автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Совершенствование воздухообмена в помещениях главных корпусов ТЭС

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Новочеркасский государственный технический университет

На правах рукописи

Скубиенко Сергей Витальевич

УДК 621.311.22 : 697.921

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИЯХ ГЛАВНЫХ КОРПУСОВ ТЭС (НА ПРИМЕРЕ МАШИННОГО ЗАЛА)

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции

(тепловая часть)

ДИССЕРТАЦИЯ

Научный руководитель: академик МИА, РИА, АИА,

д.т.н., профессор Мадоян A.A.

Научный консультант: к.т.н., доцент Борисов Г.М.

г. Новочеркасск 1998

СОДЕРЖАНИЕ стр

ВВЕДЕНИЕ 5

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ 9

1. СОСТОЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ГЛАВ- И НЫХ КОРПУСАХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

1.1 Основные требования к состоянию воздухообмена в ГК ТЭС 11

1.2 Развитие проектирования и научные разработки по системам вен- 13 тиляции ГК ТЭС и крупных производственных помещений

1.3 Экспериментальное определение параметров воздушной среды в 36 зонах обслуживания технологического оборудования ГК действующей ТЭС.

1.4 Выводы по состоянию воздухообмена в ГК ТЭС и постановка за- 48 дачи исследований для обеспечения требуемых параметров воздушной среды в помещениях ГК ТЭС

2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ 51 ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ ПОМЕЩЕНИЙ ГЛАВНЫХ КОРПУСОВ ТЭС

2.1 Основные принципы для выбора эффективной схемы вентиляции 51 ГКТЭС

2.2 Исследование параметров воздушной среды в помещении ГК ТЭС 54 при взаимодействии вынужденного и свободного конвективных воздушных потоков

2.3 Обоснование выбора помещения машинного зала, как объекта для 69 изучения эффективной схемы вентиляции при сосредоточенной раздаче приточного воздуха над источниками избыточных тепловыделений

2.4 Выводы по результатам расчетно-теоретических исследований па- 73 раметров воздухообмена и определение необходимости проведения экспериментальных исследований на модели для разработки эффективной схемы вентиляции ГК ТЭС

3. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ 75 СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗДУХООБМЕНА

3.1 Краткая характеристика объекта моделирования 75

3.2 Условия моделирования и определение масштабных соотношений 77

3.3 Описание экспериментальной установки 84

3.4 Выводы о соответствии выполненной модели обязательным уело- 88 виям моделирования

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХООБМЕНА НА 89 МОДЕЛИ

4.1 Задачи исследования на модели системы вентиляции машинного 89 зала ГК ТЭС

4.2 Методика проведения эксперимента и обработки результатов ис- 90 следований

4.3 Результаты экспериментальных исследований 93

4.4 Проверка адекватности результатов модельных исследований с ре- 105 зультатами исследований параметров воздушной среды, полученных на действующем объекте

4.5 Выводы по результатам исследования эффективной схемы венти- 108 ляции машинного зала ГК ТЭС

5. ПРЕДЛОЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ 110 ЭФФЕКТИВНОЙ СХЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ В ГЛАВНОМ КОРПУСЕ ТЭС

5.1 Построение количественной характеристики для эффективной схе- 110 мы вентиляции ГК ТЭС с учетом обеспечения нормируемых параметров воздушной среды

5.2 Технические предложения и рекомендации для проектирования и 116 реконструкции систем вентиляции ГК ТЭС

5.3 Энергосберегающее значение применения эффективной схемы об- 120 щеобменной вентиляции в ГК отечественных ТЭС.

5.4 Выводы о целесообразности применения эффективной схемы вен- 127

тиляции в помещениях ГК ТЭС

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 129

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 132

ПРИЛОЖЕНИЯ 146

Приложение 1. Программа расчета параметров потока приточного воз- 147 духа при вентиляции машинного зала по схеме "сверху вниз" с применением электронной таблицы Microsoft Excel

Приложение 2. Величины поправок, учитывающие систематические 149 составляющие погрешностей хромель-копелевых термоэлектрических преобразователей, размещенных в модели машинного зала ГК ГРЭС Приложение 3. Протоколы измерений параметров воздухообмена при 151 экспериментальном исследовании эффективной схемы вентиляции в машинном зале ГРЭС (для одного энергоблока)

Приложение 4. Протоколы измерений параметров воздухообмена при 156 экспериментальном исследовании эффективной схемы вентиляции в машинном зале ГРЭС (для двух энергоблоков)

Приложение 5. Акт внедрения результатов диссертационной работы в 161 научно-техническую разработку, выполненную для ОАО НИИ "Экологических проблем энергетики"

Приложение & Технический акт внедрения результатов диссертацион- 162 ной работы в научно-техническую продукцию, выполненную для АО "Новочеркасская ГРЭС"

Приложение 7. Акт внедрения результатов диссертационной работы в 163 учебный процесс кафедры "Тепловые электрические станции" НГТУ

ВВЕДЕНИЕ

Развитие отраслей, определяющих научно-технический прогресс, к которым в значительной степени относится теплоэнергетика, не может эффективно осуществляться без улучшения условий труда, в том числе без оздоровления воздушной среды производственных помещений.

Проблемы нормализации параметров воздушной среды в ГК существующих ТЭС, а также снижения энергопотребления отопительно-вентиляционными системами в современных условиях рыночной экономики являются жизненно важными. Эксплуатационные данные свидетельствуют о том, что существующие типовые системы вентиляции в ГК, организующие воздухообмен с использованием аэрации и приточной вентиляции не отвечают современным требованиям к экологическим и санитарно-гигиеническим нормам. Это приводит к недопустимому перегреву рабочих зон в теплый период года и переохлаждению в холодный, а также повышенной запыленности и загазованности помещений при определенных условиях эксплуатации. Принимаемые технические решения на стадии проектирования систем вентиляции ГК ТЭС и даже реконструкции существующих, как правило, являются энергоемкими, экономически малоэффективными и не учитывают в полной мере особенностей тепломассообменных процессов, протекающих в объеме помещений.

Исходя из приведенного краткого состояния вопросов, можно сформулировать цель и задачи исследования диссертационной работы.

Цель работы — улучшение санитарно-гигиенических условий в рабочих зонах машинного зала тепловых электрических станций и экономии энергоресурсов на собственные нужды путем совершенствования схемы воздухообмена помещений главных корпусов ТЭС.

Конкретные задачи исследований, решаемые в работе, следующие: — оценка состояния и эффективности эксплуатирующихся систем организации воздухообмена путем экспериментального определения параметров воз-

душной среды на рабочих площадках и в зонах обслуживания технологического оборудования в помещениях главного корпуса конкретной ГРЭС;

— выявление характера изменения параметров воздушной среды при взаимодействии вынужденных (приточных) и свободных конвективных струй для эффективной схемы вентиляции помещения машинного зала главного корпуса ТЭС;

— исследование на модели эффективной схемы вентиляции;

— разработка технических предложений на модернизацию существующих систем вентиляции и аэрации главных корпусов с внедрением энергосберегающих мероприятий;

Научная новизна работы состоит в:

1. Установлении взаимосвязи между режимами работы ТЭС и состоянием параметров воздушной среды в главном корпусе, полученной в результате экспериментальных исследований;

2. Разработке методики оценки параметров воздухообмена с целью поиска их оптимальных соотношений при проведении модельных исследований эффективной схемы вентиляции в машинном зала ТЭС и разработке технических предложений;

3. Получении новых зависимостей, позволяющих осуществлять управление воздушными потоками в помещении машинного зала ТЭС с целью обеспечения нормируемых параметров воздушной среды на рабочих отметках и экономии тепла на его отопление.

Практическая значимость работы заключается в:

— возможности оценивать эффективность функционирования систем организации воздухообмена в главных корпусах действующих ТЭС при различных режимах работы оборудования;

— получении качественных и количественных характеристик, способствующих обеспечению санитарно-гигиенических условий для работающего

персонала машинного зала и использованию тепла, выделяемого оборудованием в технологическом цикле ТЭС;

— разработке технических предложений на модернизацию существующих систем организации воздухообмена в главных корпусах серийных ТЭС;

Реализация результатов работы. Разработки по диссертационной работе внедрены в научно-техническую продукцию ОАО НИИ "Экологических проблем энергетики" (г. Ростов-на-Дону) и приняты для внедрения производственной фирмой "Проектпромвентиляция" (г. Ростов-на-Дону) и АО "Новочеркасская ГРЭС" с целью реконструкции системы организации воздухообмена главного корпуса. Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе кафедры ТЭС НГТУ при курсовом и дипломном проектировании, а также в учебно-исследовательской работе студентов специальности "Тепловые электрические станции".

Достоверность и обоснованность результатов работы и выводов обеспечивается:

— экспериментальными (натурными) исследованиями состояния параметров воздушной среды, проводимыми на действующей ГРЭС;

— исследованием состояния воздушного режима и проектных решений систем воздухообмена на отечественных ТЭС;

— использованием основополагающих уравнений теории струй и струйных течений при математическом описании изменения параметров воздушной среды в помещениях ГК с учетов взаимодействия вынужденных (приточных) и свободных конвективных струй;

— применением при экспериментальных исследованиях апробированных методов измерения и регистрации, проверкой повторяемости результатов, тарировкой первичных датчиков, сопоставлением с результатами других авторов;

— адекватностью результатов экспериментальных (модельных) исследований с натурными.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на всероссийской научно-технической конференции "Подготовка кадров и экологические проблемы энергетики" (г. Екатеринбург, 1997г.), юбилейной научно-технической конференции студентов и аспирантов НГТУ (г. Новочеркасск, 1997г.), на научно-технической конференции преподавателей кафедр ТЭС И ТОТ (г. Новочеркасск, 1998г.) на научно-технических советах ОАО НИИЭПЭ (г. Ростов-на-Дону, 1997 и 1998 гг.) и техсовете Новочеркасской ГРЭС (п. Донской, г. Новочеркасск, 1997г.), на заседаниях кафедры ТЭС НГТУ в 1996, 1997 и 1998 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 5 публикаций, перечень которых приведен в общем списке используемых источников. Личный вклад автора заключается в:

— подготовке программы, проведении, обработке и анализе результатов натурных исследований по состоянию воздушного режима в помещениях главного корпуса Новочеркасской ГРЭС;

— подготовке экспериментальной модели, проведении исследований, их обработке и обобщении результатов;

— расчетном и экспериментальном установлении характера взаимодействия вынужденных и свободных конвективных потоков воздуха для машинного зала (на основании теоретических и модельных исследований);

— разработке технических предложений и рекомендаций на модернизацию существующих систем вентиляции главных корпусов с внедрением энергосберегающих мероприятий.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

Сокращения

БДО - бункерно-деаэраторное отделение;

ВРУ - воздухораспределительное устройство;

ВУ - вентиляционная установка;

ГК - главный корпус;

ЗВ - загрязняющие вещества;

КО - котельное отделение;

МЗ - машинный зал;

ОГК - объединенный главный корпус;

ПДК - предельно-допустимая концентрация;

ТЭС - тепловая электрическая станция;

ТП -термоэлектрический преобразователь.

Обозначения

Аг - критерий Архимеда;

ср - удельная массовая теплоемкость, кДж/(кг-°С)

(1- диаметр, м;

Е - площадь, м ;

вг - критерий Грасгофа;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

К - концентрация, %;

к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-°С); кэк - коэффициент эколого-санитарной нагрузки; Ь - массовый расход, кг/с; / - линейный размер, м;

М - количество движения (импульс) секундной массы, кг- м; Рг - критерий Прандтля;

0 - количество тепла, Вт; Ие - критерий Рейнольдса;

Т - абсолютная температура, К;

1 - температура, °С; V - скорость, м/с; х,у - координаты, м

а - угол расширения струи, град;

- избыточная температура, °С; А^ - средняя разность температур в ьой точке, °С; 5 - толщина, м;

X - теплопроводность, Вт/(м-°С);

V - кинематическая вязкость, м2/с;

р - плотность, кг/м3;

стт - турбулентное число Прандтля.

Индексы

о - начальное значение; х - текущее значение.

бл - блока;

в - внутренняя;

выт - вытяжки;

доп - допустимая;

зв - загрязняющих веществ;

инф - инфильтрация (воздуха);

изб - избыточные (тепловыделения);

измг - изменение;

м - модели;

макс - максимальный;

мин - минимальный;

н - наружная (температура);

нв - наружного воздуха;

нат - натурный;

но - наружные ограждения;

ов - отопление и вентиляция;

ок - окон;

окр - окружающая среда; п - пол;

пер - перекрытие; поп - поперечный; пот - потери; прит - приточный; р - расчетная; рз - рабочая зона; ср - средний, средняя; стр - струя;

сум - суммарный (поток);

тип - типовая;

тп - тепловые потери;

ух - уходящая;

э - экспериментальная

/

1. СОСТОЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ГЛАВНЫХ КОРПУСАХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СТАНЦИЙ.

1.1 Основные требования к состоянию воздухообмена в ГК ТЭС

В настоящее время промышленное строительство характеризуется тенденцией к объединению технологического оборудования в многопролетные здания, к которым относятся и ГК ТЭС. Отличительной особенностью ГК является их большая протяженность, размещение на общей площади различных производственных участков, насыщенность оборудованием и неравномерное по объему помещений выделение разнородных вредностей [69]. Вследствие этого формируются сложные пространственные поля распределения вредных веществ, как результат совместного действия комплекса взаимосвязанных определяющих факторов, которые в совокупности усугубляют санитарно-гигиеническую обстановку в ГК ТЭС. В таких случаях всегда возникает необходимость в организации воздухообмена с целью создания условий, обеспечивающих нормируемые параметры воздушной среды на рабочих местах и площадках обслуживания технологического оборудования [67].

В общем виде состояние воздушной среды в главном корпусе обусловливается следующими основными факторами.

Теплоэнергетическое оборудование размещается в помещениях ГК ТЭС ввиду того, что необходимо обеспечить его работоспособность, долговременное функционирование вне зависимости от условий окружающей среды и возможность его обслуживания оперативным, ремонтным и эксплуатационным персоналом. Конструкции ГК должны обеспечивать требуемые условия эксплуатации и являться как бы замкнутой оболочкой для сложного комплекса оборудования в системе ТЭС. В свою очередь, технологические параметры производственного процесса тепловых электростанций сопровождаются тепловыделениями от теплоэнергетического оборудо-

вания, и кроме того, в условиях реального уровня конструктивных решений и технологической реализации самого оборудования и его эксплуатационного состояния, выделением газообразных и пылевидных веществ в окружающую воздушную среду [12,15,58].

В воздушной среде помимо собственно теплоэнергетического оборудования размещаются сложные системы контроля, управления, автоматизации и защиты этого оборудования, необходимые для обеспечения его работоспособности и длительного функционирования, и самое главное, здесь находится ремонтный и эксплуатационный персонал станции. Поэтому для обеспечения нормального функционирования оборудования и жизнедеятельности людей должны соблюдаться как технологические, так и санитарно-гигиенические нормы параметров воздушной среды, величины которых будут зависеть от количества выделений от оборудования. К основным из них относятся прежде всего следующие параметры: температура, загазованность, пыле- и влагосодержание, скорость движения воздуха [31].

Допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха принимаются с учетом климатических особенностей Российской Федерации. В таблице 1.1. приведены допустимые параметры воздушной среды в обслуживаемой зоне помещений главного корпуса при расчетной температуре наружного воздуха для теплого периода года свыше +25°С и теплоизбытках в помещениях свыше 23 Вт/м .

Таблица 1.1

Допустимые нормы параметров воздушной среды в рабочей зоне

Категория работ Теплый период года (при1нв>10°С) Холодный период года (при1нв<10°С)

°С у,м/с Ф Ь, °С V, м/с Ф,%

1 2 2 4 5 6 7

легкая <32 0,1-0,3 55 18-26 <0,2 75

средней тяжести (А) <30 0,2-0,4 60 15-24 <0,3 75

Продолжение таблицы 1.1

1 2 2 4 5 6 7

ср