Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Вдосконалення теплообмінних апаратів здійснюється як у рамках традиційних конструкцій шляхом модернізації окремих елементів, так і у напрямі створення принципово нових апаратів. Поліпшення конструкцій апаратів повинне забезпечувати при високій надійності інтенсифікацію в них теплообміну, що може бути досягнуто застосуванням інтенсифікованих поверхонь теплообміну, таких, наприклад, як обребрені і по-різному профільовані трубки, а також використання інших методів інтенсифікації теплообміну. Підвищенню теплової ефективності апаратів сприяє і вдосконалення аеродинаміки трубних пучків, коли створюються умови для рівномірного обмивання теплоносієм поверхні теплообміну апарату без застійних зон або важкодоступних ділянок, а також усунення або облік впливу протікань теплоносія в проміжках проміжних перегородок і окрім трубного пучка. Проблеми підвищення надійності роботи апаратів вирішуються, як правило, шляхом усунення недоліків існуючих конструкцій, виявлених в процесі експлуатації апаратів. Так, наприклад, раціональна організація підведення міжтрубного теплоносія і його розподілу по трубному пучку дозволяє підвищити вібронадійність трубних систем.

1. Актуальність теми

Основна частина електроенергії, що виробляється, генерується на паротурбінних установках, що входять до складу енергоблоків теплових і атомних електростанцій. Конденсація пари супроводжується значним падінням тиску, при цьому енергоефективність паротурбінної установки визначається різницею тиску пари на вході і на виході з турбіни. Режим плівкової конденсації по паровій стороні і накипеобразование по водяній стороні конденсатора в процесі експлуатації призводять до істотного погіршення теплообмінних і гідравлічних характеристик конденсатора, зростання тиску конденсації і " недовиробітку" електричної потужності енергоблоків ТЭС.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою є дослідження і розробка технічних рішень по підвищенню теплової ефективності і надійності конденсаційних облаштувань турбін теплофікацій. Підвищення ККД конденсатора і парової турбіни.

Основні задачі дослідження:

  1. Аналіз впливу різних чинників на економічність і надійність роботи конденсаційних пристроїв.
  2. Оцінка впливу кінцевих і початкових параметрів на ефективність установки.
  3. Розробка технічних рішень по підвищенню ефективності роботи конеденсационных установок.

Об'єкт дослідження: конденсатор турбоустановки.

Предмет дослідження: дослідження модернізації конденсаторів турбоустановок.

3. Огляд досліджень та розробок

Одним з основних джерел скидної низкопотенциальной теплоти на теплових електричних станціях (ТЭС) є конденсатори парових турбін, де відбувається конденсація пари, що відпрацювала в турбіні, з виділення прихованої теплоти пароутворення, яка відводиться за допомогою охолоджувальної рідини в довкілля. Звичайним способом використання води для поглинання теплової енергії являється пряме прокачування прісної озерної або річкової води через конденсатор, і потім повернення її в природні водойми без попереднього охолодження.З урахуванням неминучого зростання дефіциту водних ресурсів проводяться дослідження по розробці систем охолодження конденсаторів з мінімальною потребою у воді або взагалі безводих систем охолодження.

У загальному випадку системи охолодження конденсаторів можна підрозділити на мокру (скидна теплота передається холодному джерелу за допомогою проміжного водяного теплоносія), суху (скидна теплота безпосередньо передається холодному джерелу) і гібридну (мокросухую) системи охолодження. На думку більшості фахівців, в умовах дефіциту охолоджувальної води найбільш перспективними є системи сухого і мокросухого охолодження. Саме такі системи охолодження застосовуються або намічаються до установки на ТЭС, розташованих в маловодих районах і в районах безпосередньої близькості до джерел палива в США, ФРН, Франції і Нідерландах.

У США, наприклад, знаходиться в експлуатації енергоблок потужністю 330 МВт з повітряним конденсатором на ТЭС Wyodek (система сухого охолодження) і блок з гібридною (мокросухой) охолоджувальною вежею на ТЭС San Juan III. Для підвищення охолоджувальної здатності сухої системи охолодження в жарку пору року до неї зазвичай підключається додаткова система, що містить елементи випарного охолодження.

Рядом енергетичних дослідницьких центрів США проводиться комплексне дослідження нової системи охолодження, в якій проміжним теплоносієм замість води служить аміак, що випаровується в поверхневому конденсаторі турбіни і конденсується потім в охолоджувальній вежі, де теплота конденсації передається зовнішньому повітрю. Така система забезпечує істотне зниження витрат на установку при незначному зростанні витрат на конденсатор. Проте у зв'язку з токсичністю аміаку мають бути передбачені відповідні заходи безпеки.

Розробляється і інший тип системи сухого охолодження також із застосуванням аміаку в якості проміжного теплоносія для передачі теплоти від пари, що відпрацювала в турбіні, до повітряного довкілля. Система є складанням заповнених аміаком теплових трубок, які служать в якості поверхні конденсатора, ефективно передаючи теплоту конденсації.

Массачусетським технологічним інститутом (США) розробляється конструкція охолоджувача, що складається з дисків, що обертаються, наполовину занурених в лотки з охолоджувальною водою, покритою масляною плівкою. Занурені половини дисків нагріваються у воді, а потім охолоджуються в потоці повітря.Розглянемо ряд принципових схем різних систем охолодження конденсаторів, що активно розробляються нині.

На мал. 1 представлений варіант системи мокросухого охолодження, що містить поверхневий конденсатор 1, незалежні трубні пучки 2 і 3 якого за допомогою трубопроводів 4 і 5 з регулюючою і замочною арматурою підключені відповідно до мокрої 6 і сухий 7 градирням. Наявність допоміжних трубопроводів 12, насосів 8, 9, 10, 11 і місткості 13 дозволяє регулювати теплопроизводительность кожної градирні залежно від температури довкілля. У кожної з градирень передбачена механічна тяга 14.



Малюнок 1 – Система мокросухого охолодження конденсатора

На мал. 2 представлений приклад системи мокросухого охолодження, що використовує як проміжний теплоносій для сухої градирні низькокипляча речовина, наприклад, аміак. У цій схемі між трубним пучком 2 і сухою градирнею 4 встановлений сепаратор 5 для розділення парорідинного потоку аміаку на виході з трубного пучка 2 і подання рідкого аміаку по трубопроводу 6 на вхід трубного пучка 2. Конденсатор 1 виконаний двосекційним, в кожній з секцій розміщено по одному трубному пучку 2 і 3, і кожен пучок автономно підключений відповідно до сухої і мокрої градирням.


Малюнок 2 – Система мокросухого охолодження конденсатора з низькокиплячою речовиною в якості проміжного теплоносія

На мал. 3 показана система охолодження з паралельним підключенням мокрої і сухої частин гібридної градирні. У одному корпусі 1 розміщені суха частина 2 і мокра частина 3. Суха частина 2 виконана у вигляді декількох рядів труб 4, рівномірно розміщених у верхніх воздуховодных вікнах 5. Мокра частина 3 є градирнею випарного типу, розміщеною в нижній частині корпусу 1. Вода, нагріта в конденсаторі 6, поступає по трубопроводах 7 і 8 паралельними потоками в суху 2 і мокру 3 частини градирні.



Малюнок 3 – Система охолодження конденсатора з паралельним підключенням мокрої і сухої частин гібридної градирні

Охолодження води відбувається паралельними потоками повітря, що поступають в корпус 1 відповідно через верхні 5 і нижні 9 воздуховодные вікна. Для зменшення втрат охолоджувальної води над розбризкуючими пристроями 10 частин 3 розміщений водоуловлювач 11. Після охолодження в градирні вода по трубопроводу 12 повертається в конденсатор. Наявність замочно-регулюючої арматури 13 дозволяє регулювати теплопроизводительность частин 2 і 3 залежно від метеорологічних умов довкілля.

Показані вище системи мокросухого охолодження можуть працювати в двох основних режимах. У першому режимі передбачається робота мокрої градирні впродовж мінімального часу. У міру зниження температури зовнішнього повітря витрата охолоджувальної води на мокру градирню зменшується. Другий режим передбачає безперервну роботу мокрої градирні до тих пір, поки не буде досягнута температура зовнішнього повітря, при якій розрахунковий вакуум може бути забезпечений роботою тільки сухої градирні. Досягши цієї температури мокра градирня відключається, а теплове навантаження повністю передається на суху градирню. Мокросухие системи, працюючі в першому режимі, дозволяють заощадити більше води б?льшей втраті енергії, а системи, працюючі в другому режимі, більше економлять енергії за рахунок би?льших втрат води на випар.

У системах сухого охолодження можна виділити дві принципово відмінні одна від однієї схеми прямого і непрямого охолодження.

На мал. 4 представлена схема прямого сухого охолодження з повним зрошуванням теплообмінної поверхні.



Малюнок 4 – Схема прямого сухого охолодження конденсатора з повним зрошуванням теплообмінної поверхні

Система містить колектори 1, забезпечені вертикально встановленими тепловими трубами 2, кожна з яких заповнена теплоносієм (наприклад аміаком), передавальним теплову енергію від пари, що відпрацювала в турбіні, довкіллю 3.

Випарні частини теплових труб розміщені в парових колекторах 1, а конденсуючі частини 4 встановлені вертикально зовні з утворенням декількох рядів теплообмінних поверхонь, зрошуваних водою згори і збоку по напряму руху охолоджувального середовища.

Вода після зрошування теплообмінної поверхні збирається в місткості 5 і насосом 6 по трубопроводах 7 через розбризкуючі пристрої 8 знову подається на теплообмінну поверхню, утворену конденсуючими частинами 4 теплових труб і розміщеними на них ребрами. При зрошуванні теплообмінної поверхні відбувається конвективно-випарна передача теплоти від труб 2 до ребер, потім до водяної плівки і що омиває поверхню теплообміну повітрю.

На мал. 5 представлений приклад схеми непрямого сухого охолодження з піковим охолоджувачем.



Малюнок 5 – Схема непрямого сухого охолодження конденсатора з піковим охолоджувачем

Пара, що відпрацювала в турбіні, по трубопроводу 1 поступає в поверхневий конденсатор 2. Теплота конденсації сприймається проміжним теплоносієм і передається повітряному довкіллю в двох, розміщених у витяжній вежі 3, повітряних теплообмінниках 4 і 5, які за допомогою трубопроводів 6 і 7 і арматури 8, 9 сполучені паралельно. Охолоджений у вежі 3 проміжний теплоносій по трубопроводу 10 повертається в конденсатор 2. Циркуляція проміжного теплоносія між конденсатором 2 і теплообмінниками 4 і 5 забезпечується насосом 11, встановленим на трубопроводі 10. В період максимуму електричного навантаження для підтримки номінального противодавления на турбіні відкривається засувка 12, і частина пари поступає в поверхневий піковий охолоджувач 13. Охолодження і конденсація пари в охолоджувачі 13 забезпечуються холодним теплоносієм, накопиченим в нижній частині місткості 14. Нагрітий в охолоджувачі 13 теплоносій по трубопроводу 15 повертається у верхню частину місткості 14.

В період провалу електричного навантаження гарячий теплоносій з місткості 14 по трубопроводу 16 поступає у водо-водяний теплообмінник 17; теплообмінник 5 за допомогою арматури 8 і 9 відключається від теплообмінника 4, і охолодження гарячого теплоносія в теплообміннику 17 забезпечується проміжним теплоносієм, що зберігається у баку 18 і циркулюючим між теплообмінниками 17 і 5 за допомогою насоса 19.

Висновки

Вдосконалення теплообмінних апаратів паротурбінних установок є одним з важливих завдань енергомашинобудування і енергетики. Посилення вимог до массогабаритным характеристик енергетичного устаткування при одночасному зростанні теплових навантажень, швидкостей робочих середовищ і корозійної активності води, а також можливість забруднення теплообмінних поверхонь змушують розробників і виготівників теплообмінних апаратів шукати нові методи підвищення їх ефективності.

Нижче представлена блок-схема комплексного обгрунтування заходів по вдосконаленню теплообмінних апаратів ПТУ. Пропонована комплексна схема включає сукупність усіх основних чинників, що визначають ефективність і надійність роботи теплообмінного апарату, і може бути використана як при проектуванні нових апаратів, так і при модернізації апаратів в умовах експлуатації. Для спрощення аналізу блок-схема розділена на характерні групи показників, на основі яких і здійснюється оцінка ефективності застосування того або іншого методу, а остаточне рішення приймається на основі техніко-економічного аналізу, що враховує сукупність усіх перерахованих чинників. Початковими даними для аналізу є тип турбоустановки, тип теплообмінного апарату і його місце в технологічній схемі, параметри теплоносіїв, характеристика матеріалу трубок, а також різні цінові показники. При цьому кожен теплообмінний апарат необхідно розглядати не ізольовано, а як органічний елемент турбоустановки. Крім того, істотний вплив можуть робити нормативна характеристика конкретної турбіни, вартість палива на конкретній станції і інші показники. Таким чином, обгрунтування заходів по вдосконаленню теплообмінних апаратів необхідно проводити на основі комплексного техніко-економічного аналізу турбоустановки в цілому.




Перелік посилань

  1. Бродов Ю.М., Савельєв Р.З., Конденсаційні установки парових турбін М.: Энергоатомиздат, 1994.
  2. Мартиненко О.Г., Довідник по теплообмінниках. Том 2, Энергоатомиздат, 1987. — 352 с.
  3. Шкловер Г.Г., Мильман О.О., Дослідження і розрахунок конденсаційних облаштувань парових турбін, Энергоатомиздат, 1985. - 240 с.
  4. Бажан П.И., Довідник по теплообмінних апаратах, Машинобудування, 1989. — 366 с.
  5. Берман С.С., Теплообмінні апарати і конденсаційні пристрої турбоустановок Підручник. - М. : Машгиз, 1959. - 428 с.
  6. Рыжкин В.Я., Теплові електричні станції: Підручник для внз/ під ред. В. Я. Гиршфельда. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 328 с.
  7. Трухний А.Д., Ломакин Б.В., Парові турбіни теплофікацій і турбоустановки : навчальний посібник для внз. – М.: Издательство МЭИ, 2002 г. – 540с.