НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

ЯКИМІВ ЄВГЕН МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 621.182.4

ТЕХНОЛОГІї захисту поверхонь нагріву котлів ТА МІНІМІЗАЦІЯ ВТРАТ ЕНЕРГІЇ ПІД ЧАС ПРОСТОюВАННЯ ЕНЕРГОБЛОКІВ 200 і 300мвТ

05.14.06-технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів-2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному університеті "Львівська політехніка" Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник | - доктор технічних наук, професор

Мисак Йосиф Степанович,

Національний університет

“Львівська політехніка”,

завідувач кафедри “Теплотехніки і теплових електричних станцій"

Офіційні опоненти | - доктор технічних наук, професор

Кесова Любов Олександрівна

Національний технічний університет України“

Київський політехнічний інститут”,

професор кафедри теплоенергетичних установок теплових та атомних електростанцій;

- кандидат технічних наук

Куновський Генадій Петрович

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедри “Теплоенергетики” Бурштинського енергетичного коледжу

Провідна установа | Інститут вугільних енерготехнологій НАН України та Мінпаливенерго України, м.Київ

Захист відбудеться “ 13 ” квітня 2007р. о 1600годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.04 у Національному університеті "Львівська політехніка" (79013, Львів-13, вул.С.Бандери,12 ).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" (79013, Львів, вул.Професорська,1)

Автореферат розісланий “ 13 ”_березня__2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н. Вашкурак Ю.З.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Необхідність збереження устатковання теплових електростанцій під час простоювання у резерві виникла одночасно із введенням їх в експлуатацію.

На сьогодні на ТЕС Мінпаливенерго України експлуатується 104 енергоблоки номінальною потужністю від 150 до 800 МВт, загальною потужністю 28,7 млн кВт. У 2005 році в тепловій енергетиці на устатковання з терміном експлуатації понад 30 років припадало 80% потужностей. При цьому коефіцієнт використання встановленої потужності ТЕС за останні 10 років зменшився практично у 2,4 раза, тобто з 68,36% до 28,2%. Понад 60% устатковання ТЕС на сьогодні працює зі змінним навантаженням або є в неробочому стані, тобто в резерві, ремонті чи довготривалому простоюванні.

Збереження устатковання у працездатному стані є одним із головних завдань енергетики. Консервацією устатковання внутрішніх поверхонь котлів, турбін та допоміжного устатковання займалось багато відомих енергетичних установ, зокрема Всесоюзний теплотехнічний інститут (ВТІ, Москва), Центральний котлотурбінний інститут (ЦКТІ, Санкт–Петербург), ЛьвівОРГРЕС, Київський політехнічний інститут (КПІ) та інші. На даний час розроблено цілий ряд способів та методик, що дозволяють проводити консервацію внутрішніх поверхонь устатковання енергоблоків ТЕС.

Проблемі збереження зовнішніх поверхонь устатковання енергоблоків під час простоювання їх у резерві приділялось мало уваги, оскільки воно практично постійно працювало, в зв’язку з чим є мало літературних відомостей щодо вирішення цієї проблеми, навіть частково. Відсутні дані, за якими можна було б ефективно проводити режими консервації поверхонь нагріву та мінімізувати втрати теплової та електричної енергії, які є під час збереження зовнішньої частини поверхонь нагріву устатковання, а також під час проведення профілактичних заходів для підтримання його в робочому стані тощо.

Розроблення та використання нових технологій захисту устатковання дозволить ефективно зберігати його в резерві та мінімізувати втрати енергії, що внесе суттєвий вклад у зменшення витрат електричної та теплової енергії на власні потреби ТЕС та продовження терміну експлуатації устатковання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано за тематикою наукової роботи кафедри “Теплотехніки і ТЕС” Національного університету “Львівська політехніка” та за планами робіт ВАТ “ЛьвівОРГРЕС”, які враховували роботи координаційних планів галузі, рішень науково – технічних конференцій, семінарів, нарад з проблем енергоощадження.

Мета роботи і задачі досліджень. Мета роботи – теоретичне обґрунтування та розробка технологій для підвищення ефективності зберігання устатковання ТЕС у резерві, які дозволять мінімізувати втрати теплової та електричної енергії.

Для досягнення мети вирішувались такі задачі:

·

·

·

·

·

Об’єктом дослідження є пиловугільні котли типу ТП–100 та газомазутні котли типу ТГМП–314 і ТГМП–344А енергоблоків потужністю 200, 250/300 і 300 МВт;

Предмет дослідження. Технології захисту зовнішніх поверхонь нагріву котлів енергоблоків потужністю 200, 250/300, 300 МВт від корозії та режими збереження устатковання в резерві.

Методи дослідження. У роботі використаний комплексний метод досліджень, що полягає у сумісному використанні експериментальних даних втрат енергії, визначених на енергоблоках потужністю 200, 250/300 і 300 МВт та аналітичного визначення якісних умов перебування котлів даних енергоблоків у резерві. Достовірність досліджень забезпечена застосуванням сучасних підходів до розробки розрахункових моделей, а також коректністю фізичних гіпотез відносно процесів, що вивчаються.

Наукова новизна роботи полягає в розробленні нових технологій захисту поверхонь нагріву енергетичних котлів ТЕС у резерві, методик визначення втрат енергії, тобто:

·

·

·

·

Практичне застосування отриманих результатів полягає в наступному:

·

·

Впровадження результатів роботи здійснено:

·

·

·

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Автору дисертації належить:

·

·

·

·

·

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень та розробок обговорювались на: третій Міжнародній науково–практичній конференції “Проблеми економії енергії” (Львів, 2001), Міжнародній науково–технічній конференції “Енергоефективність – 2002” (Київ, 2002), четвертій Міжнародній науково – практичній конференції “Проблеми економії енергії” (Львів, 2003).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано у вісьмох працях, серед яких шість статей у фахових наукових журналах України (одна із них без співавторства), два патенти України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація містить вступ, чотири розділи, висновки, список використаних джерел та додатки. Обсяг матеріалу викладений на 173 сторінках, з них на 12 сторінках список використаних джерел із 123 найменувань, на 27 сторінках – 2 додатки.

Основний зміст роботи

У вступі викладено суть проблеми, обґрунтовано актуальність роботи та сформульовані основна мета та завдання досліджень, показано новизну та практичне значення роботи. Представлено відомості про апробації за темою роботи.

У першому розділі проведений огляд фахової літератури щодо стану енергетики за останні 10 років. Аналізуючи літературні джерела, можна відзначити, що за цей час відбувся стрімкий спад виробництва електроенергії, який відбувся внаслідок економічної нестабільності в країні.

Крім того, більшість ТЕС України було споруджено у 50-70 роки минулого століття, це вказує на те, що устатковання є морально застарілим та фізично зношеним (близько 70% устатковання відпрацювало понад 100 тисяч годин, а то й більше). Як наслідок, відбувся різкий спад виробництва електроенергії, а робота електростанцій за цей період характеризується низьким коефіцієнтом використання встановленої потужності. У процесі тривалої експлуатації стан устатковання погіршився, що вимагає перемаркування потужності енергоблоків. Для оцінки зменшення встановленої потужності енергоблоків ТЕС введено поняття коефіцієнта зменшення (перемаркування) номінальної потужності , який для енергоблока можна записати таким чином:

, (1)

де – зменшена номінальна потужність енергоблока, МВт; – номінальна потужність енергоблока, МВт;

Для ТЕС:

, (2)

де - коефіцієнт зменшення номінальної потужності -го енергоблока; – кількість енергоблоків, встановлених на ТЕС.

Більшість енергоблоків потужних електростанцій України вже не може генерувати запроектовану кількість електроенергії, а обчислене значення коефіцієнта зменшення номінальної потужності енергоблоків коливається в межах від 0,875 до 0,95, а для ТЕС – від 0,875 до 0,975. Отже в процесі експлуатації енергоблоків ТЕС все частіше доводиться виводити устатковання в резерв через його незадовільний стан. У зв’язку з цим виникає проблема захисту від корозії металу пароводяного і газового трактів котлів та збереження в працездатному стані основного і допоміжного устатковання, що вимагає витрат електричної та теплової енергії. Охарактеризувати приріст витрати енергії на власні потреби ТЕС можна за допомогою введеного коефіцієнта , який характеризує приріст витрати електроенергії на власні потреби ТЕС, коли частина устатковання перебуває в резерві:

, (3)

де – кількість електроенергії, яка затрачається на збереження устатковання в резерві, тис. кВт·год.; – кількість електроенергії, яка затрачається на допоміжне для працюючої частини електростанції, тис. кВт·год.; - кількість електроенергії, що вироблена тепловою електростанцією, тис. кВт·год.

Аналіз розрахунків показує, що для енергоблоків Бурштинської ТЕС коефіцієнт за 2002 рік становить 1,01, а для Запорізької ТЕС дорівнює 1,16. Цей коефіцієнт є більшим від одиниці, що свідчить про перевитрату електроенергії на власні потреби ТЕС.

Заходи, які застосовуються для захисту устатковання, залежать від терміну, на який воно виводиться в резерв, типу устатковання та його стану.

На стан устатковання, в першу чергу, мають вплив умови експлуатації, а саме вид спалюваного палива, режим навантаження, кількість та хімічний склад відкладень на внутрішній та зовнішній поверхнях металу теплообмінних поверхонь нагріву, а також стан самого металу.

Для захисту металу котлів зі сторони газового тракту рекомендовано термічний метод захисту. Метод полягає в тому, що нагрівають поверхні металу газового тракту підігрітим повітрям. Повітря має бути попередньо підготовлене - нагріте до температури не нижче ніж 70°С з відносною вологістю не вище ніж 40% (тобто вище від температури точки роси). Практичне застосування такого методу вказує на те, що залежно від зовнішніх умов (змінна температура, відносна вологість зовнішнього повітря) завжди необхідно подавати повітря зі сталими параметрами, що є економічно невигідним та призводить до збільшення затрат теплової і електричної енергії. Крім того, для забезпечення працездатності котлів та енергоблоків в цілому залучається до роботи допоміжне устатковання. Величину втрат теплової та електричної енергії необхідно облікувати, при цьому методики обчислення втрат енергії та розрахунки її відсутні.

У другому розділі показані схеми захисту теплоенергетичного устатковання під час перебування котлів у резерві та методики проведення вимірювань і обчислень втрат теплової та електричної енергії.

Для захисту металу газоповітряного тракту котла розроблено принципову схему захисту поверхонь нагріву котельної установки, яка дозволяє максимально використати технологічну схему енергоблока рис. 1. Схема працює таким чином: повітря забирається із-зовні через повітрозабірні патрубки 2, рухаючись коробом збору повітря 1 через дуттьовий вентилятор 3, надходить у калорифер 4, де підігрівається до потрібної температури і через повітряну сторону повітропідігрівника 5 подається в паливню котла 6 за рахунок самотяги, що створюється між котлом і димовою трубою. Рухаючись вздовж газового тракту котла, повітря омиває радіаційні 7 та конвективні поверхні нагріву (економайзер) 8 і за допомогою короба відхідних димових газів проходить через газову сторону повітропідігрівника 9, через шибери 10 та димосмок 11 надходить в димову трубу 12. Під час руху підігрітого повітря за рахунок контакту з поверхнями нагріву досягається необхідна температура металу (вища від температури точки роси).

За допомогою шибера 10 можна регулювати величину самотяги в паливні та конвективній шахті котла. Повітря на калорифер 4 відбирається із приміщення котлотурбінного цеху тоді, коли плюсова температура зовнішнього повітря, і ззовні – у випадку мінусових температур.

Особливості розробки схеми захисту теплоенергетичного устатковання залежать, в першу чергу, від технологічної схеми енергоблока ТЕС. Залежно від типу енергоблока (газомазутний чи пиловугільний) застосовують відповідну схему захисту котельної установки.

Для збереження котлів газомазутних енергоблоків у резерві застосовують схему захисту газового тракту, зображену на рис.2.

В даній схемі транспортування підігрітого повітря відбувається за рахунок самотяги димової труби з розрідженням перед димовою трубою на рівні 40-70 кг/м2. Крім того, в схемі використовується димосмок рециркуляції газів, за допомогою якого повітря додатково циркулює газовим трактом котла (газохід перед повітропідігрівником – пальники котла), що сприяє більш глибокому охолодженню повітря. Схема транспортування підігрітого повітря також може бути використана для підвищення температури повітря в межах непрацюючих котлів, що є актуальним у зимовий період, коли надто низькі температури зовнішнього повітря.

Для пиловугільних котлів до схеми захисту слід віднести також систему пилоприготування (рис. 3). В процесі роботи метал пилосистеми зазнає ерозійного зношення (стирається окисна плівка), а також сушіння палива проводиться димовими газами, що призводить до насичення відкладень оксидами сірки. За умови конденсації водяної пари з повітря на металі можливе утворення сірчаної кислоти. Отже, метал пилосистеми також потрібно захищати.

Запропоновані схеми дозволяють максимально використовувати устатковання енергоблока, який перебуває в резерві, для підготовки повітря та забезпечення його циркуляції.

В період перебування енергоблоків у резерві виконують технологічні заходи для забезпечення функціональної здатності енергоблока. Під час виконання цих заходів витрачається деяка кількість теплової та електричної енергії. Залежно від тривалості перебування устатковання в резерві заходи можна поділити на три групи. При цьому розроблені відповідні методики з визначення втрат теплової та електричної енергії, а саме:

џ

џ

џ

У третьому розділі подані результати експериментального визначення втрат теплової та електричної енергії під час перебування енергоблоків ТЕС у резерві. Дослідження проводились на пиловугільних котлах типу ТП–100 та газомазутних котлах типу ТГМП–314 і ТГМП–344А енергоблоків потужністю 200, 250/300 і 300 МВт. Залежно від етапів перебування в резерві витрачається відповідна кількість теплової та електричної енергії. Втрати енергії внаслідок вакуумного сушіння пароводяного тракту енергоблока, дренування котлової води та відпомповування конденсату із конденсатного тракту представлені на рис.4 і рис.5.

Втрати тепла є майже сталими величинами для кожного виведення енергоблока в резерв і залежать тільки від характеристик устатковання.

Під час перебування енергоблоків у резерві для забезпечення їх працездатності після простоювання, окремі системи і механізми постійно перебувають у роботі.

До них належать: помпи системи ущільнень вала генератора; помпи охолодження статора генератора; нагрівники двигунів димосмоків, дуттьових вентиляторів, димосмоків рециркуляції газів; помпи відкачування дренажу з приямка конденсатних помп; помпи відкачування конденсату із бака нижніх точок; вентилятори димової труби. Залучення допоміжного устатковання призводить до збільшення витрат електричної енергії на власні потреби ТЕС, величина яких залежить від тривалості перебування енергоблока в резерві.

Втрати електроенергії є у широкому діапазоні, поясненням чого є змінний коефіцієнт завантаження двигунів для різного типу енергоблоків.

Залежно від тривалості перебування устатковання в резерві відповідною буде кількість використаної електроенергії на привід механізмів (рис. ). На основі проведених експериментальних досліджень визначені коефіцієнти завантаження механізмів.

За експериментальними даними отримані математичні залежності, за якими можна визначити витрати електричної енергії залежно від тривалості перебування енергоблока в резерві:

, (16)

де – стала витрат електричної потужності енергоблоку, кВт; –

тривалість перебування енергоблока в резерві, год.

На основі експериментальних даних показано, що величина є змінною для різного типу устатковання ТЕС і складає: для Трипільської ТЕС (енергоблок 300 МВт) – 98 кВт; Київської ТЕЦ – 5 (енергоблок 300 МВт) – 71 кВт; для Київської ТЕЦ ? 6 (енергоблок 300 МВт) -– 72 кВт; для Бурштинської ТЕС (енергоблок 200 МВт) – 182 кВт.

Для забезпечення надійних умов перебування газового тракту енергетичних котлів у резерві відповідно до розроблених схем проводився їх захист. Величина втрат теплової енергії під час захисту зовнішніх поверхонь нагріву є змінною величиною, яка залежить від температури зовнішнього середовища, від величини температури повітря, до якої воно підігрівається в калориферах, витрати повітря та застосованої схеми. Величини втрат теплової енергії під час захисту зовнішньої частини металу газового тракту для різних типів котлів подані на рис. .

На основі експериментальних досліджень для газомазутних котлів типу ТГМП-314 і ТГМП-344А енергоблоків 300 МВт та котлів ТП-100 енергоблоків 200 МВт отримані аналітичні залежності втрат теплової енергії ()у вигляді:

, (17)

де – втрати тепла енергоблоку при , ГДж/год;

–втрати тепла при зміні температури зовнішнього повітря на , ГДж/(год•єС); –

температура зовнішнього повітря, єС.

Для котлів типу ТГМП-314 величини і знаходяться в таких діапазонах: від ГДж/год до ГДж/год і від мінус ГДж/(год•єС) до мінус  ГДж/(год•єС). Для котлів типу ТГМП-344А: ГДж/год і ГДж/(год•єС).

Для енергоблоків 200 МВт з пиловугільними котлами типу ТП-100  ГДж/год і  ГДж/(год•єС).

Під час проведення досліджень на котлах ТГМП–314, ТГМП–344А устатковання перебувало в довготривалому резерві, захист від корозії здійснювався за рахунок транспортування через газоповітряний тракт котлів повітря, нагрітого у калориферах типу КСО–110 парою із колектора власних потреб з тиском 1,3 МПа до температури 50ч900С. Рух повітря по газоповітряному тракту здійснювався завдяки самотязі димової труби. В результаті проведення експериментів були отримані залежності температури металу нижньої радіаційної частини від температури повітря за калориферами. Були визначені залежності температур металу поверхонь нагріву котлів від температури повітря за калорифером (рис. ).

Паралельно з визначенням втрат теплової та електричної енергії досліджувалась ефективність застосовуваних схем транспортування повітря з метою оптимального використання тепла для захисту поверхонь нагріву котла. Зокрема, було встановлено, що практично в усіх випадках транспортування повітря відбувалось при відведених плитах радіальних ущільнень повітропідігрівника та включеному роторі. У цьому випадку нагріте повітря частково перетікало та переносилось в газоходи перед димосмоками, обминаючи газоповітряний тракт котла, що призвело до додаткових втрат тепла і зниження ефективності нагрівання поверхонь нагріву. Відключення (зупинка ротора) регенеративного повітропідігрівника і підведення у робочий стан радіальних плит дозволяє збільшити кількість нагрітого повітря, котре поступає у газовий тракт котла (паливня – димосмок), що забезпечує нагрів та підвищення температури металу нижньої радіаційної частини від 25 до 55 0С, ширмового пароперегрівника від 30 до 40 0С.

Температура повітря за димосмоками знижується на 20 – 25 0С (від 50 – 55 0С до ~300С), що свідчить про ефективне використання тепла повітря. Апроксимувавши залежності зміни температури металу () від температури повітря за калорифером отримали наступне рівняння:

, (18)

де ? початкова температура металу, °С;

? температура підігрітого повітря після калорифера, °С;

– поправочний коефіцієнт.

Для котлів ТГМП-314 величина початкової температури є в межах від мінус 26°С до 2°С і відповідно коефіцієнт від до 0,815, для котла ТГМП-344А ? =-3,8°С і =0,55, а для котла ТП?100 ? =0,43°С і =0,08.

Діапазон значень початкової температури металу можна пояснити різними умовами перебування котлів у резерві, а саме: температура навколишнього середовища, температура повітря в котельному цеху, щільність обмурівки котла, величина розрідження в газовому тракті і т.д.

На основі експериментальних досліджень встановлено оптимальну температуру повітря, яку необхідно підтримувати у газоходах котла, а саме її значення повинні бути на 4-6°С більше від температури точки роси.

У четвертому розділі проведено аналітичне дослідження впливу фізичних параметрів повітря, що використовується для захисту зовнішньої частини поверхонь нагріву котлів від корозії, на втрати тепла під час перебування енергоблоків у резерві.

На час перебування енергетичних котлів у резерві їх газоповітряний тракт знаходиться в оточенні повітря, що характеризується змінною температурою, барометричним тиском та відносною вологістю. У результаті аналітичних досліджень було виявлено, що при температурі та розрідженні, яке створюється в котлі, температура точки роси водяної пари повітря є нижчою ніж температура повітря на виході з котла.

Математично описати температурний режим поверхонь нагріву котла в резерві, досить складно. Проте для достатньо точної оцінки граничних меж температури елементів теплообмінних поверхонь котла вихідну модель спростимо у двох напрямках:–

перше спрощення – це розгляд теплообмінної поверхні як одного із елементів, що беруть участь у теплообміні – порожнистого циліндра (труба) , на поверхні якого за законом Ньютона відбувається теплообмін із зовнішнім середовищем, що має температуру . Температурне поле на поверхні труби було визначено із задачі теплопровідності для суцільного циліндра. Після розв’язку задачі отримано залежність:

, (19)

де – відповідно, радіальна та осьова змінні циліндричної системи координат, м; – температура металу, °С; - температура зовнішнього середовища, °С; - число Біо, [-]; – модифікована функція Беселя нульового порядку; [-]; замінна величина, [-], –

друге спрощення – це розгляд задачі теплопровідності для смуги, одна із поверхонь якої знаходиться в умовах конвективного нагрівання, а інша в умовах охолодження чи теплової ізоляції (мінімальна межа реальної температури теплообмінної поверхні).

Для визначення нижньої межі температур теплообмінної поверхні розглянемо смугу шириною з поверхнею , яка перебуває в умовах теплообміну із зовнішнім середовищем з температурою за законом Ньютона із коефіцієнтом тепловіддачі та поверхнею із зовнішнім середовищем з температурою та з коефіцієнтом тепловіддачі .

Для моделі смуги температуру поверхні можна обчислити за залежністю:

, (20)

де , ? коефіцієнт Біо на поверхні та , [-]; - температура зовнішнього середовища на поверхні та , °С; ? замінна величина, [-].

Згідно з проведеними розрахунками розподіл температур по довжині газового тракту котла можна описати таким чином: , де – константа, що характеризує максимальне значення температури повітря, - ділянка газового тракту паливні, м. За отриманими залежностями для моделі циліндра та плоскої поверхні було побудовано криві зміни температури поверхні металу від числа для різних ділянок газового тракту котла.

Було встановлено, що суттєвим чинником, який впливає на температуру поверхні теплообміну, є число . Зменшення цього параметра призводить до зменшення температури поверхні теплообміну як у першій, так і у другій моделях. Враховуючи його вираз , можна зробити висновок, що при постійному радіусі елементів теплообмінної поверхні зменшення числа може відбуватись шляхом збільшення коефіцієнта теплопровідності теплообмінної поверхні, який суттєво залежить від її стану (гладкості) та зовнішніх чинників. Найважливішим зовнішнім чинником, що визначає товщину теплового пограничного шару, а отже і сам коефіцієнт тепловіддачі, є насамперед швидкість (її напрям і абсолютне значення) набігання потоку середовища на поверхню.

Запропонована модель передбачає незалежність від координати (ширини та довжини) коефіцієнта тепловіддачі, а для реальної ситуації в паливні котла швидкість руху газу в різних точках різна, а отже і коефіцієнт тепловіддачі мав би бути функцією просторових змінних.

Під час експериментальних досліджень було визначено, що швидкість повітряного потоку по тракту паливні котла знаходиться в межах 0,1ч0,2 м/с.

Для вищевказаних умов було обчислено коефіцієнт тепловіддачі для циліндричної поверхні та плоскої смуги і визначено число . За таких умов максимальне число є в межах 0,0044ч0,0048. Температура стінки металу для таких чисел буде в межах: для моделі циліндра , а для моделі плоскої смуги . За таких умов поверхня металу погано нагрівається.

Забезпечити ефективне нагрівання поверхні металу можна збільшивши швидкість повітряного потоку. При цьому число Біо буде прямувати до 0,1.

Перевірити таку умову можна провівши розрахунок числа Біо для діапазону швидкостей від 0,1 м/с до 10 м/с. В результаті обчислень встановлено, що оптимальна швидкість повітря, яка б задовольнила достатні умови теплообміну між потоком повітря та поверхнею металу, знаходиться в межах від 8 до 10 м/с.

Виконано перевірку моделі на достовірність порівнянням отриманих значень температур поверхні для варіанту циліндра і плоскої смуги з експериментальними даними. Експериментальні вимірювання температури металу проводились в нижній радіаційній частині котла – для прямотечійних котлів ТГМП-314 і ТГМП ? А. Розрахункові величини, отримані з урахуванням умов проведення експерименту – швидкість та температура повітря відповідно становить – 0,2 м/с і 90°С. Температура металу за таких умов буде: максимальна (модель циліндра) – 55,8°С, а мінімальна (модель плоскої смуги) – 40,5°С.

Згідно з отриманими експериментальними даними, температура металу нижньої радіаційної частини котлів ТГМП-314 та ТГМП-344А є в межах 46°С. Розрахункові величини знаходяться в прогнозованому інтервалі температур з відносною похибкою від 5% до 23%.

На основі проведених аналітичних досліджень показано, що мінімізувати втрати теплової енергії під час простоювання енергоблока в резерві можна створивши таку швидкість повітря в котлі, яка б задовольнила умови оптимального теплообміну між потоком повітря та поверхнею металу. Це означає, що необхідно турбулізувати повітряний потік на поверхні металу. Наприклад, для котлів ТГМП–314 при температурі підігріву повітря в калорифері 90°С температура металу становить 53°С. При збільшенні швидкості повітря на поверхні металу до 8 м/с, можна досягнути такої ж температури металу, але повітря необхідно буде підігріти лише до 70°С. В результаті застосування такого заходу економія тепла буде становити у порівнянні з експериментальними даними до 1,01 ГДж/год для Київської ТЕЦ-5, для Київської ТЕЦ-6 до 3,12 ГДж/год, та до 2,5 ГДж/год для Трипільської ТЕС.

висновки

1. У дисертаційній роботі на основі аналізу реальних режимів простоювання потужних енергоблоків ТЕС у резерві вирішена задача зберігання зовнішніх поверхонь нагріву пиловугільних та газомазутних котлів типу ТП-100, ТГМП-314, ТГМП-344А енергоблоків потужністю 200, 250/300, 300 МВт в резерві.

2. Розроблені нові технологічні схеми зберігання зовнішніх поверхонь нагріву пиловугільних та газомазутних котлів в резерві за рахунок транспортування підігрітого повітря по газовому тракту котла.

3.Розроблені методики визначення втрат теплової і електричної енергії для зберігання поверхонь нагріву пиловугільних і газомазутних котлів енергоблоків 200, 250/300, 300 МВт на період, коли устатковання:

· виводиться в резерв;

· перебуває в резерві;

· виводиться з резерву.

4. Вперше отримані експериментальні дані та графічні залежності зміни кількості втрат електричної і теплової енергії під час перебування енергоблоків потужністю 200, 250/300, 300 МВт у резерві для котлів ТП-100, ТГМП-314, ТГМП-344А.

5. Отримані аналітичні залежності зміни втрат теплової та електричної енергії () від режимних параметрів котлів, а також поправочні коефіцієнти на їх визначення, для пиловугільних котлів ТП-100 та газомазутних ТГМП?314 та ТГМП?344А під час простоювання блоків.

6. Розроблено математичну модель залежності зміни температури поверхні металу поверхонь нагріву котла від величини температури повітря, яке надходить в газовий тракт.

7. Визначено, що для реальних умов температура стінки металу у паливні буде в таких межах: для верхньої межі , а для нижньої .

8. Визначені оптимальні швидкості повітряного потоку на поверхні металу для умов, коли значення числа Біо наближається до 0,1, а також встановлено, що ця швидкість є в межах 8ч10 м/с.

9. Показано, що економія теплової енергії під час проведення рекомендованих заходів по захисту зовнішньої частини поверхонь нагріву може становити до 1,01 ГДж/год для Київської ТЕЦ-5, для Київської ТЕЦ-6 до 3,12 ГДж/год, та для Трипільської ТЕС до 2,5 ГДж/год.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

1. Мисак Й.С., Якимів Є.М. Витрати води і тепла зумовлені продуванням циркуляційних контурів барабанних котлів // Вісник НУ “Львівська політехніка“. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2000. – №404. – С. 97-99.

Здобувачеві належить розроблення методики визначення втрати тепла з продувочною водою під час продування циркуляційних контурів.

2. Мисак Й.С., Крук М.Т., Якимів Є.М. Визначення витрат теплової та електричної енергії на допоміжне устатковання під час знаходження блоків ТЕС у резерві // Вісник НУ “Львівська політехніка“. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2002. – №452. – С. 174-178.

Здобувачеві належить розроблення методики визначення втрати електричної та теплової енергії на допоміжне устатковання під час перебування ененргоблоків ТЕС у резерві.

3. Очищення поверхонь нагріву регенеративних повітропідігрівників перед їх консервацією/ Мисак Й.С., Янко П.І., Івасик Я.Ф., Якимів Є.М. // Вісник НУ “Львівська політехніка“. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2001. – №432. – С. 84-87.

Здобувачеві належить розроблення алгоритму послідовності проведення очищення регенеративних повітропідігрівників.

4. Деякі напрямки заощадження енергоресурсів котельними агрегатами/ Янко П.І., Мисак Й.С., Гут П.О., Якимів Є.М., Кравець Т.Ю.// Энергетика и электрификация. – 1999. – №9 р. – С.9-11.

Здобувачеві належить розроблення концепції наукової праці та проведення літературного огляду по даній тематиці.

5. Якимів Є.М. Визначення оптимальної температури підігріву повітря для захисту котлів від корозії під час знаходження їх в резерві // Вісник НУ “Львівська політехніка“. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. 2002. – №460. – С. 128-131.

Здобувачеві належить проведення розрахунків по визначенню оптимальної температури підігріву повітря, яке використовується для захисту поверхонь нагріву котлів.

6. Якимів Є.М., Мисак Й.С., Крук М.Т. Методика визначення витрат теплової та електричної енергії на допоміжне устатковання під час перебування блоків ТЕС у резерві // Энергетика и электрификация. – 2001. – №11. – С. 9-11.

Здобувачеві належитьузагальнення величин втрат енергії під час перебування енергоблоків у резерві.

7. Патент України 52703, F23L15/00. Спосіб захисту поверхонь нагріву котельної установки від корозії під час простоювання / Мисак Й.С., Крук М.Т., Гут П.О., Якимів Є.М. - №99052723; Заявл.18.05.1999р.; Опубл15.01.2003., Бюл. №1. – 2с.

Здобувачеві належить проведення аналізу існуючих схем захисту газового тракту котельної установки під час перебування її у резерві.

8. Патент України 62958, F22B33/00, F23C9/00, F23L15/00. Котельна установка / Мисак Й.С., Крук М.Т., Гут П.О., Янко П.І., Якимів Є.М., Кравець Т. Ю., Марчак І.І. - №99105560; Заявл.12.10.1999; Опубл 15.01.2004; Бюл. №1. – 2с.

Здобувачеві належить розроблення схеми збереження котельної установки у резерві.

Анотація

Якимів Є. М. Технології захисту поверхонь нагріву котлів та мінімізація втрат енергії під час простоювання енергоблоків 200 і 300 МВт.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – технічна теплофізика та промислова теплоенергетика.- Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2007.

Дисертаційна робота присвячена проблемі захисту зовнішньої частини металу поверхонь нагріву пиловугільних котлів типу ТП-100 та газомазутних котлів типу ТГМП-314, ТГМП–344А енергоблоків потужністю 200, 250/300 і 300МВт у резерві, та мінімізації втрат теплової і електричної енергії.

Під час виконання дисертаційної роботи було здійснено низку експериментальних досліджень, на основі яких було розроблено алгоритм проведення заходів для захисту газового тракту котлів. Для визначення втрат теплової та електричної енергії розроблені методики відповідно до етапів перебування енергоблока у резерві. Для збереження устатковання в резерві розроблені схеми захисту устатковання, які дозволяють максимально використати експлуатаційні схеми енергоблока. Розроблена математична модель процесу теплообміну в паливні котла і проведено обчислення умов теплообміну для існуючих котлів. Визначені заходи щодо покращення теплообміну в паливні котла та мінімізації втрат теплової енергії. Розроблені схеми захисту металу газового тракту енергетичних котлів та основні результати роботи знайшли промислове впровадження на існуючих теплових електростанціях України.

Ключові слова: енергоблок, котел, технології та схеми захисту поверхонь нагріву, резерв, поверхні теплообміну, ефективність, мінімізація, втрати енергії.

АННОТАЦИЯ

Якымив Е. Н. Технологии защиты поверхностей нагрева котлов и минимизация потерь энергии при простое энергоблоков 200 и 300 МВт. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. - Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2007.

Диссертация посвящена проблеме сохранности котлов энергоблоков мощностью 200, 250/300 и   МВт в резерве и минимизации потерь тепловой и электрической энергии при проведении мероприятий по защите оборудования.

При выполнении диссертационной работы произведено ряд экспериментальных исследований, на основе которых был разработан алгоритм проведения мероприятий по защите оборудования. Для определения потерь тепловой и электрической энергии разработаны методики в соответствии с этапами пребывания энергоблока в резерве. Кроме того, для сохранности оборудования в резерве разработаны схемы защиты оборудования, которые позволяют максимально использовать эксплуатационные схемы энергоблока. Разработана математическая модель процесса теплообмена в топке котла и проведено определение условий теплообмена для существующих котлов. Разработанные схемы защиты металла газового тракта энергетических котлов и основные результаты работы нашли промышленное внедрение на существующих тепловых электростанциях Украины.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений.

В 1 разделе произведен анализ литературных источников, на основе которого можно сделать вывод, что в настоящее время оборудование тепловых электрических станций давно уже исчерпало свой технический ресурс, а также в последнее время эксплуатация ТЭС велась в сменных режимах нагрузок, вследствие чего оборудование часто выводилось в ремонт или резерв.

Во 2 разделе представлены разработанные схемы защиты газового тракта котельных установок, которые максимально используют технологические схемы энергоблоков ТЭС. Разработанные схемы дают возможность производить защиту оборудования как газомазутных, так и пылеугольных энергоблоков. Также приведены разработанные методики учета потерь тепловой и электрической энергии во время защиты оборудования.

В 3 разделе изложены алгоритмы мероприятий по защите газового тракта газомазутных и пылеугольных энергоблоков. По предложенным алгоритмам были произведены экспериментальные исследования потерь тепловой и электрической энергии. В соответствии с алгоритмом период пребывания оборудования в резерве разделяется на следующие этапы:

·

·

·

В 4-ом разделе приведены аналитические исследования влияния разрежения на температуру точки росы, так как с уменьшением давления возрастает вероятность снижения температуры конденсации водяного пара из воздуха. В результате проведения расчетов было определено, что при температуре и создающимся разрежении температура точки росы водяного пара воздуха ниже температуры воздуха на выходе из котла. Для определения недостатков теплообмена была разработана математическая модель, которая рассматривает стационарный процесс теплообмена для цилиндрической и плоской поверхности с построением зависимостей температуры поверхности металла теплообменных поверхностей от температуры воздуха, который подается в топку котла для защиты металла от коррозии. В результате расчетов было определено, что при скорости воздуха в топке котла 0,1ч0,2 м/с зависимость температуры поверхности металла соответствует закону – (соответственно для цилиндрический и плоской поверхности). Для улучшения нагревания поверхности металла был произведен расчет числа Био для разных скоростей и была определена оптимальная скорость воздушного потока, которая составляющая 8ч10 м/с, при которой температура нагрева поверхности металла связана с температурой воздуха следующей зависимостью . Данные параметры воздушного потока дают возможность минимизировать потери тепловой