Лекции по ТМ и ВО ТЭС

Затрачиваемая в идеальном цикле сжатия 1 м3 газа работа запишется по выражению

(2)

где k — показатель адиабаты (для двухатомных газов k = 1,4); p1, p2 — давление газа в начале и в конце сжатия, кПа.

При расчете затрачиваемой мощности вентилятора вместо адиабатной работы подставляют развиваемое давление, кПа,

H p2 p1,

тогда мощность сжатия, кВт, запишется в форме

Wид VH .

(3)

Поправку ψ можно определить по формуле

1 1 H , 2k p1

(4)

вытекающей из выражения (2).

При нормальном атмосферном давлении p1 = 101,3 кПа выражение (4) упрощается

1 3,6 10 3H.

(5)

Поправочный коэффициент ψ следует вводить, если полное давление машины превышает 3 кПа; при меньших значениях H можно принимать ψ = =1.

1.2. Газовые тракты паровых котлов под разрежением и наддувом

Одним из способов повышения экономичности работы ТЭС является применение газоплотных котлов под наддувом вместо паровых котлов с уравновешенной тягой. Создание газоплотных котлов, работающих под наддувом, связано с некоторыми трудностями при их изготовлении и эксплуатации. К настоящему времени можно считать освоенными для работы

под наддувом котлы на газе и мазуте на докритические параметры (котлы ТГМЕ-464 паропроизводительностью 500 т/ч) и на закритические параметры (ТГМ-324 паропроизводительностью 1000 т/ч).

Экономия энергии или топлива от применения газоплотного котла и наддува по сравнению с обычным котлом под разрежением складывается из трех составляющих: уменьшения мощности на привод тягодутьевых машин, снижения потерь с уходящими газами вследствие снижения избытка воздуха и снижения температуры уходящих газов.

Затраты энергии на преодоление сопротивления газового тракта котла при установке дымососа, кВт, можно представить в виде

(6)

где В — расход топлива, кг/с; αд — избыток воздуха перед дымососом; ∆αг = =(Vг0 V0 ) — 1 — увеличение теоретического объема газа по сравнению с объемом воздуха при α = 1; V0 — теоретически необходимый для сгорания

объем воздуха при нормальных условиях, м3/кг; Vг0 —теоретический объем продуктов горения при нормальных условиях и α = 1, м3/кг; Нг — сопротивление газового тракта, кПа; Тд — температура газов перед дымососом, К;q4 — потеря теплоты от механического недожога, %;ηдв,ηд — КПД дымососа, приводного двигателя; ∆αг принимается по приближенному выражению

г 4,7Wп 0,1Vг , 100 100

где Wп — приведенная влажность топлива, %/МДж; Vг — выход летучих на горючую массу, %.

Для мазута ∆αг = 0,075, для природного газа ∆αг = 0,125.

Общая мощность, вырабатываемая блоком, кВт, определяется соотношением

W BQнр э.с.

(7)

где Qнр — теплота сгорания топлива низшая, кДж/кг; ηэ.с — КПД ТЭС брутто.

Разделив выражение (8.6) на (8.7), найдем удельный расход энергии на

тягу:

где к.а — КПД котла, %. Принимая средние значения Vп0 и св, получаем

p 0,35 10 3 уф tв 100 q4 .

к.а

(11а)

При отсутствии присосов в конвективной шахте парового котла происходит уменьшение потерь с уходящими газами также за счет снижения температуры уходящих газов ух на 4—5 ºС при тех же поверхностях

нагрева, при этом экономия энергии за счет снижения теплоты уходящих газов составит

(12)

1.3. Выполнение газовоздухопроводов

Воздуху и дымовым газам, движущимся по тракту, приходится преодолевать два вида сопротивлений: сопротивление трения ∆pтр, т. е. сопротивление при течении потока в прямом канале постоянного сечения, и местные сопротивления ∆pм, связанные с изменением формы или направления канала, каждое из которых условно считается сосредоточенным в каком-либо одном сечении канала, т. е. не включает в себя сопротивление трения.

Расчет сопротивления ведется по следующим выражениям:

l

pтр dэ pд;

(13)

pм pд;

(14)

где pд = u22; — коэффициент местного сопротивления; λ — коэффициент сопротивления трения; l, dэ — длина, эквивалентный диаметр, м; pд — динамическое давление, Па; ρ— плотность среды, кг/м3.

Для развитого турбулентного потока, характерного для большинства участков газовоздушных трактов (Re > 105), с достаточной степенью точности для определения коэффициента трения можно пользоваться следующим выражением:

(15а)

В области квадратичного закона сопротивления коэффициент λ не зависит от Re:

Конфигурация газовоздухопроводов современной ТЭС является довольно сложной, поэтому наибольшая часть давления затрачивается на преодоление местных сопротивлений ∆pм. Местные сопротивления встречаются в самых различных элементах, связанных с транспортировкой газов, паров и жидкостей. Однако газовоздушные тракты ТЭС отличаются рядом особенностей, которые во многих случаях не позволяют применить для их проектирования известные решения из смежных областей.

Газовоздухопроводы крупных ТЭС отличаются большими сечениями, в связи, с чем особое значение приобретают вопросы изыскания компактных форм элементов местных сопротивлений.

На выбор аэродинамических форм оказывают влияние применяемые материалы. Так, например, внешние газоходы многих ТЭС выполняются в сборном железобетоне из плоских плит.

Большая часть газовоздухопроводов и внешних газоходов выполняется прямоугольного сечения, что связано с особенностями примыкающего оборудования, сложностью конфигурации, особенностью используемых строительных материалов и др. Вместе с тем газовоздухопроводы круглого сечения имеют меньший расход материала и должны применяться там, где это возможно.

Для газопроводов и газоходов котлов, работающих на твердых топливах, особое значение имеет предотвращение отложений летучей золы и снижение абразивного износа.

При турбулентном движении газа в канале поток можно разделить на турбулентное ядро и пограничный слой вблизи стенок. При движении в прямом канале в ядре потока скорость по сечению канала меняется мало, а

затем в тонком пограничном слое быстро падает до нулевого значения на стенке. В ядре потока силы внутреннего трения невелики, и потому движение в нем можно считать таким же, как и в идеальной жидкости, в которой внутреннее трение отсутствует. Это предположение справедливо до тех пор, пока в пограничном слое не произойдет отрыв пограничного слоя от стенки и не возникнут вихри, искажающие картину движения в ядре потока. При отрыве потока и возникают местные гидравлические сопротивления.

Рассмотрим условия отрыва пограничного слоя для трех случаев движения потока в канале постоянного сечения, конфузоре и диффузоре. Составим уравнение Бернулли для двух сечений канала, пренебрегая гидравлическими потерями на рассматриваемом участке (для идеальной жидкости):

Поскольку известно условие, с помощью которого можно оценить эффективность того или иного элемента газовоздушного тракта, возникает задача о нахождении для исследуемых профилей. Для этого необходимо найти распределение скоростей потока в условиях движения идеальной жидкости, т. е. такой жидкости (газа), в которой между ее частицами, частицами жидкости и стенкой полностью отсутствует трение. Задача движения идеальной жидкости может быть решена теоретически для целого ряда элементов газовоздушных трактов. В частности, это относится к плоской задаче, когда движение потока происходит в одной плоскости, а в другой размер остается постоянным. Такой случай имеет место при газоходах прямоугольного сечения.

Движение плоского потока идеальной жидкости описывается с помощью теории комплексного переменного и конформных отображений.

Газовоздушные тракты ТЭС имеют большое число поворотов. Плавные повороты при больших радиусах скругления практически не могут быть реализованы в газовоздушных трактах, так как они не размещаются в заданных габаритах. Дополнительные трудности возникли в связи с применением сборного железобетона для внешних газоходов.

Таким образом, конструирование поворотов без местных потерь оказывается невозможным, и требуется найти повороты с минимальными местными потерями при заданных их габаритах.

Для ряда случаев требуется выполнение поворотов, отличающихся особенно высокой компактностью и не выходящих за габариты резких поворотов на 90е. При этом используется схема поворота, приведенная на рис. 2, б когда скругляющая часть внутренней кромки поворота располагается внутри габаритов резкого поворота и проходит через острую его кромку. До поворота выполняется конфузор, после него — диффузор, при этом между радиусом скругления сохраняются те же соотношения, что и приведенные по уравнению (8.35). Коэффициент сопротивления такого поворота оказывается лишь немногим больше, чем для нормального поворота, когда внутренний радиус располагается вне поворота.

Рис. 2. Поворот на 90° с внутренним скругленнием

а — исходная схема нормального поворота; б — схема с внутренним скруглением; в - коэффициент сопротивления: для поворота и кривая 1, для поворота б кривая 2. Крестиками показаны опытные данные

На рис. 8.7, в приведены коэффициенты сопротивления поворотов обычного и вписанного в габариты поворота с острыми кромками. Принципиальным отличием вписанного поворота от обычного является то, что при радиусе Rl = 0,6 его сопротивление достигает минимума и дальнейшее увеличение нецелесообразно, так как при этом происходит сильное сужение сечения в месте поворота.

Тройники относятся к довольно распространенным, но в то же время наиболее сложным элементам газовоздушных трактов ТЭС. Сложность их расчета и проектирования состоит в том, что потери в них зависят не только от конструктивных форм и углов между потоками, но и от режимных факторов, определяемых соотношением скоростей во всех трех ответвлениях.

Особый интерес представляют тройники внешних газоходов на участке дымососы — дымовая труба, включая вход в дымовую трубу. По мере продвижения уходящих газов к дымовой трубе происходит объединение потоков от отдельных дымососов, и образуется единый поток внутри дымовой трубы. Таким образом, эти тройники относятся к типу собирающих.

Рис. 3. Выполнение тройников во внешних газоходах

а — исходный нерациональный вариант; б — рекомендуемый вариант

Особенностью тройников, получивших широкое применение при выполнении внешних газоходов ТЭС (рис. 3, а), является слияние потоков

под прямым углом, причем сечение газохода на проход остается неизменным, несмотря на изменение количества газов до и после объединения потоков. Подобная схема оказалась неблагоприятной не только из-за больших потерь, но и из-за возникновения пульсаций при соударениях потоков.

Как и в других элементах, особое значение имеет компактность выполнения, отсутствие аэродинамических пульсаций, золовых отложений и др.

Наиболее удачным решением является полное разделение потоков, исключающее соударение. Выполнение такого поворота на 90° показано на рис.3, б.

Лекция №13

1. Золоуловители

1.1. Основы золоулавливания

В связи с широким использованием твердых топ лив и повышением требований к охране окружающей среды на ТЭС все большее значение приобретают вопросы золоулавливания. Очистка дымовых газов способствует не только снижению выбросов золы в атмосферу, но и повышению надежности эксплуатации рабочих колес дымососов, особенно осевых.

Степень улавливания золы должна быть такой, чтобы обеспечить на уровне дыхания при неблагоприятных метеорологических условиях концентрацию золы не выше предельно допустимых концентраций (ПДК). Практически на мощных ТЭС (более 500 МВт) устанавливаются золоуловители со степенью улавливания золы η = 0,99÷0,995, а при меньших мощностях η = 0,93÷0,97. Большие цифры относятся к многозольным топливам (Ап > 1 %/МДж). Степень улавливания золы определяется соотношением

свх свых свх

(1)

где свх и свых — концентрация золы на входе и выходе золоуловителя, кг/м3. Удобной характеристикой золоуловителей также является величина, называемая степенью проскока:

р 1 свых .

свх

(2)

Степень проскока пропорциональна количеству выбрасываемой в атмосферу золы, г/с, той или иной установкой:

(3)

где В — расход топлива, кг/с; Ар — зольность топлива, %; q4 — потеря теплоты с механическим недожогом, %; Qнр — низшая теплота сгорания, МДж/кг; αун — доля золы топлива, уносимая из топки; αун = 0,95 для топок с твердым шлакоудалением и 0,70 — 0,75 для открытых и полуоткрытых топок с жидким шлакоудалением. Эффективность работы газоочистных устройств в большой степени зависит от физико-химических свойств золы и ее дисперсного состава.

Плотность частиц золы находится обычно в пределах 1900 — 2500

кг/м3.

В качестве осредненной характеристики дисперсного состава может использоваться медианный диаметр d50, м, т. е. диаметр, соответствующий остатку на сите R = 50 %, и среднее квадратичное отклонение

d50 /d15.9 d84.1 /d50 ,

где d15,9, d50 и d84,1 – диаметры частиц, соответствующие остаткам на ситах R 15,9, 50 и 84,1 %.

На надежность работы механических золоуловителей существенное влияние оказывает слипаемость золы. По слипаемости пыли делятся на четыре группы: I — неслипающаяся пыль; II — слабослипающаяся пыль (летучая зола каменных углей с недожогом более 30 %, летучая зола при слоевом сжигании любых углей, сланцевая зола); III — среднеслипающаяся пыль (летучая зола без недожога типа золы подмосковных бурых углей, торфяная зола); IV — сильнослипающаяся пыль (зола донецкого АШ с недожогом менее 25 %).

Для выделения твердых частиц из дымовых газов наибольшее применение получили золоуловители, действующие на принципе использования центробежных сил — механические — и с использованием электростатических сил — электрофильтры.

В мокрых золоуловителях с трубой Вентури происходит коагуляция золовых частиц с каплями воды, способствующая их лучшему отделению в центробежных скрубберах, в которых используется механический способ отделения коагулированных частиц.

Из общей теории золоулавливания следует, что степень проскока золоуловителя любого типа определяется параметром золоулавливания:

П vA/uw,

(4)

где v — эффективная скорость осаждения золы на поверхность осаждения, м/с; А — поверхность осаждения, м3; и — средняя скорость движения пылегазового потока, м/с; w — сечение для прохода газов, м2.

Между параметром золоулавливания и проскоком имеется следующее соотношение:

p exp( П).

(5)

Чем больше параметр П, тем меньше степень проскока и тем выше степень улавливания.

Расчет проскока можно вести упрощенно, задаваясь средней скоростью дрейфа для всех частиц, или более точно — для каждой фракции отдельно. В последнем случае общий проскок золы определяется по выражению

(6)

где pi — степень проскока для I-й фракции, которой соответствуют скорость осаждения vi и параметр золоулавливания Пi, Фi — доля I-й фракции при входе в золоуловитель, %.

При двухступенчатых золоуловителях проскок некоторой фракции через проскоки в каждой ступени золоуловителя определяется по выражению

p pi pi,

(7)

где p'i — проскок рассматриваемой фракции в первой ступени золоуловителя; р"i — то же во второй ступени.

1.2. Механические золоуловители

В качестве инерционных (механических) золоуловителей наибольшее применение получили циклоны, в которых осаждение происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Очищаемый газ (рис.1, а) поступает тангенциально через входной патрубок и движется в канале, образованном наружной и внутренней цилиндрическими стенками циклона, где под действием центробежных сил происходит отделение золы.