автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Совершенствование схем испарительных установок ТЭС

На правах рукописи

МОШКАРИН АНТОН АНДРЕЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СХЕМ ИСПАРИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ТЭС

Специальность 05.14.14 Тепловые электрические станции, их энергетические системы

и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2006

Работа выполнена на кафедре тепловых электрических станций ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Шувалов Сергей Ильич

Оппоненты:

доктор технических наук Юрчевский Евгений Борисович

кандидат технических наук, доцент Виноградов Владимир Николаевич

Ведущее предприятие:

Филиал ОАО «Инженерный центр ЕЭС» «Фирма ОРГРЭС», г. Москва

Защита состоится «17» февраля 2006 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д.34, аудитория Б-237.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим высылать по адресу 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д.34, Ученый совет. Факс: (0932)385701, (0932)416056 E-mail: admin@tes.ispu.ru

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета. Автореферат разослан « » Ъ^уО^РУ 2006 года.

И.О. ученого секретаря диссертационного совета Д212.064.01 д.т.н., проф.

Митькин Ю.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На тепловых электрических станциях используются химические, термические и мембранные методы подготовки добавочной воды. Термические методы водоподготовки обладают неоспоримо более высокими экологическими показателями по сравнению с другими методами. Технические и научные разработки последних лет привели к созданию новых отечественных испарителей кипящего типа (двухзонных и проточных), башенных многоступенчатых испарительных установок мгновенного вскипания (МИУМВ), а также новых безотходных технологий термохимического обессоливания на основе многоступенчатых испарительных установок кипящего типа (МИУ). Внедрение этих технических разработок на отечественных ТЭС показало их высокую эффективность и открыло им дальнейшую перспективу использования при строительстве новых и реконструкции существующих водоподготовительных установок.

Сдерживающими причинами более широкого применения термических методов являлось не только отсутствие денежных средств, но и ошибки проектирования при выборе схемных решений, неучет зависимости производительности испарительных установок от режимов работы ТЭС, что приводило к заниженным показателям тепловой экономичности и дефициту дистиллята.

В последнее десятилетие результаты разработок сотрудников МЭИ, УралВТИ, ВНИИАМ, ИГЭУ позволили сделать значительные шаги в ликвидации отмеченных недостатков. Однако еще остается круг задач, решение которых могло бы способствовать повышению конкурентноспособности термических методов водоподготовки. Во-первых, это необходимость разработки прикладных программных пакетов, обеспечивающих выбор рациональных вариантов испарительных установок на основе проведения структурного и параметрического синтеза проектных решений. Во-вторых, это недостаточная исследованность схем испарителей мгновенного вскипания и способов их включения в тепловые схемы паротурбинных установок КЭС и ТЭЦ.

Исходя из вышеизложенного, совершенствование схем включения испарительных установок, оценка влияния режимов работы основного оборудования на производительность последних, а также поиск новых рациональных решений по схемам испарительных установок на основе разработки и создания программных комплексов по их расчету и моделированию являются актуальными задачами теплоэнергетики.

Актуальность выбранной темы диссертации, подтверждается включением ее в научно-техническую программу «Научные исследования выс-

РОС НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА

шей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (Подпрограмма: Топливо и энергетика. Код проекта: 206.01.01.035).

Цель работы состоит в разработке математических моделей, алгоритмов и программных комплексов по расчету испарительных установок мгновенного вскипания автономного и блочного типа, многоступенчатых испарительных установок ТЭС, проведении на их основе исследования режимов работы испарительных установок, а также в совершенствовании схем их включения на основе анализа тепловой эффективности ТЭС.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка математических моделей автономных МИУМВ и программного комплекса по их проектированию, проведение численного анализа возможных режимов их работы на ТЭС, а также методов оценки тепловой составляющей на получение дистиллята.

2. Создание программного комплекса САПР МИУ, исследование на его основе схем, режимов работы автономных МИУ и оценка тепловой эффективности получения дистиллята от МИУ в схемах КЭС и ТЭЦ.

3. Совершенствование схем утилизации избыточного пара МИУ для КЭС, ТЭЦ и ПГУ.

4. Разработка алгоритмов и программных пакетов по моделированию и расчету блочных испарительных установок на основе испарителей кипящего типа (БИУ) и башенных испарителей мгновенного вскипания (БИУМВ), исследование режимов их работы в зависимости от нагрузки блока и анализ тепловой экономичности схем их включения.

Научная новизна работы:

1. Создана математическая модель многоконтурной испарительной установки мгновенного вскипания башенного типа произвольной структуры, позволяющая определять параметры рабочих сред при заданных поверхностях теплообмена элементов установки и обеспечивающая расчетный анализ возможных режимов ее работы при различных схемах питания контуров.

2. Получены новые данные о режимах работы автономных МИУ с испарителями кипящего типа в зависимости от схем питания, степени развитости регенерации, типа подогревателей, числа ступеней испарения и способов включения в тепловые схемы КЭС, ТЭЦ, ПГУ, позволяющие выполнять оценку надежности и тепловой экономичности получения требуемых количеств дистиллята.

3. Усовершенствована методика оценки тепловой эффективности схем включения испарительных установок на основе энергетических коэффи-

циентов, отличающаяся учетом режимов работы основного оборудования ТЭЦ при определении удельного расхода условного топлива на получение дистиллята.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием известных методов термодинамического анализа реальных схем ТЭС, а также согласованием полученных результатов с данными других исследователей, опубликованными в технической литературе.

Практическая ценность результатов исследований:

1. Результаты численного анализа схем МИУМВ, БИУМВ, МИУ и комбинированных испарительных и установок могут быть использованы проектными организациями для обоснования выбора состава оборудования и схем включения испарительных установок.

2. Программные комплексы по моделированию и расчету БИУ, БИУМВ, МИУ и МИУМВ, включающие в себя подсистемы графической поддержки моделирования схем и обработки результатов расчета, ведения баз данных по оборудованию и трубопроводам, архивации и документирования, позволяют определять расходные и теплофизические параметры рабочих сред по элементам, показатели установок и диаметры трубопроводов в зависимости от выбранных схем и типоразмеров оборудования, и могут быть использованы для проектирования.

3. Диаграммы режимов работы автономных МИУ обеспечивают определение производительности установки в зависимости от схемы питания, числа ступеней испарения, типа испарителей, числа и типа регенеративных подогревателей, а также возможности утилизации теплоты избыточного пара.

4. Результаты оценки тепловой эффективности схем и производительности блочных испарительных установок различного типа в зависимости от нагрузки блока обеспечивают возможность правильного выбора испарительной установки.

5. Методы анализа тепловой составляющей затрат на получение дистиллята и численные примеры оценки схем включения испарительных установок различного типа на КЭС и ТЭЦ расширяют область применения методов энергетических коэффициентов для анализа тепловой эффективности изменений, вносимых в тепловые схемы паротурбинных установок.

Внедрение результаты работы. Программные комплексы по испарительным установкам используются в ОАО «ЭКОТЕХ-99» (г. Челябинск), в научно-исследовательской лаборатории «Парогенерирующей техники и экологии» (МЭИ), а также в учебном процессе ИГЭУ.

Автор защищает:

1. Математическую модель многоконтурных испарительных установок мгновенного вскипания башенного типа, программный комплекс по их моделированию и расчету, результаты численного анализа режимов работы МИУМВ, методику и результаты расчета тепловой эффективности их включения в тепловые схемы ТЭЦ.

2. Программный комплекс «САПР МИУ» для проектирования автономных установок, построенные при его использовании диаграммы режимов работы МИУ, а также результаты анализа влияния на показатели работы МИУ схем питания, типов и числа регенеративных подогревателей, температуры исходной воды.

3. Способы утилизации теплоты избыточного пара МИУ, методы и результаты оценки их тепловой эффективности.

4. Алгоритмы и прикладные программные пакеты по моделированию и расчету испарительных установок блочного типа, результаты численной оценки их производительности от нагрузки блоков, а также методику и результаты оценки топливной составляющей на получение дистиллята.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись:

• на X, XI, XII международных научно-технических конференциях (МНТК) «Бенардосовские чтения» (г. Иваново, 2001,2003, 2005 гг.);

• VIII, IX, X МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2002, 2003, 2004 гг.);

• III и IV Всероссийских НПК «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования» (г. Иваново, 2002,2005 гг.);

• региональной конференции «Актуальные проблемы современной энергетики» (г. Екатеринбург, 2002 г.);

• IV российской НТК «Энергосбережение в городском хозяйстве, промышленности и энергетике» (г. Ульяновск, 2003 г.);

• выставке «Инновации 2004» (г. Иваново, 2004 г.);

• электронной конференции по подпрограмме «Топливо и энергетика» (г. Москва, ноябрь 2004), а также на научно-методическом семинаре кафедры ТЭС ИГЭУ (г. Иваново, 2005).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 35 публикациях, в том числе в 16 статьях, 2 патентах на изобретение, 3 свидетельствах на программные продукты для ЭВМ, 14 тезисах докладов.

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа включает 224 страниц машинописного текста, 89 рисунков, 49 таблиц, два приложения. Библиография содержит 157 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы, научная новизна, практическая значимость работы, формулируются цели и задачи, дается характеристика структуры диссертации.

Первая глава посвящена аналитическому обзору исследований термических методов водоподготовки на ТЭС, методам их расчета и анализа тепловой экономичности.

1.1. ТЭС являются одним из самых крупных промышленных потребителей природной воды и вносят существенное влияние в загрязнение водоемов. Наибольший объем вредных стоков дают системы водоподготовки, которые в большинстве своем базируются на химических методах обессоливания. При химическом обессоливании при извлечении из воды 1 кг солей требуется до 2-3 кг реагентов, следовательно, в водоемы сбрасывается в 3-4 раза больше солей, чем извлекается. Внедрение прогрессивных зарубежных технологий химобессоливания (АП.КО.РЕ) не избавляют от необходимости применения реагентов, хотя и ведут к некоторому их сокращению. Использование зарубежных технологий на Российском рынке делает нас зависимыми от зарубежных поставок, наносит экономический и социальный ущерб.

Решить экологические проблемы водоподготовки можно на основе применения новых отечественных испарителей повышенной эффективности (двухзонных, проточных), которые разработаны сотрудниками ВНИИАМ и МЭИ, а также многоступенчатых испарительных установок мгновенного вскипания (УралВТИ, ЭКОТЕХ-99).

1.2. Рассмотрены типовые схемы включения одноступенчатых и двухступенчатых испарительных установок на действующих ТЭС с блоками 200, 300, 800 МВт. Отмечены недостатки проектных решений, связанные с выбором схем, типоразмеров испарителей и их конденсаторов, приводящие к дефициту дистиллята в переменных режимах работы основного оборудования. Показаны способы форсировки производительности блочных испарителей (БИУ) на КЭС. Проанализированы результаты исследования ученых МЭИ (Л.С.Стермана, А.С.Седлова, В.М.Лавыгина, А.И.Абрамова, А.П.Рыкова и др.), УралВТИ, ВНИИАМ, ИГЭУ, направленные на разработку методов расчета и повышение эффективности и надежности работы БИУ.

1.3. Выполнен анализ исследований по многоступенчатым испарительным установкам на основе испарителей кипящего типа. Приведены схемы действующих МИУ (Курганская ТЭЦ, Ижевская ТЭЦ-2, Омская ТЭЦ-5, Северо-Западная ТЭЦ и др.). Сотрудниками МЭИ и УралВТИ отмечается, что последовательная схема питания обеспечивает лучший

водный режим и надежность работы МИУ, чем параллельная схема. Анализ методов расчета МИУ показывает, что они аналогичны методам расчета многоступенчатых выпарных установок, которым посвящены работы И.А.Тищенко, Н.И.Гельперина, М.А. Кичигина, Е.И.Таубмана, а также сотрудников СверднииХИММАШа, МЭИ и др. Отмечено, что все перечисленные методы не используются организациями, задачами которых является проектирование ТЭС. Это связано с отсутствием современных объектно-ориентированных программных разработок для ЭВМ, рассчитанных на инженера - технолога.

1.4. Анализ работ по многоступенчатым испарительным установкам мгновенного вскипания показывает, что основные исследования и разработки методов их расчета связаны с опреснительными установками. Практика применения МИУМВ на ТЭС ограничивается опытно-промышленной установкой испарителя с разделенным паровым и водяным объемами, реализованной сотрудниками МЭИ на Марыйской ГРЭС, и проектами четырехступенчатой башенной ИУМВ разработки ВНИИАМ для блоков 500 и 800 МВт. Между тем появление серии МИУМВ башенного типа производительностью 10, 25, 50 т/ч (УралВТИ, ЭКОТЕХ-99) сулит безусловные экономические и экологические выгоды от их использования на ТЭС как в качестве автономных, так и в качестве блочных испарительных установок, так как они обеспечивают получение дистиллята, качество которого соответствует требуемым нормам для котлов высокого давления (14 МПа).

Методам расчета и оптимизации МИУМВ посвящены работы сотрудников МЭИ, СвердНИИХИММАШа и других авторов. Однако, они не учитывали специфику работы башенных конструкций и в большинстве случаев являлись упрощенными. Поэтому необходима разработка методов расчета и программных комплексов по моделированию МИУМВ башенного типа.

1.5. Оценка влияния испарительных установок на тепловую экономичность ТЭС выполнялась в работах Г.И.Петелина, ВЛ.Рыжкина, Л.С.Стермана, М.И.Щепетильникова, А.С.Седлова, А.В.Мошкарина и др. В большинстве своем эти оценки были ориентированы на определение топливной составляющей затрат на подготовку добавочной воды при номинальном режиме работы и не учитывали влияние на ее величину режимов работы основного оборудования ТЭС и испарительных установок.

На основе вышеизложенного сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе изложена методика расчета многоконтурных испарительных установок мгновенного вскипания башенного типа, приведены

алгоритмы расчета для различных исходных условий их проектирования и описание программного комплекса, даны результаты численных исследований схем МИУМВ и режимов их работы и выполнено сравнение тепловой экономичности получения дистиллята в МИУМВ и традиционных МИУ.

2.1. Схемы питания корпусов (контуров циркуляции) МИУМВ условно можно подразделить на противоточные, параллельные и последовательные. В последовательной схеме питательная вода вводится в верхний контур циркуляции, в параллельной - в оба контура, в противоточной - в нижний контур.

2.2. Ступень испарения МИУМВ (камера расширения и конденсатор) в общем случае можно представить как теплообменную поверхность с фазовым переходом. Для нее можно записать:

№ кР /-1\

*г =',-(К-Чг)<*Р(-Л7г) = К -102)ехр(--~), (1)

ср°2 С2

где С2=срС2 - теплоемкость массового расхода теплоносителя.

а, И" Ь'

О/, ¡01

0-а).

Рис. 1. Расчетная схема и диаграмма изменения температур теплоносителей в ступени ИУМВ

Уравнение теплового баланса для ступени МИУМВ запишется в следующем виде:

а гС1 - С2ср(/2 -¡02), (2)

где: а = Ср(,°' - доля перегретого теплоносителя, перешедшего в па-

г

ровую фазу.

Подставив в (2) выражение а, получим:

г е

н —*■

'м

Так как в рассматриваемом случае каждый из теплоносителей является водой, а С1=С2=СР, то произведения срС] и ср02 можно заменить на С] и С2, соответственно.

С учетом последнего замечания получается система уравнений:

или

{

+ СА - С¿01 + С¿(,2 1-(2 +(1-ехр(-В))1и = ехр(-В)(02

■СА, +СА +СЛ -С,/„ = 0 0-1о1 + 11г+(1-ехр(-В))1„ -ехр(-В)г02 = 0' откуда записывается матрица

Г"

С/ - с2

1 -(1-ехр(-В))-ехр(-В)

= 0,

(4)

(5)

(6)

где 5 =

С,

Л: - коэффициент теплопередачи, ^ - поверхность теплообмена, / - температура теплоносителя; индекс 1 относится к горячему теплоносителю, 2 - к холодному, 0 - к входной температуре.

Система уравнений, аналогичных (6) для каждой ступени испарения, описывает многоступенчатую установку и в матричном виде может быть записана как

РТ=0, (7)

где Р={Ру} - блочная ленточная матрица размера 2пХ(2п+2) элемента или п Х(п+1) блока, расчет которой может быть формализован в виде

0,]*0)п0+1) Матрица-столбец

/ _ Л =

'-С„ 2 С„

0 1 • д = _ехр(-В1)-1

-Ся

(8)

Т размера (2п+2) XI элемента составлена из температур холодного и горячего теплоносителей по аналогии с (1). Полученная система п линейных уравнений содержит (п+2) температур теплоносителей, любые две из которых задаются в качестве исходных, а остальные определяются из решения системы (2).

Те же самые преобразования можно выполнить и для числа ступеней пит контуров циркуляции, отличающихся значениями В.

2.3. Для проектирования башенных МИУМВ разработан программный комплекс, обеспечивающий моделирование схем МИУМВ с различным числом ступеней и величинами поверхностей теплообмена, а также нахождение давления греющего пара и рабочих параметров теплоносителей по ступеням испарения при заданной производительности или производительность по заданным параметрам греющего пара. Программный комплекс включает в себя: графическую подсистему, позволяющую отображать моделируемую МИУМВ, обрабатывать и графически отображать результаты расчетов на экране монитора, подсистемы архивации результатов и вывода на печать желаемого набора результатов моделирования в табличной и графической форме.

Рис.2. Экранные формы программного комплекса

Результаты расчетов МИУМВ совпадают с опытными данными, полученными сотрудниками УралВТИ и ЭКОТЕХ-99.

2.4. Численные исследования схем двухконтурных (двухкорпусных) МИУМВ показали, что наиболее экономичной является противоточная схема питания, наименее - последовательная. Для МИУМВ с 18 ступенями испарения при продувке 1 ...10 %, удельный расход теплоты в проти-воточной схеме на 7... 10 % ниже, чем в последовательной схеме питания.

Рассмотрены режимы работы МИУМВ в зависимости от соотношения количеств циркулирующей в корпусах воды. Показано, что уменьшение расхода в одном из них ведет к перераспределению температурных перепадов обратно пропорционально величине изменения расхода при общем падении производительности установки.

2.5. Сравнение тепловой эффективности схем производства дистиллята в МИУМВ и традиционных МИУ выполнено с помощью коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении на примере про-мышленно-отопительной ТЭЦ с турбиной ПТ-135-12,8/1,5. Показано, что применение МИУМВ позволяет снизить расход условного топлива на 6,4 кг на 1 тонну дистиллята в случае включения обеих установок на общестанционную магистраль 0,8... 1,3 МПа, а при включении МИУМВ на пар верхнего теплофикационного отбора экономия топлива достигнет 9 кг/т.

В третьей главе приведены результаты разработки программного комплекса «САПР МИУ», его описание и результаты численных исследований автономных МИУ на основе испарителей кипящего типа.

3.1. Методика расчета МИУ построена на получении выражения температурного напора в первом корпусе через значения коэффициентов теплопередачи по корпусам, поверхностей теплообмена ступеней испарения и количеств теплоты, передаваемой через них.

Расчет установки выполняется методом последовательных приближений. Значения коэффициентов на первом этапе задаются, а затем уточняются. В результате расчета определяются расходы воды и пара, их тепло-физические параметры, показатели работы МИУ.

3.2. Разработан программный комплекс «САПР общестанционных многоступенчатых испарительных установок», который предназначен для автоматизации проектирования МИУ.

В программном комплексе (ПК) использованы типовые процедуры: структурный и параметрический синтез (рис.3), обеспечивающие получение заданной производительности МИУ.

ПК включает ряд функциональных подсистем, обеспечивающих графическое моделирование схем МИУ, ввод и архивацию исходных данных, расчет, вывод результатов расчета, графическую обработку результатов, архивацию результатов, ведение баз данных (по трубопроводам, испарителям, деаэраторам, расширительным бакам, водоводяным и пароводяным подогревателям) и др.

Выбор диаметров трубопроводов осуществляется в автоматическом режиме из БД по трубопроводам по результатам расчетов МИУ.

Рис. 3. Алгоритм структурного и параметрического синтеза в программном комплексе «САПР многоступенчатых испарительных установок»

3.3. Анализ схем МИУ, выполненный на основе разработанного ПК, позволил выявить влияние схем питания ступеней (параллельной и последовательной), пароводяных и водоводяных подогревателей питательной воды и их числа на показатели тепловой экономичности, величину выхода избыточного пара.

Пароводяные подогреватели более существенно увеличивают производительность шестиступенчатой МИУ, чем водоводяные подогреватели. Так в первом случае при последовательном питании ступеней прирост производительности МИУ составляет 15,9, а при водоводяных - 9,7%. При параллельном питании влияние подогревателей на производительность МИУ значительно ниже. Это означает, что аварийное отключение подогревателей в параллельной схеме меньше сказывается на показателях работы и производительности МИУ, чем при последовательной схеме

питания. Эффект от установки каждого последующего подогревателя уменьшается. В случае установки одного подогревателя в первой ступени испарения эффект составляет 5-ь8, при пяти 10н-16 % для схемы с последовательным питанием (рис.4), и 2,8 при одном и 6,4-5-7 % при пяти для схемы с параллельным питанием. Эти выводы важны для проектирования и дальнейшей эксплуатации МИУ, в которых наиболее ненадежными элементами являются подогреватели. Они подвержены более интенсивной коррозии, чем испарители.

Рис.4. Зависимость изменения производительно- По результатам расчетов

ста МИУ от числа подогревателей для последа- построены диаграммы режи-вательной схемы питания ступеней: _

1-пароводяные подогреватели; 2- водоводяные MOB работы шеСТИСТупенчатои подогреватели МИУ с различными схемами

питания и типом подогревателей (водоводяных, пароводяных) (рис. 5).

Рис 5. Диаграммы режимов работы МИУ с параллельной схемой питания (6хИ-600, ^^О "С, Рп>=1.0 МПа):

— - водоводяные подогреватели;--- - без подогревателей

3.4. В работе предложена методика и приведены примеры расчета удельного расхода условного топлива на приготовление добавочной воды при использовании МИУ на основе энергетических коэффициентов. Методика учитывает влияние изменений, вносимых испарительными установками в тепловые схемы турбин, а также основные режимы работы турбоустановок (летние и зимние теплофикационные, конденсационный режимы). Расчет удельного расхода топлива в теплофикационных режимах выполняется на основе коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении (при Qm=const), а в конденсационном режиме на основе коэффициентов изменения мощности (при Q0= const). Среднегодовой удельный расход условного топлива на получение дистиллята находится по зависимости

¿ = £V/, (9)

i

где Ь, - удельный расход топлива на подготовку добавочной воды в /-ом режиме работы турбоустановки, кг/т, т, - относительная продолжительность работы турбоагрегата в /-ом режиме в течение года

Оценку тепловой эффективности схем подготовки добавочной воды при использовании термических методов предложено проводить на основе определения дополнительного расхода топлива по сравнению со схемами ее нагрева при химическом обессоливании.

При использовании МИУ на ТЭС с блоками на сверхкритическое давление требуется охлаждение дистиллята для его дообессоливания в БОУ. Топливная составляющая расхода условного топлива при этом по сравнению с химическим способом подготовки воды больше на 12 кг/т.

Применение МИУ на промышленно-отопительной ТЭЦ и ПГТЭЦ при условии полной утилизации теплоты избыточного пара увеличивает расход условного топлива на приготовление воды не более, чем на 1 кг/т.

Четвертая глава посвящена вопросам совершенствования схем автономных испарительных установок.

4.1. В летних режимах работы ТЭС, когда потребление избыточного пара ограничено или отсутствует, для сохранения требуемой производительности МИУ избыточный пар должен конденсироваться в специальных теплообменниках (конденсаторах). В этом случае существуют потери в «холодном» источнике и наблюдается прирост топливной составляющей на получение дистиллята. Величина топливной составляющей зависит от схемы МИУ, числа ступеней испарения, а также от необходимости охлаждения дистиллята для его дообессоливания в БОУ (блоки СКД и ПГУ ТЭЦ). На основе коэффициентов ценности теплоты выполнена оценка прироста топливной составляющей на получение дистиллята при

невозможности утилизации теплоты избыточного пара МИУ. Показано, что она может возрастать от 2 до 12 кг/т в зависимости от схемы отвода дистиллята. Наиболее эффективной схемой для промышленно-отопительной ТЭЦ оказывается схема МИУ с трактом нагрева дистиллята (рис.6).

Рис 6 МИУ с трактом подогревателей дистиллята: 1- испаритель; 2,3 - подогреватели воды и дистиллята; 4 - РБ

В этом случае прироста расхода топлива на производство дистиллята нет, так как установка замкнута «на себя».

4.2. Поиск рациональных схемных решений по утилизации избыточного пара МИУ при отсутствии теплофикационной нагрузки и внутренних потребителей этого пара показал, что практическую значимость по сравнению со схемой охлаждения пара в конденсаторе (рис. 7) могут иметь схема с механическим компрессором для сжатия избыточного пара до давления греющего пара и подачи его в первую ступень МИУ (рис. 8) и схема комбинированной испарительной установки (рис. 9).

43-

Чь

-ЕЭ-

Рис 7. Схема МИУ с конц евым коденса-тором: 5- концевой конденсатор

Рис. 8. Схема МИУ с охлаждением дистиллята, с паровым компрессором: 6-паровой компрессор

Рис. 9. Комбинированная испарительная установка на базе МИУ и ИМВ: 7-головной подогреватель ИМВ, 8- испаритель мгновенного вскипания башенного типа, 9- вакуумный деаэратор исходно воды для ИМВ

Применение автономной комбинированной испарительной установки с охлаждением дистиллята позволяет утилизировать потоки избыточного пара МИУ как на ПГУ ТЭЦ, так и на ТЭС с котлами на сверхкритическое давление в летних режимах работы оборудования. Установка оказывается более экономичной в тепловом отношении схемы МИУ с паровым компрессором.

4.3. Предложена методика расчета топливной составляющей затрат на получение дистиллята в комбинированной испарительной установке. Показано, что наиболее эффективное проектное решение по расширению водоподготовительной установки ТЭЦ, выполненной на основе МИУ, может быть реализовано на основе подключения к ней испарительной установки мгновенного вскипания. Это позволяет исключить наличие избыточного пара и, как следствие, дефицит дистиллята в летних режимах, а также снизить удельный расход условного топлива на его получение на 2 кг/т в отопительный период и более чем на 4 кг/тв летний период.

Пятая глава посвящена исследованию блочных испарительных установок (БИУ) на основе испарителей кипящего типа и мгновенного вскипания башенного типа (БИУМВ).

5.1. На базе усовершенствованной методики расчета блочных испарительных установок (на основе испарителей кипящего типа) разработан программный комплекс по расчету БИУ, включающий подсистемы, необходимые инженеру-проектировщику, обеспечивающие проведение выбора оборудования БИУ и расчетную оценку ее производительности. Приведены примеры номограмм режимов работы двухступенчатых БИУ, построенные по результатам расчетов на ЭВМ для ряда блоков в зависимости от электрической нагрузки.

5.2. Разработана методика расчета БИУМВ башенного типа (рис.10) и создана программа для ЭВМ для их моделирования.

'„-»•с

Рис. 10. Схема включения БИУМВ блока 800 МВт: 1 - головной подогреватель; 2 -ИУМВ

Анализ режимов работы БИУМВ при изменении расходов циркулирующей воды и основного конденсата показал, что для обеспечения стабильного качества дистиллята расхождение их значений не должно превышать 10 %. В противном случае производительность отдельных ступеней может превысить возможности надежной работы сепарационных устройств.

Применение двухкорпусных БИУМВ с концевым конденсатором (рис.11, 12), охлаждающей водой для которого служит основной конденсат, приводит к увеличению удельного расхода условного топлива (см. табл. 1), но обеспечивает более надежное получение требуемых объемов дистиллята при снижении нагрузки блока (рис. 13).

Таблица 1 Результаты расчета топливной составляющей затрат на получение дистиллята в БИУ и БИУМВ блока 800 МВт

Наименование схем Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/т Удельный расход условного топлива, кг/г

БИУ(И-1000+И-1000 + ПН-1920) 6,62 2,11

БИУМВ (VII от€ор):

схема рис. 10 (без энергетических 3,89 1,24

потерь)

схема рис. 11 (одноконтурная с 7,73 2,47

концевым конденсатором)

схема рис. 12 (двухкошурная с 8,95 2,86

концевым конденсатором)

Рис. 11. Схема одноконтурной БИУМВ с концевым конденсатором

Рис. 12. Схема двухкон-турной БИУМВ с концевым конденсатором

D тЛ 80

70

60

50

40

30

50 60 70 10 90 100 П,%

Рис. 13. Зависимость производительности блочных испарительных установок различного типа для блока 800 МВт от нагрузки:

1 - одноступенчатая БИУ (на V отборе); 2 - двухступенчатая БИУ (на V отборе); 3 - БИУМВ (12 ступеней, на VII отборе, без энергетических потерь); 4 - одноконтурная БИУМВ с концевым конденсатором (18 ступеней, на VII отборе, схема с энергетической потерей); 5 - двухконтурная БИУМВ с концевым конденсатором (18 ступеней, на VII отборе, схема с энергетической потерей)

Основные результаты и выводы

1. Выполнен комплекс исследований, содержащий совокупность научных, методических и программных разработок для проектирования, который позволяет находить наиболее эффективные технические решения по выбору типа испарительных установок, а также схем их включения на ТЭС различных типов.

2. Разработана математическая модель МИУМВ башенного типа произвольной структуры. На ее основе создан программный комплекс, позволяющий определять параметры рабочих сред по элементам установки, производительность отдельных ступеней и показатели установки в целом при заданных поверхностях теплообмена конденсаторов ступеней испарения для двух исходных условий заданной производительности установки и заданном давлении греющего пара.

3. Проведена оценка показателей в различных режимах работы автономных МИУМВ. Показано, что снижение расхода циркулирующей воды в одном из контуров (корпусов) МИУМВ ведет к перераспределению температурных перепадов на корпуса, увеличению температурного перепада на корпус, в котором расход воды снижен, а в целом к снижению производительности установки.

4. Выполнено сравнение тепловой эффективности схем производства добавочной воды с помощью автономных МИУ и МИУМВ. Применение МИУМВ позволяет снизить удельный расход условного топлива на 6,4 кг/т по сравнению с МИУ при включении обеих установок на общестанционную магистраль пара 0,8,... 1,28 МПа. В случае использования для МИУМВ пара из верхнего теплофикационного отбора экономия условного топлива достигает 8,9 кг/т.

5. Разработан алгоритм расчета МИУ, на основе которого создан программный комплекс «САПР МИУ», обеспечивающий структурный и параметрический синтез проектируемой установки, графическое моделирование схем МИУ, расчет параметров и расходов пара и воды по ступеням испарения, определение общих показателей, выбор диаметров паропроводов и характеристик оборудования из БД, графическое представление результатов расчета, их архивацию и вывод на печать.

6. Выполнен анализ схем МИУ. Выявлено влияние схем питания, числа ступеней испарения и типа регенеративных подогревателей питательной воды и дистиллята на показатели работы установки. Показано, что эффект от установки каждого последующего подогревателя, начиная с головной (первой) ступени испарения, снижается.

Использование одного пароводяного подогревателя повышает производительность шестиступенчатой МИУ на 3 и 8 % в параллельной и последовательной схемах питания, соответственно, в то время как включение пяти подогревателей на 7 и 16 %. Эффект от применения одного во-доводяного подогревателя составит 2,8 и 5 %, пяти подогревателей - 6 и 10 %. Показано, что вынужденное (аварийное) отключение тракта подогревателей в параллельной схеме питания менее существенно сказывается на снижении производительности МИУ, чем в схеме последовательного питания.

7. Предложена методика расчета топливных затрат на производство добавочной воды для ТЭС различного типа, базирующаяся на понятиях энергетических коэффициентов, и даны числовые примеры оценки топливной составляющей. Расчеты позволили установить следующее:

• Для конденсационных турбоустановок и турбоустановок с отопительной нагрузкой (турбины типа Т) восполнение потерь пара конденсата в цикле с помощью МИУ сопровождается большим удельным расходом условного топлива на производство 1 т дистиллята. По сравнению с химическим обессоливанием разница может достигать 7 кг/т и более.

• Для промышленно-отопительных и промышленных турбоустановок удельный расход условного топлива, связанный с восполнением потерь рабочего тела, при химическом обессоливании выше, чем для отопитель-

ных. Увеличение удельных расходов условного топлива при термическом методе водоподготовки по сравнению с химобессоливанием составляет 4,35 кг/т при наличии станционного коллектора низкопотенциального пара, а при его отсутствии -1,28 кг/т.

• На ПГУ-ТЭС для всех типов турбоустановок при отсутствии регенеративного подогрева питательной воды снижение недовыработки электроэнергии, связанное с восполнением потерь рабочего тела, не зависит от способа водоподготовки. Следовательно термический метод водоподготовки, имеющий меньшие эксплуатационные затраты, для таких ТЭС обладает дополнительными преимуществами по сравнению с химическим методом, в том числе и экологическими.

8. Показано, что в летних режимах работы ТЭЦ традиционные МИУ в тепловом отношении уступают проектным схемам нагрева добавочной воды при химобессоливании, если имеет место поток избыточного пара МИУ, который невозможно утилизировать в цикле ТЭЦ.

9. Показано, что применение автономной комбинированной испарительной установки, состоящей из МИУ и подключенной на избыточный пар ее последней ступени МИУМВ, позволяет утилизировать потоки избыточного пара МИУ как на ПГУ ТЭЦ так и на ТЭС с котлами на сверхкритическое давление даже для условий отсутствия потребителей низкопотенциальной теплоты в летних режимах работы оборудования. Комбинированная испарительная установка оказывается более экономичной в тепловом отношении схемы МИУ с паровым компрессором для сжатия избыточного пара и позволяет снизить удельный расход условного топлива на его получение на 2 кг/т в отопительный период и более чем на 4 кг/тв летний период.

10. Исследованы варианты использования МИУМВ для блочных ТЭС. Разработан программный комплекс по моделированию схем БИУМВ. На примере блока 800 МВт показано, что БИУМВ не только экономичней традиционных БИУ в тепловом отношении, но и обеспечивают меньшее падение производительности по дистилляту при снижении электрической нагрузки.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Мошкарин A.A., Мошкарин A.B. Сравнение двух типов автономных испарительных установок //Энергосбережение и водоподготовка, 2002, №2. С.19-25.

2. Мошкарин A.A. Оценка тепловой эффективности схем нагрева добавочной воды для блока 800 МВт //Вестник УГТУ, № 3(38), 2002. С. 12-16.

3. Мошкарин A.A. Методика и результаты расчета удельного расхода топлива на производство добавочной воды // В кн. «Анализ направлений развития отечественной теплоэнергетики», Иваново: ИГЭУ, 2002. С. 183-196.

4. Мошкарин A.A., Мошкарин A.B. Тепловая эффективность схем нагрева добавочной воды для блока 800 МВт // Энергосбережение и водоподготовка. 2002. № 4. С. 18-22.

5. Новые направления в технологии водоподготовки на ТЭС/

A.А.Мошкарин, В.С.Петин, И.Ш.Фардиев, О.Г.Салашенко и др. // Вестник ИГЭУ, №2,2003. С. 6-10.

6. Мошкарин A.A., Петин B.C., Мошкарин A.B. Режимы работы и тепловая экономичность традиционных и комбинированных испарительных установок ТЭЦ //Вестник ИГЭУ, № 3.2003. С. 8-16.

7. Мошкарин A.A., Петин B.C., Мошкарин A.B. Оценка тепловой эффективности получения добавочной воды на основе автономных испарительных установок //Энергосбережение и водоподготовка, № 1,2004. С. 9-15.

8. Мошкарин A.A. Моделирование, программный комплекс и результаты исследований испарительных установок мгновенного вскипания //Повышение эффективности работы энергосистем. Труды ИГЭУ. Вып. 6. М.: Энергоатомиз-дат. 2004. С. 34-52.

9. Мошкарин A.A. Оценка тепловой составляющей затрат на получение дистиллята в автономных испарительных установках при различных схемах утилизации избыточного пара в летних режимах работы ТЭС // Повышение эффективности работы энергосистем. Труды ИГЭУ. Вып. 7. М.: Энергоатомиздат. 2004. С. 19-26.

10. Мошкарин A.A., Шувалов С.И. Методика расчета топливных затрат на получение дистиллята в многоступенчатых испарительных установках в летнем режиме работы ТЭЦ //Энергосбережение и водоподготовка. № 1.2005. С. 12-14.

11. Мошкарин А А., Шувалов С.И. Блочные испарительные установки мгновенного вскипания //Вестник ИГЭУ. Вып. 1.2005. С. 9-15.

12. Патент на изобретение №2251002. Способ работы комбинированной испарительной установки /А.А.Мошкарин, В.С.Петин, А.С.Седлов //Бюлл. № 12, 27.04.2005.

13. Патент на изобретение №2251003. Тепловая электрическая станция /А.А.Мошкарин, А.В.Мошкарин, В.С.Петин II Бюлл. № 12,27.04.2005.

14. Мошкарин A.A., Маслов А.В Сравнение двух типов автономных испарительных установок//В кн. «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования». Материалы Ш Всероссийской НПК. Иваново. ИГЭУ. 2002. С. 1216.

15. Мошкарин A.A. Оценка тепловой эффективности схем нагрева добавочной воды дня блока 800 МВт // Там же. С. 21-24.

16. Комбинированная испарительная установка /А.А.Мошкарин,

B.С.Петин, Е.В.Петин, О.Г.Салашенко и др. //Доклады РНТК «Энергосбережение в энергетике, промышленности и городском хозяйстве», Ульяновск, 24-26 апреля 2003 г. С. 149-150.

17. Мошкарин A.A., Мошкарин A.B. Моделирование и расчет испарительных установок мгновенного вскипания. //Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002610213, М.: Роспатент, 19.02.2001 г.

18. Мошкарин A.A., Семашко В.А. Моделирование и расчет блочных испарительных установок. //Свидетельство об официальной регистрации программы дая ЭВМ№ 2002610214, М.г Роспатент, 19.02.2001 г.

19. Мошкарин A.A., Семашко В.А., Турков М.Д. Программный комплекс по моделированию и расчету схем испарительных установок мгновенного вскипания башенного типа //Свидетельство №2004612424 об официальной регистрации программы для ЭВМ. - М.: Роспатент. 27 октября 2004 г.

20. Мошкарин A.A., Петин B.C. Оценка возможности применения установок мгновенного вскипания в схемах ТЭС //Тезисы докл. МНТК X Бенардосовские чтения, 6-8 июня 2001 г. Иваново, ИГЭУ. 2001. С. 94.

21. Мошкарин A.A. Оценка тепловой эффективности испарителей мгновенного вскипания для блоков 800 МВт //Тезисы докл. IX МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, М.: МЭИ. 4-5 марта 2003 г. С. 149-150.

22. Матричная формализация расчета многоступенчатой испарительной установки мгновенного вскипания /А.А.Мошкарин, В.П.Жуков, Е.В.Барочкин, и др. //Тезисы докл. МНТК «XI Бенардосовские чтения», 4-6 июня 2003 г. Иваново, ИГЭУ. 2003 г. С. 182.

23. Мошкарин A.A. Оценка влияния различных факторов на производительность автономных МИУ//Тезисы докладов X МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, - М.: МЭИ. 2-3 марта 2004 г. С. 124.

24. Мошкарин A.A. Тепловая экономичность комбинированных испарительных установок ТЭЦ //Там же. С. 125.

25. Мошкарин A.A., Семашко В.А. Программный комплекс по моделированию и расчету испарительных установок мгновенного вскипания //Тезисы докл. электронной конференции по подпрограмме «Топливо и энергетика» НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», М.: МЭИ. 2004. С. 16.

26. Мошкарин A.A., Семашко В.А. Программный комплекс по моделированию и расчету тепловых схем многоступенчатых испарительных установок //Гам же. С. 16.

27. Мошкарин A.A. Схемы утилизации избыточного пара МИУ в летних режимах работы ТЭЦ // Тезисы докл. МНТК XII Бенардосовские чтения. 1-3 июня 2005 г., Иваново. С. 141.

28. Мошкарин A.A., Шувалов С.И. Оценка топливной составляющей на получение дистиллята в МИУ в летних режимах работы ТЭЦ //Там же. С. 142.

Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз.

Печать плоская Заказ 0002

Отпечатано в ОМТ МИБИФ 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34. оф. 141, тел 38-37-36. доб. 114.

Введение.

Глава первая. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ

ПО ИСПАРИТЕЛЬНЫМ УСТАНОВКАМ ТЭС.

1.1. Термические методы водоподготовки - один из основных путей создания малосточных ТЭС.

1.2. Блочные испарительные установки.

1.3. Анализ работ по многоступенчатым испарительным установкам

1.4. Обзор исследований по испарительным установкам мгновенного вскипания.

1.5. Методы расчета топливной составляющих затрат на получение дистиллята.

1.6. Задачи исследования.

Глава вторая. ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

МГНОВЕННОГО ВСКИПАНИЯ.

2.1. Схемы испарительных установок мгновенного вскипания.

2.2. Методика расчета ИМВ.

2.2.1. Матричный метод расчета ИМВ.

2.2.2. Аналитический метод расчета ИМВ.

2.2.3. Алгоритм расчета.

2.3. Результаты расчета схем ИМВ.

2.4. Сравнение двух типов автономных испарительных установок.

2.5. Описание программного комплекса по расчету и моделированию испарительных установок мгновенного вскипания.

2.6. Выводы по второй главе.

Глава третья. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ

УСТАНОВКИ.

3.1. Методика расчета МИУ.

3.1.1. Расчет давлений и температур пара по ступеням установки.

3.1.2. Методика расчета удельных показателей МИУ.

3.2. Прикладной программный комплекс «САПР общестанционных многоступенчатых испарительных установок».

3.3. Анализ схем многоступенчатых испарительных установок.

3.3.1. Описание схем многоступенчатых испарительных установок.

3.3.2. Результаты численного анализа схем МИУ.

3.4. Диаграммы режимов работы МИУ.

3.5. Методика и примеры расчета удельного расхода топлива на производство добавочной воды с помощью МИУ.

3.6. Выводы по третьей главе.

Глава четвертая. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СХЕМ АВТОНОМНЫХ ИСПАРИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

4.1. Методика определения топливной составляющей затрат на получение дистиллята в МИУ при наличии потерь теплоты с избыточным паром.

4.2. Совершенствование схем утилизации избыточного пара автономных МИУ на ТЭС различного типа.

4.3. Методика расчета тепловой составляющей затрат на получение дистиллята в комбинированной испарительной установке.

4.4. Выводы по четвертой главе.

Глава пятая. БЛОЧНЫЕ ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ.

5.1. Методика расчета производительности БИУ.

5.2. Прикладной программный пакет по расчету и моделированию блочных испарительных установок.

5.3. Блочные испарительные установки мгновенного вскипания.

5.4. Методика оценки топливной составляющей затрат на получение дистиллят.

5.5. Выводы по пятой главе.

Актуальность темы. На тепловых электрических станциях используются химические, термические и мембранные методы подготовки добавочной воды. Термические методы водоподготовки обладают неоспоримо более высокими экологическими показателями по сравнению с другими методами. Технические и научные разработки последних лет привели к созданию новых отечественных испарителей кипящего типа (двухзонных и проточных), башенных испарителей мгновенного вскипания, а также новых безотходных технологий термохимического обессоливания на основе многоступенчатых испарительных установок кипящего типа. Внедрение отмеченных технических разработок на отечественных ТЭС показало их высокую эффективность и открыло им достаточно широкие перспективы для использования при строительстве новых и реконструкции существующих водоподготовитель-ных установок ТЭС.

Сдерживающими причинами более широкого применения термических методов являлись не только отсутствие денежных средств, но и ошибки проектирования при выборе схемных решений, неучет зависимости производительности испарительных установок от режимов работы ТЭС, что приводило к заниженным показателям тепловой экономичности и дефициту дистиллята.

В последнее десятилетие результаты разработок сотрудников МЭИ, УралВТИ, ВНИИАМ, ИГЭУ позволили сделать значительные шаги в ликвидации отмеченных недостатков. Однако еще остается круг задач, решение которых могло бы способствовать повышению конкурентноспособности термических методов водоподготовки. Во-первых, это необходимость разработки прикладных программных пакетов, обеспечивающих выбор рациональных вариантов при выборе испарительных установок на основе проведения структурного и параметрического синтеза проектных решений. Во-вторых, это недостаточная исследованность схем испарителей мгновенного вскипания и способов их включения в тепловые схемы паротурбинных установок КЭС и ТЭЦ.

Исходя из вышеизложенного, совершенствование схем включения испарительных установок, оценка влияния режимов работы основного оборудования на их производительность, а также поиск новых рациональных технических решений по схемам самих испарительных установок на основе разработки и создания программных комплексов по их расчету и моделированию являются актуальными задачами теплоэнергетики.

Актуальность выбранной темы диссертации, подтверждается включением ее в научно-техническую программу «Научных исследований высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (Подпрограмма: Топливо и энергетика. Код проекта: 206.01.01.035).

Цель работы состоит в разработке математических моделей, алгоритмов и программных комплексов по расчету испарительных установок мгновенного вскипания автономного и блочного типа, многоступенчатых испарительных установок ТЭС; проведении на их основе расчетного исследования режимов работы испарительных установок, а также в совершенствовании схем их включения на основе методов анализа тепловой эффективности ТЭС.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка математических моделей автономных МИУМВ и программного комплекса по их проектированию, проведение численного анализа возможных режимов их работы на ТЭС, а также методов оценки тепловой составляющей на получение дистиллята.

2. Создание программного комплекса САПР МИУ, исследование на его основе схем, режимов работы автономных МИУ и оценка тепловой эффективности получения дистиллята от МИУ в схемах КЭС и ТЭЦ.

3. Совершенствование схем утилизации избыточного пара МИУ для КЭС, ТЭЦ и ПТУ.

4. Разработка алгоритмов и программных пакетов по моделированию и расчету блочных испарительных установок на основе испарителей кипящего типа и башенных испарителей мгновенного вскипания, исследование режимов их работы в зависимости от нагрузки блока и анализ тепловой экономичности схем их включения.

Научная новизна работы: 1. Создана математическая модель многоконтурной испарительной установки мгновенного вскипания башенного типа произвольной структуры, позволяющая определять параметры рабочих сред при заданных поверхностях теплообмена элементов установки и обеспечивающая расчетный анализ возможных режимов ее работы при различных схемах питания контуров.

2. Получены новые данные по режимам работы автономных установок МИУ на основе испарителей кипящего типа в зависимости от схем питания, степени развитости регенерации, типа подогревателей, числа ступеней испарения и способов включения в тепловые схемы КЭС, ТЭЦ, ПТУ, позволяющие выполнять оценку надежности и тепловой экономичности получения требуемых количеств дистиллята.

3. Усовершенствованы методики оценки эффективности схем включения испарительных установок, учитывающие режимы работы основного оборудования ТЭЦ при определении топливной составляющей затрат на получение дистиллята на основе коэффициентов ценности теплоты, изменения мощности и приращения мощности на тепловом потреблении.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием известных методов расчета испарительных установок и термодинамического анализа реальных схем ТЭС, а также согласованием полученных результатов с данными других исследователей, опубликованными в технической литературе.

Практическая ценность результатов исследований:

1. Результаты численного анализа схем МИУМВ, БИУМВ, МИУ и комбинированных испарительных и установок могут быть использованы проектными организациями для обоснования выбора состава оборудования и схем включения испарительных установок.

2. Программные комплексы по моделированию и расчету БИУ, БИУМВ, МИУ и МИУ MB, включающие в себя подсистемы графической поддержки моделирования схем и обработки результатов расчета, ведения баз данных по оборудованию и трубопроводам, архивации и документирования, могут быть использованы для проектирования, позволяют определять расходные и теп-лофизические параметры рабочих сред в каждом элементе, показатели установок и диаметры трубопроводов в зависимости от выбранных схем и типоразмеров оборудования.

3. Диаграммы режимов работы автономных МИУ обеспечивают определение производительности установки в зависимости от схемы питания, числа ступеней испарения, типа испарителей, числа и типа регенеративных подогревателей, а также возможности утилизации избыточного пара.

4. Результаты оценки тепловой эффективности схем и производительности блочных испарительных установок различного типа в зависимости от нагрузки блока обеспечивают возможность правильного выбора испарительной установки.

5. Методы анализа тепловой составляющей затрат на получение дистиллята и численные примеры оценки схем включения испарительных установок различного типа на КЭС и ТЭЦ расширяют область применения методов энергетических коэффициентов для анализа тепловой эффективности.

Внедрение результаты работы. Программные комплексы по испарительным установкам используются в ООО «ЭКОТЕХ-99» (г. Челябинск), научно-исследовательской лаборатории «Парогенерирующей техники и экологии» (МЭИ).

Автор защищает:

1. Математическую модель многоконтурных испарительных установок мгновенного вскипания башенного типа, программный комплекс по их моделированию и расчету, результаты численного анализа режимов работы МИ

УМВ, методику и результаты расчета тепловой эффективности их включения в тепловые схемы ТЭЦ.

2. Программный комплекс «САПР МИУ» для проектирования автономных установок, построенные при его использовании диаграммы режимов работы МИУ, а также результаты анализа влияния на показатели работы МИУ схем питания, типов и числа регенеративных подогревателей, температуры исходной воды.

3. Способы утилизации теплоты избыточного пара МИУ, методы и результаты оценки их тепловой эффективности.

4. Алгоритмы и прикладные программные пакеты по моделированию и расчету испарительных установок блочного типа, результаты численной оценки их производительности от нагрузки блоков, а также методику и результаты оценки топливной составляющей на получение дистиллята.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись:

• на X, XI, XII международных научно-технических конференциях (МНТК) «Бенардосовские чтения» (г. Иваново, 2001, 2003, 2005 гг.);

• VIII, IX, X МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2001, 2002, 2003 гг.);

• III и IV Всероссийских НПК «Повышение эффективности работы теплоэнергетического оборудования» (г.Иваново, 2002, 2005 гг.);

• региональной конференции «Актуальные проблемы современной энергетики» (г. Екатеринбург, 2002 г.);

• IV российской НТК «Энергосбережение в городском хозяйстве, промышленности и энергетике» (г. Ульяновск, 2003 г.);

• выставке «Инновации 2004» (г Иваново, 2004 г.);

• электронной конференции по подпрограмме «Топливо и энергетика» (г. Москва, ноябрь 2004), а также на научно-методическом семинаре кафедры ТЭС ИГЭУ (г. Иваново, 2005).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 33 публикациях, в том числе в 14 статьях [131-136, 138, 140, 141, 145, 147, 148, 155, 156], 2 патентах на изобретение [151, 152], 3 свидетельствах на программные продукты для ЭВМ [129, 130, 146], 14 тезисах докладов [128, 137, 139, 142-144, 149, 150, 153, 154].

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа включает 224 страниц машинописного текста, 89 рисунков, 49 таблиц, три приложения. Библиография содержит 157 наименований.

5.5. Выводы по пятой главе

1. Уточнена методика расчета блочных двухступенчатых испарительных установок кипящего типа, на основе которой созданы алгоритм расчета и программный комплекс по их проектированию.

2. Проведены расчетные исследования режимов работы двухступенчатых БИУ, по результатам которых построены номограммы изменения параметров воды, пара и производительности по элементам установки в зависимости от нагрузки блока на примере блоков мощностью 200 и 800 МВт.

3. Разработана программа для ЭВМ по моделированию и расчету блочных испарительных установок мгновенного вскипания.

4. Выполнены расчетные исследования по определению зависимости производительности для трех схем блочных испарительных установок мгновенного вскипания и традиционной БИУ от электрической нагрузки на примере блока 800 МВт. Показано, что двухкорпусные БИУМВ с концевым конденсатором, охлаждающей водой для которого является основной конденсат, менее чувствительны к снижению нагрузки.

5. На основе коэффициентов изменения мощности проведена оценка топливной составляющей затрат на получение дистиллята. Получено, что в зависимости от схемы БИУ удельный расход условного топлива на получение дистиллята составляет 1,2 —2,9 кг/т.

Заключение по работе

1. Выполнен комплекс исследований, содержащий совокупность научных, методических и программных разработок для проектирования, который позволяет находить наиболее эффективные технические решения по выбору типа испарительных установок, а также схем их включения на ТЭС различных типов.

2. Разработана математическая модель МИУ MB башенного типа произвольной структуры. На ее основе создан программный комплекс, позволяющий определять параметры рабочих сред по элементам установки, производительность отдельных ступеней и показатели установки в целом при заданных поверхностях теплообмена конденсаторов ступеней испарения для двух исходных условий заданной производительности установки и заданном давлении греющего пара.

3. Проведена оценка показателей и режимов работы автономных МИ-УМВ. Показано, что снижение расхода циркулирующей воды в одном из контуров (корпусов) МИУМВ ведет к перераспределению температурных перепадов на корпуса, увеличению температурного перепада на корпус, в котором расход воды снижен, а в целом к снижению производительности установки.

4. Выполнено сравнение тепловой эффективности схем производства добавочной воды с помощью автономных МИУ и МИУМВ. Применение МИУМВ позволяет снизить удельный расход условного топлива на 6,4 кг/т по сравнению с МИУ при включении обеих установок на общестанционную магистраль пара 0,8,.1,28 МПа. В случае использования для МИУМВ пара из верхнего теплофикационного отбора экономия условного топлива достигает 8,9 кг/т.

5. Разработан алгоритм расчета МИУ, на основе которого создан программный комплекс «САПР МИУ», обеспечивающий структурный и параметрический синтез проектируемой установки, графическое моделирование схем МИУ, расчет параметров и расходов пара и воды по ступеням испарения, определение общих показателей, выбор диаметров паропроводов и характеристик оборудования из БД, графическое представление результатов расчета, их архивацию и вывод на печать.

6. Выполнен анализ схем МИУ. Выявлено влияние схем питания, числа ступеней испарения и типа регенеративных подогревателей питательной воды и дистиллята на показатели работы установки. Показано, что эффект от установки каждого последующего подогревателя, начиная с головной (первой) ступени испарения, снижается.

Использование одного пароводяного подогревателя повышает производительность шестиступенчатой МИУ на 3 и 8 % в параллельной и последовательной схемах питания, соответственно, в то время как включение пяти подогревателей на 7 и 16%. Эффект от применения одного водоводяного подогревателя составит 2,8 и 5 %, пяти - 6 и 10 %.

Показано, что вынужденное (аварийное) отключение системы регенерации при параллельной схеме питания менее существенно сказывается на снижении производительности МИУ.

7. Предложена методика расчета топливных затрат на производство добавочной воды для ТЭС различного типа, базирующаяся на понятиях энергетических коэффициентов, и даны числовые примеры оценки топливной составляющей. Расчеты позволили установить следующее:

• Для конденсационных турбоустановок и турбоустановок с отопительной нагрузкой (турбины типа Т) восполнение потерь пара конденсата в цикле с помощью МИУ сопровождается большим удельным расходом условного топлива на производство 1 т дистиллята. По сравнению с химическим обес-соливанием разница может достигать 7 кг/т и более.

• Для промышленно-отопительных и промышленных турбоустановок удельный расход условного топлива, связанный с восполнением потерь рабочего тела, при химическом обессоливании выше, чем для отопительных. Увеличение удельных расходов условного топлива при термическом методе водоподготовки по сравнению с химобессоливанием составляет 4,35 кг/т при наличии станционного коллектора низкопотенциального пара, а при его отсутствии - 1,28 кг/т.

• На ПГУ-ТЭС для всех типов турбоустановок при отсутствии регенеративного подогрева питательной воды снижение недовыработки электроэнергии, связанное с восполнением потерь рабочего тела, не зависит от способа водоподготовки. Следовательно термический метод водоподготовки, имеющий меньшие эксплуатационные затраты, для таких ТЭС обладает дополнительными преимуществами по сравнению с химическим методом, в том числе и экологическими.

8. Показано, что в летних режимах работы ТЭЦ традиционные МИУ в тепловом отношении уступают проектным схемам нагрева добавочной воды при химобессоливании, если имеет место поток избыточного пара МИУ, который невозможно утилизировать в цикле ТЭЦ.

9. Показано, что применение автономной комбинированной испарительной установки, состоящей из МИУ и подключенной на избыточный пар ее последней ступени МИУМВ, позволяет утилизировать потоки избыточного пара МИУ как на ПГУ ТЭЦ, так и на ТЭС с котлами на сверхкритическое давление даже для условий отсутствия потребителей низкопотенциальной теплоты в летних режимах работы оборудования. Комбинированная испарительная установка оказывается более экономичной в тепловом отношении схемы МИУ с паровым компрессором для сжатия избыточного пара и позволяет снизить удельный расход условного топлива на его получение на 2 кг/т в отопительный период и более чем на 4 кг/тв летний период.

10. Исследованы варианты использования ИУМВ для блочных ТЭС. Разработан программный комплекс по моделированию схем БИУМВ. На примере блока 800 МВт показано, что БИУМВ не только экономичней традиционных БИУ в тепловом отношении, но и обеспечивают меньшее падение производительности по дистилляту при снижении электрической нагрузки.

1. Применение испарителей для водоподготовки основа создания бессточных ТЭС /Р.Ш.Бускунов, Ю.М.Кострикин, Г.Г.Швецова и др. //Теплоэнергетика. 1976. №2. С.60-62.

2. Области применения методов подготовки добавочной воды на ТЭЦ /Л.С.Стерман,

3. A.В.Мошкарин, Э.Н.Гоуфман, Т.Ф.Быстрова и др. //Электр, станции. 1976. №8. С.34-37.

4. Стерман Л.С., Абрамов А.И., Седлов А.С. Засоление сбросных вод при термическом и химическом методах водоподготовки //Труды МЭИ. 1978. Вып.354. С.96-102.

5. Повышение экологической безопасности тепловых электростанций. Под ред. А.С. Седлова. М.: Издательство МЭИ. 2001. 378 с.

6. Стратегия защиты водоемов от сброса сточных вод ТЭС ОАО «Мосэнер-го»/Н.И. Серебрянников, Г.В. Преснов, А.С. Седлов и др.// Теплоэнергетика. 1998. №7. С.2н-6

7. Исследование проблемы применения различных методов подготовки добавочной воды на ТЭС и разработка руководящих документов по обессоливанию воды с ограниченным воздействием на окружающую среду /Отчет о НИР. Рук. А.С.Седлов. -М.: МЭИ. 2002. 201 с.

8. Седлов А.С. Экологические показатели тепловых электростанций //Теплоэнергетика. 1992. №7. С.5-7.

9. Шищенко В.В., Седлов А.С. Водоподготовительнные установки с утилизацией сточных вод //Промышленная энергетика. 1992. №10. С.29-30.

10. Седлов А.С., Васина Л.Г., Ильина И.П. Многократное использование сточных вод в схеме водоподготовки //Теплоэнергетика. 1987. №9. С.57-58.

11. Методические указания по нормированию сбросов загрязняющих веществ со сточными водами ТЭС. РД 153-34.0-02.405.99. М.: 2000. 28 с.

12. Бускунов Р.Ш., Гронский Р.К. Пути повышения конкурентноспособности испарительных установок в схемах водоподготовки //Сб."Разработка и исследование вспомогательного оборудования турбинных установок ТЭС". М.: Энергоатомиздат. 1991. С.38-46.

13. Стерман JI.C. Испарители. М.: Машгиз. 1956.

14. Мошкарип А.В., Бускунов Р.Ш. Испарительные установки ТЭС. М.: Энергоатомиздат. 1994. 272 с

15. Методические указания по проектированию установок термической обработки воды на ТЭС. МУ 34-70-134-85 /Р.Ш.Бускунов, Н.И.Баулина, В.А.Харкевич // -М.: Союзте-хэнерго, 1985.

16. Рыжкин В.И. Тепловые электрические станции.- М.: Энергия, 1967.

17. Методические указания по проектированию установок термической обработки воды па ТЭС. МУ 34-70-134-85 /Р.Ш.Бускунов, Н.И.Баулина, В.А.Харкевич // М.: Союз-техэнерго, 1985.

18. Применение испарительных установок на ТЭЦ /Л.С.Стерман, А.С.Седлов,

19. B.И.Длугосельский и др. //Теплоэнергетика. 1983. №7. С.22-24.

20. Стерман JI.C., Седлов А.С., Рыков А.П. Применение испарителей на ТЭС, участвующих в покрытии переменной части электрической нагрузки энергосистемы //Труды МЭИ. 1991. Вып.531. С.23-28.

21. Способы восполнения потерь пра и конденсата на пиковых ГРЭС с испарителями /Л.С.Стерман, А.С.Седлов, В.МЛавыгин, А.П.Рыков //Труды МЭИ. 1981. Вып.531.1. C. 18-24

22. Бускунов Р.Ш., Блоштейн Б.Е. Исследование испарительной установки в схеме турбины К-300-240 ЛМЗ // Электрические станции. 1976. №4. С.39-41.21,22.