65286

Підвищення продуктивності роботи тягодуттьового обладнання котельних установок на основі нових критеріїв проектування

Автореферат

Энергетика

Відповідно до поставленої мети сформульовані наступні задачі: проаналізувати існуючі способи підвищення продуктивності роботи тягодуттьових машин і аеродинамічних систем; провести дослідження впливу неактивних зон у типових елементах...

Украинкский

2014-07-28

164 KB

1 чел.

Одеський національний політехнічний університет

МАКАРОВ ВОЛОДИМИР ОЛЕГОВИЧ

УДК 621.182.001.63

ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ РОБОТИ ТЯГОДУТТьоВого ОБЛАДНАННЯ Котельних  установок НА ОСНОВІ НОВИХ КРИТЕРІЇВ ПРОЕКТУВАННЯ

05.14.14 – Теплові та ядерні енергоустановки

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:      доктор технічних наук, професор

Арсірій Василь Анатолійович

Одеська державна академія будівництва і архітектури,

завідувач кафедри «Кондиціювання повітря та механіки рідини»                        

Офіційний опонент:      доктор технічних наук, професор

Зайцев Олег Миколайович

Національна академія природоохоронного та курортного будівництва, завідувач кафедри «Теплогазопостачання та вентиляція» м. Сімферополь

Офіційний опонент:      доктор технічних наук, професор

Буров Олександр Іванович

Одеський національний політехнічний університет,

професор кафедри «Прикладної екології та гідрогазодинаміки» м. Одеса

Захист відбудеться 22 червня 2010 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.04 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044,  м. Одеса, пр. Шевченка, 1, ауд.400-А.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету: 65044,  м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

Автореферат розісланий:   «_____»  травня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                      А.Є. Денисова


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Енергетична галузь України має досить потужний потенціал, але вже тривалий час в теплоенергетиці однією з важливих проблем є обмеження потужності енергоустановок. Робота енергоустановок при обмеженій потужності призводить до зниження ефективності та надійності роботи основного і допоміжного обладнання. Тому пріоритетним завданням, спрямованим на енергозберігаючих засадах, для теплоенергетичних підприємств України є підвищення потужності котельних установок (КУ) до номінальних параметрів.

Аналіз роботи діючих КУ енергоблоків ТЕС, а також муніципальних опалювальних котлів засвідчив, що теплогенератори працюють із обмеженням потужності на 15 - 30% нижче від номінальної через недостатню продуктивність тягодуттьових систем (ТДС). Як показали теоретичні та експериментальні дослідження, сучасна методика проектування та оцінка ефективності аеродинамічних систем створює труднощі у розрахунку достовірних параметрів роботи систем і не сприяє коректному визначенню впливу опорів на аеродинамічні та енергетичні показники тягодуттьових машин. Тому у роботі запропоновано новий спосіб зняття обмежень потужності КУ на основі удосконалення методики проектування, зокрема впровадженню нового критерію – забезпечення мінімальних аеродинамічних опорів проточних частин ТДС. Новий спосіб спричинив необхідність зміни і удосконалення таких методик, як аеродинамічні випробування вентиляторів та розрахунку напірних характеристик систем. Таким чином, запропоновано визначати параметри роботи аеродинамічних систем на базі трьох напірних характеристик, що дають можливість змоделювати і проаналізувати показники на будь-якій ділянці цієї системи.  

Підвищення продуктивності КУ ТЕС і опалювальних котлів, яке супроводжується зниженням споживання енергії і збільшенням терміну експлуатації тягодуттьового обладнання, визначає актуальність теми.

Науковою задачею дисертації є підвищення ефективності роботи тягодуттьового обладнання котлів з урахуванням аеродинамічних і конструктивних характеристик потоку. Для вирішення цієї задачі необхідно розробити рекомендації, які базуються на теоретичних і експериментальних дослідженнях  аеродинамічних систем,  спрямованих на удосконалення та оптимізацію роботи ТДС КУ з метою підвищення їх продуктивності та зменшенням енергозатрат.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася за напрямком «Енергетичній стратегії України на період до 2030 року» відповідно до господарсько-договірної теми НДР №3415 «Підвищення продуктивності вентилятора котла КВГМ-50» і відповідає Закону України від 1 липня 1994 року N74/94-ВР «Про енергозбереження» і до закону України від 11.07.2001р. №2623-ІІІ про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки: розділ «Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі».

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення продуктивності тягодуттьової системи КУ за рахунок удосконалення геометрії проточних частин на базі нових критеріїв проектування.

Відповідно до поставленої мети сформульовані наступні задачі:

  •  проаналізувати існуючі способи підвищення продуктивності роботи тягодуттьових машин і аеродинамічних систем;
  •  провести дослідження впливу неактивних зон у типових елементах тягодуттьових трактів: «коліна 90°» і вхідного патрубка відцентрового вентилятора на характеристики КУ та розробити математичні моделі геометрії безвідривної течії в цих проточних частинах;
  •  виконати аналіз існуючих критеріїв проектування аеродинамічних систем і підбору тягодуттьових машин КУ на основі якого удосконалити методику проектування, спрямовану на засадах енергозбереження;
  •  провести теоретичні та експериментальні дослідження методики визначення параметрів роботи вентиляторів, димососів й аеродинамічних систем і удосконалити методику визначення характеристик на основі граничних параметрів і втрат напору на окремих ділянках;
  •  виконати аналіз методики випробувань вентиляторів згідно ГОСТ 10921-90 та запропонувати на основі методики граничних параметрів уніфікований стенд з метою одержання характеристик аеродинамічних машин.

Об'єкт досліджень. Процеси в тягодуттьових системах КУ енергоблоків ТЕС і опалювальних котлів.

Предмет досліджень. Аеродинамічні характеристики тягодуттьових систем КУ енергоблоків ТЕС і опалювальних котлів.

Методи досліджень. У роботі застосовані такі методи:

  •  фізичне моделювання з використанням методу візуальної діагностики потоків;
  •  математичне моделювання змін параметрів і характеристик нагнітачів та систем;
  •  фізичне моделювання процесів руху рідини і газів в об'ємних моделях проточних частинах енергетичного обладнання на експериментальних стендах і на реальному технологічному обладнані.

Наукова новизна отриманих результатів:  

  •  запропоновано та експериментально обґрунтовано новий додатковий критерій проектування аеродинамічних систем - забезпечення мінімальних опорів проточних частин тягодуттьових машин і аеродинамічних систем;
  •  розроблені уніфіковані математичні моделі геометрії вставок-лекал для заміщення дисипативних зон у «коліні 90°» і у вхідному патрубку вентиляторів та димососів;
  •  удосконалено методику розрахунку параметрів роботи аеродинамічних систем в рамках поля граничного напору вентилятора (димососа) у вигляді трьох напірних характеристик: вхідної ділянки, вентилятора (димососа) та нагнітальної ділянки;
  •  на основі теоретичного аналізу і експериментальних результатів досліджень запропоновано уніфікований стенд для випробувань аеродинамічних машин.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати теоретичних і експериментальних досліджень, на базі яких сформульована нова модель проектування і розрахунку параметрів аеродинамічних систем, дозволяють коректно визначати параметри роботи нових і діючих тягодуттьових систем КУ енергоблоків ТЕС і опалювальних котлів.

Розроблені математичні моделі геометрії вставок-лекал типових елементів аеродинамічної системи: вхідного патрубка вентилятора ВДН і «коліна 90°», дозволяють знизити гідравлічні опори в 5 разів.

На основі узагальнення теоретичних і експериментальних досліджень розроблені рекомендації і проведена реконструкція котлів КВГМ-50 у м. Іллічівську з метою підвищення їх теплової потужності при одночасному зниженні питомих витрат енергії на власні потреби.

Особистий внесок здобувача. Здобувач особисто виконав експериментальні і теоретичні дослідження, зробив обробку і узагальнення отриманих результатів, сформулював основні положення дисертації і висновки.

Апробація результатів дисертації. Основні результати і положення дисертаційної роботи доповідалися на 3-ій Міжнародній науково - практичній конференції «Сучасні технології мінімізації енергоспоживання. Екологічні та економічні аспекти пасивного будівництва. Відновлювані джерела енергії» (Львів, 18-20 лютого 2008), на Міжнародній науково-практичній конференції «Впровадження інноваційних технологій перспективи розвитку систем теплогазопостачання та вентиляції» (Харків, 19-21 листопада 2008), на 7-ій Міжнародній науково - практичній конференції «Геометричне моделювання та комп’ютерний дизайн» (Одеса, 21-23 квітня 2010).

Публікації. Результати  дисертаційної  роботи  опубліковані в 6 друкованих працях, з них 4 статті опубліковані у фахових науково-технічних виданнях, зазначених у переліку ВАК України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 115 найменувань. Робота містить 120 сторінок основного тексту і додатки, серед них 49 рис. на 45 стр., 16 таблиць на 16 стр. і 2 додатки на 7 стр. Загальних обсяг роботи 127 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі описані основні положення та проблеми, які розглядаються в дисертаційній роботі. Обґрунтовано актуальність роботи, визначена її мета, наукова новизна і практичне значення, а також сформульовані завдання, рішенню яких присвячена дисертаційна робота.

У першому розділі наведено аналіз роботи КУ енергоблоків ТЕС і опалювальних котлів, а також пропозиції щодо поліпшення параметрів їхньої роботи та продовження терміну експлуатації.

Аналіз режимних карт енергоблоків 200 МВт із котлами ТП-100, а також котлів КВГМ, ТВГ, ПТВМ показав, що більша частина котлів функціонують із навантаженням на 15-30% менше від номінальної. Обмеження потужності носять масовий характер, так в Одесі всі котли КВГМ-50 працюють із навантаженням не більше 75% від номінальної. 

Аналіз публікацій провідних вчених і фахівців у галузі аеродинамічних машин і систем: Соломаховой Т.С., Московко Ю.Г., Караджи В.Г., Полякова В.В., Брука А.Д., Невельсона М.І., Юдіна Є.Я., Ідельчика І.Є. показав, що традиційні підходи до проектування ТДС котлів і розрахунку параметрів роботи аеродинамічних систем на основі двох напірних характеристик не дають можливості коректного вибору тягодуттьових машин.

У 2007 році на котельній в м. Іллічівську виконана реконструкція ТДС котлів КВГМ-50 з метою зняття обмежень теплової потужності через недостатню подачу повітря для горіння. При виконанні реконструкції були використані два принципово різних варіанти підвищення продуктивності аеродинамічних систем.

Для збільшення подачі повітря нами запропоновано новий енергозберігаючий варіант реконструкції, що не змінює режим роботи вентилятора. За рахунок зниження опорів повітряного тракту та зниження напору в системі, подача повітря в котел збільшилась на 40%. При цьому витрати електроенергії не збільшились, а навіть знизились з 28 кВт при витраті 15 м3/с до 26 кВт при 20 м3/с (рис. 1).

Рис. 1 Характеристики повітряного тракту котла КВГМ-50

з вентилятором ВДН-15 до і після реконструкції:

а) характеристика ККД і напірні характеристики; б) характеристика електричної потужності

По другому варіанту збільшення продуктивності димососа здійснювалось на основі існуючих критеріїв проектування. За рахунок підвищення числа обертів електродвигуна на 20%, продуктивність димососа зросла на 29%. При цьому ККД димососа залишився на рівні максимального значення 85%, але потужність електродвигуна димососа зросла з 40 до 87 кВт.

На основі аналізу експериментальних та теоретичних досліджень, а також результатів реконструкції котлів КВГМ-50 у м. Іллічівську були визначені причини високих аеродинамічних опорів, які обмежують підвищення потужності КУ:

  •  існуючі правила або критерії проектування аеродинамічних систем, а також методи оцінки ефективності їхньої роботи, сприяють використанню обладнання з високими аеродинамічними опорами;
  •  сучасні гідравлічні довідники спрощують розрахунок аеродинамічних систем, але з іншої боку така уніфікація зафіксувала невиправдано високі опори проточних частин;
  •  зображення параметрів роботи аеродинамічних систем у вигляді двох напірних характеристик: напірної характеристики вентилятора Pv вент = f(Q) та напірної характеристики мережі Pv мережі = f(Q) створюють труднощі в достовірній оцінці параметрів вхідної ділянки і тому ускладнюють вибір вентиляторів і особливо димососів.

У дисертаційній роботі запропонована нова модель проектування аеродинамічних систем на енергозберігаючих засадах. В існуючій методиці проектування 1-й критерій - це забезпечення необхідної витрати і 2-й - вентилятор повинен розвивати такий напір, при якому забезпечується максимальний ККД вентилятора. У новій моделі другим критерієм пропонується забезпечення мінімальних опорів проточних частин обладнання. Тоді зона оптимальної роботи вентилятора по витраті, напору та витратам електричної потужності буде зміщена вправо від точки максимального ККД вентилятора, де при збільшенні витрат питомі витрати потужності зменшуються.

У другому розділі розроблені математичні моделі розрахунку геометрії вставок-лекал, що заміщають дисипативні зони потоку газу в «коліні 90°» і у вхідному патрубку вентилятора з метою зниження їхніх опорів.

Нова геометрія проточних частин визначена на основі візуальної діагностики структури руху рідин і газів методом фізичного моделювання.  Візуальна діагностика структури потоку у «коліні 90°» і у вхідному патрубку ВДН дозволила виявити причини високих величин аеродинамічних опорів = 1,23 і = 2,27 відповідно. Зони відриву потоку Z  від стінок є причиною високих опорів і відповідно втрат напору.

Для забезпечення безвідривної течії в проточній частині «коліна 90» дисипативні (вихрові) зони заміщаються вставками-лекалами (рис. 2). На основі геометрії безвідривної течії розроблені математичні моделі визначення геометрії граничних ліній дисипативних зон для «коліна 90°».

Рис. 2 Розробка нової геометрії проточної частини коліна 90°:

а) візуальна діагностика структури потоку; б) геометрія безвідривної течії у «коліні 90°»

У таблиці 1 наведені формули визначення розмірів Li і Ri, віднесених до розміру вхідного перетину каналу, які характеризують геометрію вставок, що заміщають дисипативні зони.

Таблиця 1

Математична модель геометрії вставок-лекал «коліна 90°»

де  x, y - координати граничної лінії дисипативної зони; a, b – відстань до крайніх точок кривої при x = 0 або y = 0.

Теоретичний аналіз показав, що відносна похибка визначення геометрії дисипативних зон «коліна 90°» на основі математичної моделі з експериментальними даними становить не більше 3%.

Важливим елементом ТДС котлів є вхідні патрубки вентиляторів і димососів. Для виявлення дисипативних зон виконана візуальна діагностика потоку у вхідному патрубку вентилятора ВДН. Аналіз зображень (рис. 3, а) показав зони відриву поблизу робочого колеса, що негативно впливає на параметри роботи тягодуттьової машини. Для заміщення зон відриву вставками-лекалами (рис.3, б) розроблені формули розрахунку геометрії безвідривної течії. Геометрія безвідривної течії описується сполученням двох еліпсів (рис.4).

Рис. 3  Розробка нової геометрії вхідного патрубка вентилятора ВДН:

а) візуальна діагностика структури потоку; б) геометрія безвідривної течії вхідного патрубка вентилятора

Рис. 4 Сполучення еліпсів для розробки формули заміщення дисипативних зон вхідного патрубка вентилятора

1 - основний еліпс; 2 - сполучений еліпс; 3 - дотична до заданого еліпса;

4 - нормаль у точці сполучення А; 5 - еволюта сполученого еліпса

Спочатку знаходять лінійну залежність двох еліпсів у координаті сполучення, яка є точкою перегину. Потім використав геометричну побудову та систему рівнянь, визначають малу та велику півосі сполученого еліпсу a2 і b2 в залежності від кута нахилу дотичної t к еволюті цього еліпсу:

  і                                                                  (1)

Для визначення коефіцієнтів перерахунку розмірів вставок-лекал за основу був обраний розмір вхідного перетину каналу патрубка вентилятора ВДН-15 (рис. 3) з такими даними: а1 = 0,73L = 61 см, b1 = 0,65L = 54,3 см; т. C(36,6;43,43); т. D(52,0; 40,17). Отже, загальний вигляд кривої на першій ділянці розраховується за рівнянням 1-го еліпса:

де  L - ширина вхідного перетину каналу, см.

Велика и мала півосі сполученого 2-го еліпса a2, b2 виходячи з рівнянь (1) мають такі значення: a2 = 0,2L = 17,3 см, b2 = 0,07L = 5,88 см і координат центра О2 (x1 – 52; у1 – 43,43), тоді загальний вид кривої на другій ділянці розраховується за рівнянням 2-го еліпса:

Розроблені математичні рівняння дозволяють уніфікувати спосіб виготовлення вставок-лекал для заміщення неактивних зон. Математичні рівняння, розраховані за розмірами вхідного перетину, можна використати як типову методику удосконалення «коліна 90°» і вхідного патрубка вентилятора ВДН з метою зниження опорів ТДС.

У третьому розділі представлена нова модель визначення параметрів роботи аеродинамічної системи на основі трьох напірних характеристик окремих ділянок: вхідної ділянки, вентилятора, нагнітальної ділянки.

У теперішній час параметри роботи аеродинамічних систем визначаються перетинанням двох напірних характеристик:

  •  напірної характеристики вентилятора Pv вент = f(Q), що одержують експериментальним шляхом на стендах виробника та зображують у каталогах;
  •  напірної характеристики мережі Pv мережі = f(Q), що розраховують при проектуванні системи по опорам вхідної та напірної ділянок системи (рис. 5, а).

Проблема існуючої моделі в тому, що обидві напірні характеристики враховують опори (і відповідно втрати напору) вхідної ділянки. Втрати напору вхідної ділянки включені заводом-виробником у напірну характеристику вентилятора, яку зображують у каталозі. При розрахунку характеристики мережі опори вхідної ділянки складаються з опорами нагнітальної частини. Таким чином, втрати напору вхідної ділянки в існуючій методиці визначення параметрів роботи ТДС враховуються, як у напірній характеристиці вентилятора, так і в напірній характеристиці мережі.

Для усунення некоректності врахування втрат напору вхідної ділянки і відповідно усунення помилок при виборі вентиляторів запропонована нова «модель поля трьох напірних характеристик аеродинамічної системи». Визначення параметрів роботи аеродинамічних систем пропонується виконувати, використовуючи не дві, а три напірні характеристики (рис. 5):

Рис. 5 Напірні характеристики вентилятора ВДН:

а) на основі двох ділянок; б) на основі трьох ділянок

  1.  напірну характеристику вентилятора без врахування опору вхідної ділянки, що надає завод-виробник;
  2.  напірну характеристику вхідної ділянки аеродинамічної системи, що розраховують по опорам вхідної ділянки. Характеристика вхідної ділянки знаходиться в зоні розрядження, а також дублюється в зоні позитивного напору, тобто нижче характеристики вентилятора;
  3.  напірну характеристику нагнітальної ділянки розраховують по опорам цієї ділянки.

Розділення аеродинамічної системи на три ділянки позначають перетинами, де необхідна установка вакуумметра - кінець вхідної ділянки і  манометра - початок нагнітальної ділянки. Кожна із трьох ділянок характеризується своїм опором і відповідними втратами напору. На рис. 6 представлена умовна аеродинамічна система з димососом (схема газового тракту).

Рис. 6 Умовна схема газового тракту КУ

У системах видалення димових газів КУ більша частина аеродинамічних опорів і відповідно втрат напору зосереджено на вхідній ділянці. Тому для розрахунку параметрів роботи тягової системи з димососом доцільно використовувати три напірні характеристики аеродинамічної системи в полі граничних параметрів.

Гранично можливий або теоретичний напір Нтеор., що розвиває димосос, розраховується за величиною механічної енергії обертання робочого колеса.

Теоретичний напір димососа витрачається на компенсацію втрат напору в системі. За схемою руху в системі сума втрат напору вхідної ділянки hw вх. і втрат напору в димососі hw дим. визначає характеристику ділянки 0-5 (рис. 6) і добре корелюється з характеристикою димососа.

Напірна характеристика нагнітальної ділянки визначається подібно характеристиці мережі, але без урахування втрат напору вхідної ділянки. На перетині сумарної характеристики вентилятора і вхідної ділянки з характеристикою нагнітальної ділянки знаходиться робоча точка «РТ», що дає звичне представлення про робочі параметри аеродинамічної системи (рис.5, б). Метод граничних параметрів дозволяє визначати параметри роботи в будь-якому перетині вентилятора або аеродинамічної системи. Це дозволяє проводити аналіз робочих параметрів як окремих частин аеродинамічної системи, так і системи у цілому.

На основі удосконалення методики розрахунку і визначення характеристик вентилятора й аеродинамічної системи удосконалена методика випробувань вентиляторів. Відповідно до ГОСТу 10921-90 для визначення характеристик вентилятора існує 4 типа стендів, на яких проводять випробування. На стендах 4-х типів по-різному моделюються величини втрат напору вхідної ділянки і напірної ділянки. Але при проведенні випробувань на стендах неможливо передбачити рівень опорів вхідної ділянки, тому заводу-виробнику доцільно вимірювати параметри тільки нагнітача, без урахування опорів вхідної ділянки.

Випробування як вентиляторів, так і димососів відповідно до Держстандарту 10921-90 доцільно виконувати на стенді типу D (рис. 6), що має вхідний і нагнітальний ділянки необхідних для стабілізації потоку. Виробники вентиляторів і димососів можуть зображувати в своїх каталогах величини граничного, а також величини аеродинамічних опорів вентилятора або димососа на основі яких можна розрахувати напірні характеристики (втрати напору) тільки нагнітача.

У четвертому розділі сформульовані пропозиції, що дозволяють підвищити теплову потужність енергоустановок з метою збільшення ефективності і подовження терміну їхньої експлуатації на основі нових критеріїв проектування, а також нової методики розрахунку напірних характеристик ТДС. Пропозиції щодо підвищення теплової потужності котлів показані на прикладі реконструкції котла КВГМ-50 в м. Іллічівську.

Рис. 7 Вхідний патрубок вентилятора ВДН-15:

а) стенд для випробувань об’ємної моделі; б) шаблон вставки-лекала у вхідному патрубку ВДН-15

За результатами експериментальних досліджень розроблені вставки-лекала для заміщення дисипативних зон у вхідному патрубку вентилятора ВДН-15. На рис. 7 показані: стенд для випробувань об'ємної моделі вхідного патрубка вентилятора (рис. 7, а), а також  прив'язка шаблона вставки-лекала (рис. 7, б).

Тестування на гідравлічному стенді показали, що після усунення зон втрат напору при Re  105 величина аеродинамічного опору вхідного патрубка знижується від = 2,27 до = 0,35. Шум потоку Lp при швидкості V = 20 м/с змінюється з 45 до 21 дБ. Таким чином, вставки, які заміщають дисипативну зону, істотно поліпшують аеродинамічні й акустичні показники. Результати випробувань котла №3 у м. Іллічівську до і після реконструкції повітряного тракту наведені в таблиці 2.

Таблиця 2

Результати реконструкції повітряного тракту котла КВГМ-50

Назва параметра

Позначення

До реконструкції

Після реконструкції

1

2

3

4

5

1

Теплова потужність котла

N, Гкал/год

33,5

44

2

Витрата повітря

Qп, м3/год

38600

54800

3

Витрати електроенергії

Nел, кВт·год

28

26

4

Тиск повітря після вентилятора

Pпісля.вент., даПа

230

235

5

Тиск повітря перед пальником

Pпер.пал., даПа

160

78

6

Коеф. надл. повітря

б

1,31

1,31

7

Витрата газу

Qг3/год

4650

6050

Головним результатом реконструкції повітряного тракту котлів КВГМ-50 стало збільшення теплової потужності з 33,5 до 44 Гкал/год. Зниження втрат напору в повітряному тракті котла забезпечило збільшення витрати повітря для горіння з 38600 до 54800 м3/год.

Світовий досвід свідчить, що реконструкція енергоустановок з метою поліпшення параметрів роботи і продовження строку його експлуатації істотно дешевше будівництва нових об'єктів. Результати реконструкції котла КВГМ-50 дозволяють змінити відношення до проблеми обмежень потужності діючих котлів. Тобто більша частина котлів ТП-100, КВГМ, ПТВМ, ТВГ та інші, що знаходяться в експлуатації, мають резерв збільшення продуктивності не менше 15%.

Сьогодні в ряді випадків планується будівництво нових котлів.  Вартість будівництва котла КВГМ-50 - 8 млн. грн. (табл. 3). Нові критерії проектування аеродинамічних систем дозволяють розглядати питання про реконструкцію тягодуттьових трактів трьох діючих котлів з метою збільшення їхньої продуктивності замість будівництва нового котла.

Таблиця 3

Варіанти збільшення теплової потужності котлів на 50 Гкал/год

Будівництво

нового котла КВГМ-50

Заміна

електродвигуна

Зниження

опорів

1

2

3

4

Капітальні

витрати, млн. грн.

8

0,55

0,45

Витрати електроенергії на тягодуттьові машини, кВт

190

190

70

Вартість витрат

електроенергії у рік, тис. грн.

323

323

83,3

Як показав аналіз варіантів будівництва нових котлів необхідної теплової потужності можна досягнути за рахунок реконструкції існуючих КУ. Це дозволить заощадити, як на капітальних витратах (більше 5 млн. грн.), так і на витратах електроенергії на власні потреби (більше 240 тис. грн. у рік).

ВИСНОВКИ

  1.  Обмеження потужності КУ крупних ТЕС і опалювальних котлів через недостатню продуктивність ТДС є однією з основних науково-технічних проблем теплоенергетики України.
  2.  Запропоновано спосіб збільшення продуктивності ТДС котлів за рахунок зменшення аеродинамічних опорів в елементах повітряного і газового трактів. Зниження втрат напору в ТДС дозволяє на 20% і більше підвищити подачу тягодуттьових машин, при цьому істотно знизити витрати електроенергії на роботу вентиляторів і димососів котла.
  3.  Запропоновано новий додатковий критерій проектування аеродинамічних систем - забезпечення мінімальних опорів проточних частин тягодуттьових машин і аеродинамічних систем.
  4.  Розроблені дві універсальні математичні моделі розрахунку геометрії вставок-лекал для заміщення дисипативних зон у «коліні 90°», а також у вхідному патрубку вентилятора ВДН.
  5.  Запропоновано нову «модель поля напірних характеристик аеродинамічної системи» на основі трьох напірних характеристик (характеристики напору вхідної ділянки; характеристики напору вентилятора; характеристики напору нагнітальної ділянки), яка дозволяє з високою точністю теоретично визначати параметри роботи аеродинамічної системи в різних її перетинах.
  6.  На основі удосконалення методики розрахунку напірних характеристик аеродинамічних систем обґрунтоване використання уніфікованого стенду типу D (ГОСТ 10921-90) для аеродинамічних випробувань тягодуттьових машин. Такий підхід дозволяє одержувати характеристики нагнітача незалежно від опорів вхідної та нагнітальної ділянок.
  7.  Дослідження, виконані в дисертаційній роботі, дозволили розробити рекомендації щодо реконструкції діючих котлів з метою істотного збільшення їхньої теплової потужності і більш надійної та ефективної експлуатації.

Список опублікованих праць по темі дисертації:

  1.  Макаров В.О. Оптимизация проточных частей оборудования на основе визуальной диагностики структуры потоков / В.А. Арсирий, Баннура Тамер, В.О. Макаров, Е.А. Олексова // Наукові праці. – Одесса: ОДАХТ. – 2006. - №28. – С. 186-190. Науковий внесок здобувача - проведення експерименту і аналіз одержаних результатів досліджень.
  2.  Макаров В.О. Регулирование подачи нагнетателя / В.А. Арсирий, В.О. Макаров, И.И. Чекалина, В.А. Смирнова, Ю.Н. Сербова // Холодильна техніка і технологія. – Одеса: ОДАХ. – 2007. - №1 (105). – С. 72-74. Науковий внесок здобувача - досліджені способи регулювання та впливу опорів на характеристики вентиляторів.
  3.  Макаров В.О. Гидравлический коэффициент полезного действия системы / В.А. Арсирий, В.О. Макаров, И.И. Чекалина // Холодильна техніка і технологія. – Одеса: ОДАХ. – 2007. - №2 (106). – С. 61-64. Науковий внесок здобувача - аналіз результатів реконструкції повітряного тракту котла КВГМ-50 у м. Іллічівську.
  4.  Макаров В.О. Підвищення продуктивності й ефективності гідравлічних і аеродинамічних систем / В.А. Арсірій, В.О. Макаров // Ринок інсталяцій. –  №2 (130). – 2008. – С. 10-11. Науковий внесок здобувача - аналіз впливу аеродинамічних опорів на ККД нагнітача і системи в цілому.
  5.  В.О. Макаров Унифицированный стенд для аэродинамических испытаний радиальных и осевых вентиляторов // Научно-технический сборник. – Киев «Техника»: ХНАГХ. – 2008. – №84. – С. 232-237.
  6.  В.О. Макаров Математическое описание геометрии вставок-лекал для замещения диссипативных зон в потоке жидкости при повороте 90° // Сборник трудов Одесского политехнического университета. – Одесса: ОНПУ. – 2008. - №2 (30). – С. 224-227.

Макаров В.О. Підвищення продуктивності роботи тягодуттьового обладнання котельних установок на основі нових критеріїв проектування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.14 - теплові та ядерні енергоустановки. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса 2010 р.

У роботі сформульовані та обґрунтовані пропозиції щодо зняття обмежень потужності котельних установок (КУ) на основі нових критеріїв проектування і вдосконалення методики розрахунку параметрів роботи тягодуттьової системи (ТДС). Для обґрунтування нового способу збільшення продуктивності ТДС, а також зниженню споживаної електроенергії, запропоновано новий критерій проектування аеродинамічних систем – забезпечення мінімальних опорів проточних частин.

Для «коліна 90°» і вхідного патрубка вентилятора ВДН розроблені математичні моделі розрахунку геометрії дисипативних зон по розмірах вхідного перетину каналу, що дозволяє уніфікувати виготовлення вставок-лекал  для забезпечення безвідривної течії та зниження опорів в проточних частинах цих типових елементів.

Ключові слова: вентилятор, димосос, напірні характеристики, обмеження потужності КУ, аеродинамічна система.

Макаров В.О. Повышение производительности работы тягодутьевого оборудования котельных установок на основе новых критериев проектирования. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.14 – тепловые и ядерные энергоустановки. – Одесский национальный политехнический университет, Одесса 2010 г.

Энергетическая стратегия Украины предусматривает внедрение новых технологий и модернизацию существующего оборудования с целью улучшения экологических и энергетических показателей, поднять их на новый уровень, позволяющий с большей эффективностью использовать сжигаемое топливо. Анализируя состояние теплоэнергетического комплекса и его характерные проблемы можно утверждать, что они однотипные и присуще всем регионам Украины. Одной из таких проблем - это увеличение производительности теплогенераторов посвящена диссертация.

В работе сформулированы и обоснованы предложения по снятию ограничений мощности котельных установок (КУ) на основе новых критериев проектирования и совершенствования методики расчёта параметров работы тягодутьевой системы (ТДС).

Для обоснования нового способа увеличения производительности ТДС, а также снижения потребляемой электроэнергии, предложен новый критерий проектирования аэродинамических систем – обеспечение минимальных сопротивлений проточных частей.

На основе результатов визуальной диагностики потока в «колене 90°» и во входном патрубке вентилятора ВДН выявлены диссипативные зоны, которые являются причиной высоких аэродинамических сопротивлений. Для «колена 90°» и входного патрубка вентилятора ВДН разработаны математические формулы для расчета геометрии диссипативных зон по размерам входного сечения канала, что позволяет унифицировать изготовление вставок-лекал  для обеспечения безотрывного течения и снижения сопротивлений в проточных частях этих типовых элементах.

Усовершенствована методика расчёта аэродинамических характеристик ТДС на основе трёх участков: входной участок, вентилятор, нагнетательный участок в поле предельного напора вентилятора. Усовершенствованная методика позволяет определять параметры работы аэродинамических систем на любом участке системы. В случае системы с дымососом достоверно учитывается влияние сопротивлений входного участка и тяга дымовой трубы. Представленная методика построения аэродинамических характеристик ТДС на основе трёх участков делает целесообразным использование унифицированного испытательного стенда D (ГОСТ 10921-90) для аэродинамических испытаний вентиляторов с целью определения предельного напора и величин сопротивлений проточной части вентилятора.

Рациональность использования новых критериев проектирования, а также усовершенствованная методика расчёта параметров работы аэродинамических систем на основе «модели поля напорных характеристик» опробована при модернизации ТДС котла КВГМ-50 в г. Ильичевске, которая дала возможность увеличить мощность котла с 33 до 44 Гкал.

Обоснована приоритетность реконструкции котлов КВГМ, ПТВМ, ТП-100 и др. с целью увеличения их тепловой мощности по сравнению со строительством нового энергетического оборудования.

Ключевые слова: вентилятор, дымосос, напорные характеристики, ограничения мощности КУ, аэродинамическая система.

Makarov V.O. The promotion of improvement of the work of draught equipment of aggregate’s boilers basis on a new criteria of design. - Manuscript.

The thesis for the candidate’s degree in the technical sciences on speciality  05.14.14 - thermal and nuclear plants. - Odessa National Polytechnical University, Odessa, 2010.

The proposals for deregulation the power of boiler aggregates (BA) basis on a new criteria of design and a new design technique of represent of the parameters of works of the draught system (DS) are formulated and vindicated in dissertation work. A new criterion for designing aerodynamic systems – supporting minimal resistance of flow parts was proposed to vindicate a new version of increasing productivity of DS and reducing electricity consumption.

The mathematical formulas for calculate the geometry of dissipative zones on sizes of inlet cross-section channel to let to uniform-manufacturing inserts-patterns for support the flow without separation and reducing the resistance was cultivated for «bend 90°» and upstream end of fan VDN.

Keywords: fan, exhauster, pressure characteristics, power limitations BA, aerodynamic system.

1


1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26029. Поступления на государственную гражданскую службу 45.5 KB
  21 Одним из принципов государственной гражданской службы является равный доступ граждан владеющих государственным языком Российской Федерации к гражданской службе и равные условия ее прохождения независимо от пола расы национальности происхождения имущественного и должностного положения места жительства отношения к религии убеждений принадлежности к общественным объединениям а также от других обстоятельств не связанных с профессиональными и деловыми качествами гражданского служащего. На гражданскую службу вправе поступать граждане...
26030. Должности государственной гражданской службы, их группы и категории 60 KB
  Должности государственной гражданской службы их группы и категории. Должности федеральной государственной гражданской службы учреждаются федеральным законом или указом Президента Российской Федерации в целях обеспечения исполнения полномочий государственного органа либо лица замещающего государственную должность. статьи 89 должности государственной гражданской службы подразделяются на четыре категории и пять групп. Должности государственной гражданской службы подразделяются на следующие группы: высшие должности; главные должности; ведущие...
26031. Служебный контракт на государственной гражданской службе: понятие, содержание и значение 66 KB
  Согласно статьи 23 Служебный контракт соглашение между представителем нанимателя и гражданином поступающим на гражданскую службу или гражданским служащим о прохождении гражданской службы и замещении должности гражданской службы. Представитель нанимателя обязуется предоставить гражданину поступающему на гражданскую службу возможность прохождения гражданской службы а также предоставить указанному гражданину или гражданскому служащему возможность замещения определенной должности гражданской службы обеспечить им прохождение гражданской...
26032. Должностной регламент государственного гражданского служащего 51 KB
  В должностной регламент включаются: 1 квалификационные требования к уровню и характеру знаний и навыков предъявляемые к гражданскому служащему замещающему соответствующую должность гражданской службы а также к образованию стажу гражданской службы государственной службы иных видов или стажу опыту работы по специальности; 2 должностные обязанности права и ответственность гражданского служащего за неисполнение ненадлежащее исполнение должностных обязанностей в соответствии с административным регламентом государственного органа...
26033. Права и обязанности гражданского служащего 55 KB
  № 79ФЗ О государственной гражданской службе Российской Федерации иными нормативными правовыми актами РФ и условиями служебного контракта; получение в установленном порядке информации и материалов необходимых для исполнения должностных обязанностей а также на внесение предложений о совершенствовании деятельности государственного органа; доступ в установленном порядке к сведениям составляющим государственную тайну необходимым для исполнения должностных обязанностей; доступ в установленном порядке в связи с исполнением должностных...
26034. Запреты и ограничения, связанные с государственной гражданской службой. Общие принципы служебного поведения государственных служащих 72.5 KB
  2004 № 79ФЗ О государственной гражданской службе Российской Федерации. Порядок прохождения диспансеризации перечень таких заболеваний и форма заключения медицинского учреждения устанавливаются уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти; 5 близкого родства или свойства родители супруги дети братья сестры а также братья сестры родители и дети супругов с гражданским служащим если замещение должности гражданской службы связано с непосредственной подчиненностью ...
26035. Понятие и признаки государственной службы 46.5 KB
  Противодействие коррупции на государственной и муниципальной службе.2008 О противодействии коррупции под коррупцией понимается злоупотребление служебным положением дача взятки получение взятки злоупотребление полномочиями коммерческий подкуп либо иное незаконное использование физическим лицом своего должностного положения вопреки законным интересам общества и государства в целях получения выгоды в виде денег ценностей иного имущества или услуг имущественного характера иных имущественных прав для себя или для третьих лиц либо...
26036. Виды государственной службы 62.5 KB
  Военная служба и правоохранительная служба являются видами федеральной государственной службы. Путем внесения изменений и дополнений в Федеральный закон О системе государственной службы Российской Федерации могут быть установлены и другие виды федеральной государственной службы. правовое регулирование и организация федеральной государственной службы находятся в ведении Российской Федерации п.
26037. Принципы государственной службы 33.5 KB
  Основные принципы построения и функционирования системы государственной службы 1. Основными принципами построения и функционирования системы государственной службы являются: федерализм обеспечивающий единство системы государственной службы и соблюдение конституционного разграничения предметов ведения и полномочий между федеральными органами государственной власти и органами государственной власти субъектов Российской Федерации далее государственные органы; законность; приоритет прав и свобод человека и гражданина их непосредственное...