золы. Угольная пыль и зола характеризовались близким дисперсным составом ( Я7( - 0,76... 1,832).

Зависимости, подученные в результате испытаний, представлены на рис. 1-2 на примере тугнуйского каменного и ирша-бородинского бурого углей.

Область взрывоопасных значений влажности пыли оказалась достаточно широкой: для тугнуйского и ирша-бородинского угля спо-

собнсють пыли взрываться сохраняется при влажности 20% и выше. Характер представленных на рис. 1 зависимостей для всех топлив таков, что в широтам диапазоне изменения Уд давление взрыва Р/Ра (Ра- атмосферное давление) снижается слабо до определенного значения, после чего следует резкий спад. Кроме того, о приблммэнием Wn к предельным значениям существенно увеличивается время нарастания давления взрыва tM.

Р/Ра

0.5 0.4 0,3 0,2 0.1

О

Рис. 1

==—

-

N V

V /

'V \

ч у.

0,5 0,4 0,3 0,2 »,1 0

Влияние влажности пыли ирша-Сородинского (1) и тугнуйского (2) углей на характеристики Езрываемости

Аналогичного вида зависимости получены и при изучении влияния зольности смеси Асм на давление взрыва, рис.2. Для всех исследованных топлив предельные взрывобезопасные значения зольности оказались близки и соответствовали Асм- 80-852, за исключением величин для нерюнгринского и печорского углей - 60-70%).

Р/Ра 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

о

с

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

10 20 30 40 50 60 70 Рис. 2. Влияние зольности смеси на взрываемость пыли ирша-бородинского (1) и тугнуйского (2) углей

Существование линейного участка зависимостей Т/Ра ) и

Т/Ра - ) объясняется тем, что увеличение доли инертной массы

в твердой фазе взрывоопасной смеси влечет за собой пропорциональное возрастание поглоданной теплоты на нагрев этой массы.

С целью составления теплового баланса процесса взрыва с учетом количества виделквсейся теплоты при сгорании смеси и его распределения по раэличнш составляющим непосредственно после взрыва проводился газовый анализ продуктов сгорания.

Тепловыделение после взрыва смеси, в расчете на единицу объема взрывной камеры, определялось по выражении

2,73

Я »••■Гн-цд-ю-'(н' Ъ + Я^Ь-"1*). <«

где Тн - начальная гешература процесса. К; , <$г ,<$5 - тепловые эффекты химических реакций горения углерода (с образованиемСО^, и СО) и водорода, кДж/шль; , щ0 , гг^ - количество молей кислорода, израсходованного на образование , СО и водяного пара.

■ Общее уравнение теплового баланса при взрыве были имеет вид:

ЧтеМ« ° Ъг+% *Нсг ' (2)

где количество теплоты соответственно, при начальных ус-

ловиях и расходуемое на нагрев горячих газов и пыли, <{.1Т- теплопо-тери через стенки камеры, кДлс'м*.

Для потерь теплоты при взрыве справедливо выра-тание:

<£ст = Чь* и • . <3>

где и - соответственно лучистая и конвективная составляющие

потерь, кДк/м5.

При обработке осциллограммы взрыва угольной пыли (рис. 3) для двух точек с величинами давления Р1 и , отстоящими на интервал времени ьХ и соответствующими им температурами Т{ и Т^ определена величина теплового потока через стенки камеры

[Я1--"—---, кВт/м\ (4)

АХ • г

где - средняя удельная теплоемкость продуктов взрыва, кДж/м3К; Ч,Т- объем камеры, м3 и ее поверхность, м1.

/ \

< ! * ч ч]

£ и

/ т

0 квЛ I 0,3 0,4 0,5 . 0.6 0,7 о

Рис. 3. Обработка осциллограммы вэрыва угольной ныли

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам камеры определяется из уравнения:

л „ -И±--_ кйг/м1К, (5)

Тер _ Тет

где Тср"(Т1+Т,,)/2. - средняя температура газов, К; Тст - температура стенки камеры, К.

Отвод теплоты через стенки камеры в расчете на 1 м3 ее объема составит ^

[АСГо(ТЛ'ТсЛт)^(Т-Тст)]Л.^^ , (6)

о о

где - высота и диаметр камеры, м; А'&У- коэффициент пропорциональности, учитывающий степень черноты камеры и отражательную поверхность стенок; ¿о - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

После интегрирования и подстановки известных величин окончательно для лучистой и конвективной составляющих .потерь теплоты получены выражения:

ЩЛн (Т-Тст)

(8)

Б

где Т - температура в камере, соответствующая давлению взрыва, К; I- степень черноты камеры; У- коэффициент, характеризующий пбрат-юе излучение стенок камеры.

С помощью полученных зависимостей были определены коэффици-

ент теплоотдачи ск, - 0,059 кВг/м"К для конвективного теплообшна { коэффициент пропорциональности А - 0,750... 0,783 для излучения, рассчитаны составляющие теплового баланса, входящие в уравнение (2), и распределение температур по высоте камеры в момент времени

, когда завершается горение.

Окончательно количество теплоты, расходуемое на нагрев пыли, из уравнения (2) определяется как

(9)

В результате расчетов по формулам (2-9) также составлен тепловой баланс взрыва для пылезоловых смесей и для увлажненной пыли; получено, что сумма потерь теплоты с точностьо менее 1% совпадает с суммой О^ъП»)-

Выявлен механизм влияния влажности пыли на взрьшаедасть,. заключающийся в следующем: по мере возрастания величины влажности пыли в зоне реакции все в большое количествах поглощается теплога, расходуемая на парообразование. Одновременно навстречу диффундирующему к поверхности частиц потоку кислорода нарастает встречный поток водяного пара, снижающий действующую концентрации кислорода в поверхностной пленке, где происходит горенке. При возрастании влажности пыли до некоторого предельного значения суммарное влияние обоих ' факторов дает в результате резкий спад интенсивности процесса горения и, соответственно, давления взрыва.

С определением конечной концентрации твердой фазы после взрыва ^К»-¿р ,

т-о Нпц)

где ■ ■ 1 ■■' 1 ■ убыль массы топлива на единицу объема

Т^-2,1,1 взрывной камеры, кг/м?

открылась возможность определения непосредственно из опытных данных при расчете теплового баланса значений теплоемкости-угольной пыли' в интервале температур от 870 до 1540"С как

С- ■ • 1 кДж/(кг-К). (10)

На-рис. 4 приведено сравнение полученных данных с известными ранее (Агросюш А. А. "Физика угля", 1965 г.).

кДж кг* К

1,465 . 1Д56 1,047 0,837 в, 618

о :оо 4С» бо» т 1соо нов но» °с

Рис. 4. Зависимость теплоемкости угольной пыли от температуры: х - ирша-бородинский бурый уголь "1 опытные о - тугнуйский каменный уголь ] данные

Цри обработке опытов со взрывами пылезодовых смесей по выражения) (10) рассчитывались величины их теплоемкости. Затем, по найденным значениям исследуемых проб, определялись величины теплоемкости золы по выражению

С - , кд^(кг.К). (11)

!< ~ 0,5

Результаты расчетов по формула (11) показали практически полное совпадение найденных величин с табличными (табл. XIII, стр.179, "Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод", 1973 г.).

Для процесса взрыва угольной пыли были рассчитаны кинетические константы, энергия активации Е и вероятностный фактор Со , с использованием выражения для определения количества теплоты, выделившейся при взрыве: 6

«и

Чть-Иое (18)

о

где И- универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К); - тепловой эффект реакции, Дк/моль; Юо*] - действующая концентрация кислорода у поверхности топлива, моль/м ; £ - стехиоыетрический коэффициент, учитывашяй отношение молярной массы прореагировавшего углерода к молярной массе израсходованного кислорода; - удельная поверхность угольной пыли, м1/кг; Ц - концентрация пыли, кг/м5.

После логарифмирования уравнения (12) и подстановки известных величин получено уравнение, позволяющее вычислить значенияЕ и^0:

используя величины J* .t» ,Т двух различных взрывов угольной пыли.

Для пыли ирша-Оородинского угля (jt - о,Б кг/й5 ,ТН - 0,05 с, 1 - 1785 К в комбинациях с J< 1,6 Kr/MS,tK - 0,06 с, Т - 1305 К и f - 2,0 кг/м5, - 0,09 с, Т - 1145 К) значения Е составили 54 260 Дж/моль и 52 390 Дж/моль и для L0 - 2,6 м/с И 2,3 м/с.

Аналогичные расчеты для пыли тугнуйского угля с использованием набора значений ^ » 0,5 кг/м3, Тм - 0,05 с, Т ~ 1815 К в комбинациях с fl - í ,6 кг/м\ Гц - 0,067 с, Т - 1420 К и с JH.- 2,0 кг/м5, Ти - 0,075 с, Т - 1291 К дали следующие результаты для Е - 66 834 Дж/моль и 63 724 Дж/моль и для - 4,8 м/с и 4,3 м/с.

Полученные величины характеризую® быстропротекакший процесс взрыва угольной пыли с интенсивным теплообменом. При недостатке окислителя преобладают реакции с образованием диоксида и оксида углерода'со скоростями, суммарно определяемыми Е и 10. Поэтому их следует рассматривать как кажущиеся константы процесса и к использованию их в расчетах, не связанных со взрывами пыли, необходимо относиться с определенными ограничениями.

Экспериментальные исследования со взрывами на поршневой камере позволили также оценить влияние масштабного фактора установки на параметры взрыва на основании выражений (7,8), выведенных для определения теплопотерь через стенку камеры. Величина их пропорциональна отношению плошдди стенок к объему (F/v) , а для цилиндрических камер - обратно пропорциональна диаметру D . Т.е. при большем увеличении масштаба установки (ее диаметра) следовало бы ожидать значительного возрастания давления взрыва. Однако в опытах этого не наблюдается. Как показали эксперименты, ранее проведенные на крупномасштабных стендах в НПО ЦКТИ, при увеличении возрастает и время нарастания давления T*,. Кроме того, величина потерь через стенку в тепловом балансе взрыва относительно невелика, в связи с чем давление взрыва в малых лабораторных камерах и в крупномасштабных установках близки по величине. Поэтому все характеристики, определяющие взрывоопасность пыли, за исключением скорос-

ти нарастания давления, полученные а малой лабораторной камере, справедливы и для больших взрывных объемов.

В третьей главе показано, что при существующих мерах взрыво-зашиты (ВПК и отводы к ним) и взрывопредупреждения (использование для этой цели характеристик взрьюаемости) пот перспективы решения актуальной задачи обеспечения взрывоОезопасности СПП ТЭС на должном уровне. Создание эффективной АСПВ, соответствующей рабочим параметрам промышленной пылесистемы, также не представляется осуществимым в ближайшее время.

На пути радикального решения проблемы взрывоОезопасности СПП ТЭС, как на действующих, так и вновь проектируемых установках, нет альтернативы- отказу от использования ВПК в качества мер :т>рывоза-щиты. Для достижения этой цели наиболее рациональным и оправданным является увеличение металлоемкости пылепркготовительной установки для повышения прочности корпусов оборудования и других элементов СПП с тем, чтобы они могли противостоять без разрушений взрывному давлению в отсутствие ВПК.

В качестве расчетной на прочность для оборудования СПП, по опыту энергетики США, принята величина давления, равная 0,35 МПа. Теоретического или экспериментального обоонования данной величины, а также сведений о величинах давления взрыва в бесклапанных СПП, в технической литературе не встречается , как и нет сообщений о разрушениях при взрывах оборудования, рассчитанного на 0,35 МПа,

Из анализа особенностей отечественной теплоэнергетики, результатов опытов со взрывами на крупномаентабных стендах и испытаний упрочненной СПП с пылевым бункером с ограниченным количеством ВПК для решения поставленной аадачи в качестве объекта исследований была принята пылесистема наиболее распространенного типа для взрывоопасных топлив, а именно пылесистема прямого вдувания с молотковой мельницей. Т. к. стендовые эксперименты не позволяют с необходимой точностью предсказать характер изменения и максимальные величины давления в промышленной СПП прямого вдувания необходимо проведение комплекса расчетных исследований и экспериментов в натурных условиях.

Применительно к конкретному объекту (СПП прямого вдувания с молотковой мельницей второй очереди Гусиноозерской ГРЭС) выполнена оценка ожидаемого максимального давления взрыва.

Ееличина давлзикл определена по выражению:

•п (Рк * УаУ Ух + Pa-Vl р - --

V» * Vi.

где Vi - 28,6 и" - с'леи Шльпяцы и сепаратора, % - 27,7 ы5 - объем остальных связашшх элементов СИЛ, и ; Рн - 0,6 Ша - давление верша шш тухнуйелоги yr-juí, полученное в лабораторных условиях. Вычисленное значение Рк- 0,41 ИПз, или 0,31 Ша сверх ат*»сферного. Более близкая к реальному знзчгщда оценка получена по графику, ха-раетерйэующэму заБнскзмсг'ь Рц от относительного размера сбросного отверстия (см. Исследование эффективности средств варывозащиты на крунаодасштайных установках. Кушаренко ЕЕ и др. - Теплоэнергетика, tí?, 1С34. -с. 26-29). Считая, . что иоточонве газов происходит ccun-i» по пшепроьокаы в топку котла, допустимо рассматривать их как отвода от ЬГй. Тогда, ври суммарном сечении пылепроводов У " 0,4 «Цэдичшг (V/Vt) составит 0,014 ы*/ы\ По графику^ - 0,2 Ш1а За счет присоединения незапыденных объемов (течка сырого угля, воздуховод СА). »лиясео которых учесть затруднительно, фактическая ведячаяа не додк-а прзвшить 0,2 Ша.

Так iía¡; ирл нестар:.-;;иотечошпз газов из резервуара (мельница с сепаратором) so адбояройодам в среду с противодавлением (по выдепроводам в mw) в конце истечения имеет место колебательный процесс изменения дазяекш к можно ошдать падение давления вида атмосферного, необходимо оценить величину воаникаюцого разрекэния с точки зрения превышения пределов прочности конструкции данной пылесистемы.

С этой целью рассмотрен взрыв угольной пили в резервуаре, равной по объему мельнице с сепаратором, четыре пылепровода ваыо-кены одной трубой равновеликого сечения V и длиной Ь, равной средней длине пыдепроводов (рис.б).

Исходя иэ уравнения движения, неразрывности и состояния газа-

г -(тТ •

о 4 J о >

считаем течение а трубе одномерным, адиабатным и без трения.

II

1

21

..... I ' ■ V! ^ 1 ¿0

е

! 2

1 ! 1

Рис. 5. К расчету процесса истечения продуктов взрыва (выбор расчетных сечений)

В предположении о слабой нестационарности движения, что допустимо для относительно небольших перепадов давления, полагаем, что расход газа зависит только от Еременн и не зависит от £• - координаты, отсчитываемой в направлении движения.

Интегрирование уравнение (14) от сечения (1-1) до сечения (2-2), см. рис. б, получаем выражение

щ

а1

Рещение его будет различным для сверхкригического перепада

давления >£* = (,Ш и для докритического, Р^. .Рц,,?' - давления, со ответственно, в трубе, атмосферное и критическое. ■В области Рь>.Р*

а - а'

от

[И ь ]

(1?)

где р^р , Ц^ - расход газа, который имел бы место при стационарном истечении.

. г

В области Рс <

где а & о оаределяетсл ю (1?) при ргр1 .

Шследний интеграл в (18) моэто преобразовать, используя неполную Г-функцию „ ,, „

? ' /-/ .^¿/У г

о

Рассмотрим частный случай, когда максимальное давление взрыва с резервуаре (сепараторе) оказалось равные критическому, при этом значительно умекькаегея обгем вычислений.

Тогда при &*0 из {№) получаем

¡¡(г)+е~г «-*е'2ог

где 2а -*(£) * , ' / {'АГС1?).

Оздстааляя известные значения 4,/, ^ , находим, что <1 - 0,068 МПа, т.е. в конце процесса истечения в резервуаре возникает разрежение, ожидаемая величина которого составляет 0,032 Ша. Таким образом, воздействие нагруаки, направленной противоположно давлению взрыва и по величине на порядок ниле расчетного (0,35 ШТа) не представляет опасности с точки зрения прочности элементов конструкции СИП прямого вдувания с молотковой мельницей.

Полученные расчетные вавиоимости дают возможность решения прикладной аадачи обеспечения безопасности персонала при взрывах п пылеприготовительных установках котельных агрегатов.

В четвертой главе приведена характеристика котельного агрегата ТПБ-215 и СПБ прямого вдувания с молотковой мельницей второй очереди Гусиноозерекой ГРГЛ с анализом их работы; выявлены причины, способствующие возникновению и развитию взрывов в СПП во время эксплуатации.

Далее приводится описание мероприятий по реконструкции СПП, заключающейся в подготовке пылесистемы к эксплуатации без ВПК в соответствии с требованиями "Правил взрызобезопасности... " по рзс-чету на прочность оборудования к других элементов установки.

После завершения комплекса реконструктивных мероприятий на СПП 5А Гусиноозерской ГРЭС с соответствующим расчету на прочность усилением ее элементов, были отглуиепы ВПК и проведены испытания с воспроизведением опытных взрывов.

Эксперименты проводились на взрывоопасном (.1-9,7) тугн'уйском каменном угле, инициатор взрыва - газовый запальник длительного действия с дистанционным управлением. Давление взрыва угольной пыли определялось по методике НПО ЦКТИ с фиксацией значений Рм на движущейся ленте шлейфэвого осциллограф

Основные опыты проведены на предварительно отработанных, взрывоопасных рея-мах при пусках, остановах СПП, перерыве в подаче топлива в мельницу при наиболее неблагоприятных сочетаниях возможных ошибок персонала.

Полученные в опытах наибольшие величины давления взрыва в различных элементах СПП составили в Шэ_- в сепараторе - 0,13, в питателе сырого угля - 0,1?, в воздуховоде перед регулирующим клапаном - 0,15, в пылепроводе перед горелочным устройством - 0,10. Зафиксированные величины давления взрыва с высокой вероятностью можно считать предельно возможными для пылесистем данного типа , поскольку при наличии источника воспламенения предпринимались все меры к созданию оптимальных условий для развития взрыва: переизмельчение пыли, снижение скорости потока СА, отключение присадки инертных газов, завышение температуры азросмеси за сепаратором и т. д. Дополнительное свидетельство оптимальных условий - дважды имевшие место серии повторных взрывов.

Максимум давления взрыва угольной пыж оказался значительно ниже величины 0,35 Ша, требуемой по "Правилам взрывобезопаснос-ти..." для' расчетов на прочность. На основании анализа результатов промышленного эксперимента предложены рекомендации для проектирования СПП с целью отказа от взрывных предохранительных клапанов:

- на величину расчетного давления должны быть рассчитаны вс'е элементы пылеприготовительной установки, включая воздуховод СА от мельницы до коллектора первичного воздуха;

- воздуховоды СА должны быть заменены соответствующими им трубопроводами;

- замена чугунных регулирующих и отсечных клапанов

на устройства в стальном корпусе, выдерживающие без потери рабо-

тоспособкоотя перепад давления, равный избыточному давлению взрыва в мельнице и сепараторе, воздействующий на полностью закрытый клапан;

- при выполнении трассировки пылегазовоздухопроводов следует избегать поворотов под прямым углом;

- для заняты поворотных участков газовоздухопроводов, снаб-те.чных камиеисаторами, необходимо рассчитывать дсйствуваке при взрыве силы;

- при размещении компенсаторов вблизи поворотов необходимо жестко закреплять поворотный участок трубопровода .с передачей нагрузки на опорные конструкции.

швода

Проведенные исследования позволяют сделать следувде основные выводы.

1. В стендовых условиях получен ряд результатов, обладазкдих . научной новизной. В частности, для ряда углей различных марок получены данные о влиянии твердых инертных добавок (золы) к угольной пыли и влиянии ее влажности па Езрывазшсть; определены коэффициенты для расчета конвективного н лучистого теплообмена между газовой средой и стенками взрывной камеры; составлен подробный тепловой баланс процесса взрыва пыла с учетом давления взрыва, времени его развития и конечного состава продуктов сгорания, что позволило оценить влияние масштабного фактора иа протекание взрыва в различных по объему камерах, показать справедливость переноса получаемых

в малых установках характеристик взрываемости на крупные промышленные установки, определить аффективные значения кинетических констант реагирования и при высокотемпературном взрывном горении пылевоздушных смесей, дало возможность экспериментального определения теплоемкости угольной пыли (по-суцестЕу найден новый метод) при температурах свыше 1000°С.

2. Взрывобезопасные значения влажности и степени озоления угольной пыли слишком велики, чтобы их можно было использовать в качестве мер взрывопредупрездения для предотвращения взрывов в пы-лесистемах. Следовательно, отсутствуют резервы в обеспечении вары-вобезопасности за счет режимных факторов работы пылеприготовитель-ных установок

3. В экспериментах с воспроизведением опытных взрывов на пы-лесистеме прямого вдувания с молотковой мельницей при работе на тугнуйском каменном угле, пыль которого отличается повышенной взрывоопасностыо (судя по характеристикам взрываемости и опмту эксплуатации), максимальное давление взрыва составило 0,18 Ш1а, что значительно ниже предполагавшейся ранее величины 0,35 МПз, зафиксированной в "Правилах взривобезопасности...".

4. По результатам промышленных эксперт,гейтов предложен ряд рекомендаций по конструктивному выполнению отдельных узлов пыле-приготовительньк установок с целью обеспечения необходимой прочности и надежности при взрывах угольной пыли.

5. Результаты проведенного исследования использованы при подготовке новой редакции "Правил взрывобезопасносги...", а такгя внедрены на трех пылесистемах котла ТПЕ-215 энергоблока 210 МВт Гусиноозерской ГРЭС.

6. Основной эффект от внедрения результатов работы состоит в надекном обеспечении защип эксплуатационного персонала от травматизма пьшегазовьми выбросами при взрывах. Кроме того, экономический эффект от повышения надежности работы оборудования составил около 160 млн. руб.

Основные методические положения и результаты исследования, содержащиеся в диссертаций, отражены в следующих работах:

1. Пути повышения надежности работы пылеприготовительных систем котлоагрегатов // Столяров Я. К , Куншаренко В. В , Федчишин В. а и др. / Проблемы экологии, надежности и энергосбережения: Тез. докл. VII Всесоюзной конференций. ~ Ташкент, 1991.'- С. 247-248.

2. Федчшшн а Е , Сорокина Л. А. Пути снижения взрывоопасности систем пьшеприготовления второй очереди Гусиноозерской ГРЭС // Проблемы использования канско-ачинских углей в энергетике: Тез. докл.. Всесоюзной научно-технической конференции. - Красноярск: СибВТИ, 1991.- С. 54-55.

3. Расчеты систем■пьшеприготовления котлоагрегатов для обеспечения взривобезопасности: Учебное пособие / Сколяров Я Н., Елизаров В. Б., Кушнаренко а К , Федчишин К В. и др. - Санкт-Петербург: СПбПУРП, 1993. - 96 с.

4. Федчшлн В. Е Внедрение системы лылеприготовления без взрывных предохранительных клапанов и исследование взрывоопасных режимов ее работы // Совершенствование существующих тепловых схем и теплотехнологич&ишх процессов промышленных ТЭС: Теа. докл. науч-ко-техничгской конфорекцки. - Челябинск: ЧГТУ, 1994.- С. 13-14.

5. Федчишин В. В., Кушареико К В., Ломакин Л. IL Экспериментальные исследования с инициированием опытных взрывов на реконструированной пилеоиетеме вгорой очереди Гусиноозерской ГРЭС / Повышение надежности и маневренности оборудования ТЭС и АЭС: Тез. докл. Российской научно-технической конференции. - Санкт-Петербург: СПбГТУ, 1094. - С. S0-31.

6. Кушпарекко в. В., Федчишин Е В. Расчет теплового и материального балансов ьзрыва угольной пыли / Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции,- Иркутск: ИрГТУ. -1994,- С. 107-109.

7. &ДЧИ2В5Н В. Е , Кувнаренко В. В. Определение' теплоемкости угольной пыля в экспериментах со взрывами / Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Тез. докл. региональной научно-технической конференции. - Иркутск: ИрГТУ, 1995 - С. 80-81.