Автореферат (Повышение энергоэффективности паротурбинных установок ТЭС посредством интенсификации теплообменных процессов при конденсации пара), страница 2

1), состоящий из двух идентичных независимых контуров с естественной циркуляцией, герметично замкнутых попару-воде. Парогенератор (1.1, 2.1) каждого контура с помощью трубчатых электронагревателей (1.6, 2.6) обеспечивает систему паром. Влажный насыщенный пар далее по паропроводу поступает в сепаратор (1.2,2.2), где происходит сепарирование влаги. После чего пар направляется вконденсатор (1.3, 2.3).Рисунок 1 – Принципиальная схема экспериментального стендаПосле конденсации на пучке трубок вода собирается в наклонныйконденсатоприемник и стекает через опускную трубу-уровнемер (1.4, 2.4)обратно в парогенератор, уровень конденсата поддерживается блоком регу9лирования (1.5, 2.5).

Необходимый исходный уровень разрежения в конденсаторе обеспечивает вакуумный насос (3.1). Система водяного охлажденияконденсаторов включает в себя систему охлаждения циркуляционной воды(4.1) и циркуляционный насос (4.2). Для проведения экспериментов в корпусконденсатора одного из контуров устанавливается модифицированная трубная система, а в другой – в состоянии поставки.Одной из основных задач исследований, проводимых в рамках даннойдиссертационной работы, является получение объективных знаний о влиянии перевода пленочной конденсации в капельную в конденсаторах турбоустановок на эффективность теплообмена. В связи с чем, был разработан рядметодик по гидрофобизации наружных поверхностей трубок конденсатора иисследованию процессов при конденсации пара.Объектом исследования является экспериментальный образец трубнойсистемы конденсатора, представляющий собой 6 зигзагообразных трубок,припаянных с двух сторон к фланцам.

Трубки выполнены из латуни маркиЛ-68.Была разработана методика проведения исследований на 4 различныхобразцах:1.Конденсатор из трубок, выполненных из латуни марки Л-68 в состоя-нии поставки.2.Конденсатор из трубок, модифицированных ПАВ.3.Конденсатор из трубок, модифицированных с использованием методахимического травления и ПАВ.4.Конденсатор из трубок, модифицированных с использованием методахимического травления и воздействия переменного тока и ПАВ.Для создания гидрофобности на поверхности трубок была создана специальная лабораторная установка.Степень гидрофобизации поверхности определяется краевым угломсмачивания, который измерялся с помощью оптического тензиометра ОСА20.10Описаны методики изготовления трубных систем конденсаторов, модифицированных с использованием метода химического травления, а такжепри использовании переменного тока.Представлена разработанная методика проведения экспериментальныхисследований по определению влияния перевода пленочной конденсации вкапельную на интенсивность теплообмена в конденсаторе.Приведен алгоритм оценки погрешности определения коэффициентатеплопередачи конденсатора.В третьей главе отмечается, что для теплообменных аппаратов (в частности конденсаторов) интенсивность теплообмена определяется отношением тепловой нагрузки аппарата к температурному напору и площади поверхности теплообмена.

Количество теплоты, передаваемое в единицу времени от горячей среды к холодной, определяется с помощью общеизвестного уравнения теплопередачи:,(2)где k – коэффициент теплопередачи, F – площадь поверхности теплообмена, Δt л – среднелогарифмический температурный напор.Коэффициент теплопередачи характеризует общую интенсивностьпроцесса теплопередачи и определяется следующим соотношением:,(3)где G в – расход охлаждающей воды, С р – теплоемкость воды при постоянном давлении, t 1 в и t 2 в – температуры охлаждающей воды на входе ивыходе из конденсатора соответственно.На изготовленных 4-х образцах трубных систем конденсатора для проведения экспериментальных исследований по методикам, описанным в Главе2, были определены краевые углы смачивания θ и составили 79о, 110о, 117о и149о, соответственно.Результаты экспериментальных исследований по определению влияниятемпературы охлаждающей воды на входе в конденсатор на интенсивность11теплопередачи при конденсации пара на поверхностях 4 трубных системпредставлены на рисунке 2.k,Вт/м2·оСt, оСобразец 1 – необработанная трубная система конденсатора (θ=79о);образец 2 - трубная система с модифицированной ПАВ поверхностью(θ=110о);образец 3 – трубная система с травленой и модифицированной ПАВ поверхностью(θ=117о);образец 4 – трубная система с травленой с использованием переменного тока и модифицированной ПАВ поверхностью(θ=149о).Рисунок 2 - Зависимость коэффициента теплопередачи k от температуры tохлаждающей воды на входе в конденсатор и состояния поверхностиОсуществлены экспериментальные исследования по определениювлияния температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор на величины недогрева θ (рис.

3) и давления pк (рис. 4) при конденсации пара на поверхностях 4-х трубных систем с различными краевыми углами смачивания.Анализ зависимостей показал, что с повышением краевого угла смачивания с 79о до 149о, достигаемого различными методами модификации поверхности, интенсифицируется процесс теплопередачи на 23%, снижаетсязначение недогрева в конденсаторе на 35%, давление в конденсаторе падаетна 8,5% (при t = 20 – 23оС).12θ,оСУсловные обозначения аналогичны рис.

2t, оСРисунок 3 - Зависимость недогрева θ в конденсаторе от температуры t охлаждающей воды на входе в него и состояния поверхностиpк ,кПаУсловные обозначения аналогичны рис. 2t, оСРисунок 4 - Зависимость давления pk в конденсаторе от температуры t охлаждающей воды на входе в него и состояния поверхностиОтмечается, что экстраполяция полученных зависимостей в сторонудальнейшего роста краевого угла смачивания свидетельствует о возможномдальнейшем улучшении показателей.13Впервые получена зависимость коэффициента теплопередачи k в конденсаторе при t1в=22оС от краевого угла смачиванияна поверхностях 4-х трубныхсистем (рис.

5). Данная зависимость описывается квадратичным уравнениемвида(4)со среднеквадратичным отклонением R2=0,99 применительно к конкретномуконденсатору экспериментального стенда. Благодаря полученной зависимости снекоторой степенью достоверности можно прогнозировать зависимость k от θдля других конденсаторов.Проведена оценка погрешности определения коэффициента теплопередачи при конденсации пара на всех 4-х образцах. Погрешность составила12% для образцов №1, №2, №3 и 13% - для образца №4.k,Вт/м2·оСθ, градУсловные обозначения аналогичны рис. 2Рисунок 5 - Зависимость коэффициента теплопередачи k в конденсаторе притемпературе охлаждающей воды на входе в него t1в=22оС от краевого угла смачивания на поверхности трубокВ четвертой главе разработан и запатентован (RU 2492332) способ перевода пленочной конденсации в капельную применительно к конденсаторамТЭС в натурных условиях.14Отмечается, что способ основан на заполнении во время останова турбоагрегата парового и водяного пространств конденсатора водной эмульсиейПАВ при оптимальных значениях концентрации и рН в квазистатических условиях при t = 80÷850C.В соответствии с утвержденной на ТЭЦ–23 программой в период с 16по 17 апреля 2013г.

был проведен комплекс работ по модификации трубнойсистемы 2–х корпусного конденсатора КГ 2–6200–2 как по паровой, так и поводяной сторонам с использованием пленкообразующего алифатическогоамина октадециламина. Обработка проводилась в квазистатических условияхводной эмульсией ПАВ в течение 12 часов.Для подтверждения гидрофобизации трубных поверхностей в межтрубное пространство конденсатора были установлены образцы-свидетели излатуни марки Л-68 (аналогичной с материалом трубок конденсатора).Анализ состояния поверхностей контрольных образцов показал, чтосредний угол смачивания Θ до обработки составил 790, а после обработки1110, что свидетельствует о гарантированной гидрофобизации поверхностейтрубной системы конденсатора.Отмечается, что по прошествии года работы конденсатора после очистки и гидрофобизации функциональных поверхностей была изъята трубка иизмерено количество отложений по водяной стороне.

Средняя загрязненность трубки составила 316,5 г/м2, что в 3,1 раза меньше загрязненноститрубки также проработавшей год после плановой очистки, но изъятой до модификации водной эмульсией ОДА, что соответствует результатам, полученным ранее другими исследователями (Анахов И.П., Лукин М.В.).На основе измерений эксплуатационными приборами за периоды5.05.2012г – 12.05.2012г - до модификации и 22.05.2013г – 29.05.2013г - после модификации (конденсационные режимы работы энергоблока) были рассчитаны осредненные значения коэффициента теплопередачи k данного конденсатора по уравнению теплопередачи (5):(5)15Сравнение усредненных значений k (рис. 6) свидетельствует о том, чтогидрофобизаци функциональных поверхностей конденсатора КГ2-6200-2турбины Т-110/120-130-5 ТЭЦ-23 существенно интенсифицирует теплообмен(по сравнению с 2012г значение k выросло в среднем на 44%).

В результатеизменения параметров процесса теплообмена существенно возрос коэффициент теплоотдачи по пару до 43000 Вт/м2К, на 10% увеличился коэффициенттеплоотдачи по воде, в 2 раза снизился температурный напор, а также появилась техническая возможность повысить расход пара в турбину за счет снижения давления в конденсаторе.k,Рисунок 6 – Сравнение коэффициентов теплопередачи k конденсатораКГ2-6200-2 до и после обработки ПАВС использованием программного пакета THERMOFLOW рассчитывалась мощность блока после модификации функциональных поверхностейконденсатора, с учетом увеличения расхода пара в голову турбины.

Полученная в результате расчета мощность составила 73,2 МВт, что соответствуетданным, полученным с ТЭЦ-23, после гидрофобизации при расходе пара втурбину Dо=279 т/ч. При этом КПД энергоблока возрос с 33,9% до 35,8%.16В пятой главе проведен расчет экономической эффективности модификации функциональных поверхностей конденсатора с использованиемпрограммного пакета Project Expert.Расчеты проводились на основании подхода, основанного на предпосылке, что эффективность любого проекта зависит от величины ожидаемойчистой прибыли.Начало расчетного периода проекта – 25.03.2013.

Срок выполнениямонтажных работ составил 23 дня, ввод оборудования в эксплуатацию былосуществлен 8.05.2013 года. Период нормальной эксплуатации модифицированных функциональных поверхностей конденсатора без дополнительныхзатрат на восстановление покрытия первых рядов трубок с учетом выбранного режима работы составлял 1 год (до следующего планового ремонта энергоблока). Таким образом, расчётный период (жизненный цикл проекта) принят равным 1 году.План сбыта по проекту предусматривал поступление денежных средствот реализации дополнительной электрической энергии и мощности. В расчетах предполагалось, что энергоблок с турбиной Т-110/120-130-5 ТЭЦ-23ПАО «Мосэнерго» в 2013 году работал в конденсационном режиме.Дополнительная вырабатываемая мощность составила 11,2 МВт, а годовой отпуск электроэнергии вырос на 78400 тыс. кВт∙ч.Стоимость проекта включала в себя затраты на его разработку, приобретение оборудования и материалов, транспортные расходы, строительномонтажные и пуско-наладочные работы, непредвиденные и прочие траты исоставила 2532 тыс.

руб.В результате проведенных расчетов был построен график окупаемостипроекта (рис. 7).17Рисунок 7 – График окупаемости проектаАнализ результатов внедрения технологии на конденсаторе КГ-2-62002 турбины Т-110/120-130-5 ПАО «Мосэнерго» за 2013 год показал: чистый дисконтированный доход составил 11,5 млн. руб.; срок окупаемости проекта составил 2 месяца; индекс прибыльности (PI) составил 5,53.Полученные результаты свидетельствуют о высокой экономическойэффективности внедрения предложенной технологии.Проведенные исследования факторов экономического риска позволилиотметить устойчивость основных показателей, характеризующих эффективность проекта: чистого дисконтированного дохода, индекса прибыльности исрока окупаемости.18ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:1. Анализ состояния проблемы повышения энергоэффективности ТЭС на основе интенсификации теплообменных процессов в конденсаторе показал, что однимиз наиболее перспективных и эффективных способов является перевод пленочнойконденсации в капельную.2. Разработан метод гидрофобизации функциональных поверхностей конденсатора по паровой стороне с использованием молекулярных слоев ПАВ.3.