XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Актуальность работы. Перекрестноточные пластинчатые теплообменники рекуперативного типа находят широкое применение в системах жизнеобеспечения, в химической и энергетической промышленности. Данные теплообменники служат для охлаждения и нагрева газов, конденсации и утилизации теплоты высокопотенциальньпс теплоносителей. На сегодняшний день возрастание энергопотребления и повышение цен на энергоносители требует проведения масштабной энергосберегающей политики и внедрения энергоэффективных технологий во всех сферах хозяйственной деятельности. Особенно актуальной является проблема эффективного использования энергии в инженерных сооружениях: жилых и промышленных объектах.

Эффективность и надежность теплообменных аппаратов имеют большое значение для экономичной работы всей турбоустановки в целом, поэтому вопросам расчета, проектирования и эксплуатации теплообменных аппаратов, а также перспективным разработкам по их совершенствованию необходимо уделять большое внимание. Совершенствование теплообменного оборудования турбоустановок должно позволить либо снизить расход дорогостоящих материалов для вновь создаваемых турбоустановок, уменьшить их габариты и облегчить компоновку энергоустановки в целом, либо экономить топливо (теплоту) на действующих установках в условиях эксплуатации.

На рис. 1.1 и 1.2 в качестве примера представлены характерные значения недогрева воды по ряду аппаратов на номинальном режиме работы турбоустановок.

Здесь же приведены расчетные данные и нормативные характеристики по этим аппаратам. Расчеты выполнялись применительно к конкретным условиям эксплуатации аппаратов.

Рис. 1.1. Тепловая эффективность конденсаторов паровых турбин
I—К-200-130 ЛМЗ, Верхнетагильская ГРЭС, II—К-300-240 ЛМЗ, Киришская ГРЭС, III—К-300-240 УТЗ, Троицкая ГРЭС, IV—К-500-240 ХТЗ; 1—среднегодовые данные эксплуатации, 2—нормативная характеристика при t_1в = 12^оС, 3—нормативная характеристика при t_1в = 20 ^оС, 4—расчет по методике ВТИ, 5—расчет по методике фирмы «Метро-Виккерс», 6—расчет по методике института теплообмена США, 7—расчет по методике Г.Г.Шкловера и В.Г.Григорьева

Рис. 1.2. Тепловая эффективность подогревателей низкого давления
I—ПНД№4 турбины К-200-130 ЛМЗ, Верхнетагильская ГРЭС, II—ПНД№3 турбины К-300-240 ЛМЗ, Киришская ГРЭС, III—ПНД№3 турбины К-300-240 ХТЗ, Рефтинская ГРЭС, IV—ПНД№4 турбины К-300-240 ЛМЗ, Среднеуральская ГРЭС, V—ПНД№4 турбины К-500-240 ХТЗ, Рефтинская ГРЭС; 1, 2—минимальное и максимальное значения данных эксплуатации, 3—расчетные данные, 4—данные типовой энергетической характеристики

Как видно из рисунков, превышение опытных эксплуатационных данных по сравнению с результатами расчетов и данными нормативных характеристик достигает 5 °С.

Это расхождение наиболее существенно для ПНД, т. к. превышает расчетные значения для этих аппаратов практически в два раза.

Возможными причинами несогласованности опытных и расчетных данных являются несовершенство конструкции аппаратов и методик их теплового расчета, а также недостаточно высокий уровень эксплуатации. В отдельных случаях это может дополнительно определяться особенностями тепловой схемы ПТУ, например, наличием или отсутствием в схеме смешивающих ПНД. Несовершенство конструкции и особенно невысокое качество изготовления аппаратов (определяется оснащенностью и технологическим уровнем производства конкретных заводов-изготовителей), кроме того, приводят к повышенным присосам воздуха в аппаратах, работающих при давлении ниже барометрического, и, следовательно, к ухудшению показателей эффективности аппаратов.

Недостаточно высокий уровень эксплуатации аппаратов чаще всего проявляется в повышенном загрязнении поверхности теплообмена различными отложениями или в недостаточно эффективной и несвоевременной очистке аппаратов (конденсаторов и сетевых подогревателей); существенны также эффективность работы автоматики и систем отсоса воздуха, плотность арматуры (ее состояние) и другие факторы.

Анализ и обобщение данных по эффективности и надежности теплообменных аппаратов ПТУ показывают, что существуют резервы повышения эффективности и необходимость совершенствования аппаратов как на стадии проектирования новых, так и путем модернизации действующих аппаратов в условиях эксплуатации. Выбор конкретного способа интенсификации теплообмена в аппарате должен исходить из анализа тепловых процессов в нем и, прежде всего, определения лимитирующей теплообмен стороны.

Известно, что понятие надежности в широком смысле включает в себя большой ряд показателей: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, контролепригодность, эксплуатационную технологичность, сохраняемость, наработка на отказ и другие. Каждый из этих частных показателей характеризует обычно одну или несколько сторон общей надежности оборудования или его отдельные технико-экономические характеристики. В соответствии с принятой методикой оценки уровня качества энергетического теплообменного оборудования, надежность теплообменных аппаратов турбоустановок, как правило, рассматривается с позиции долговечности, как основного показателя общей надежности аппарата.

Неисправности в работе конденсационных установок, аппаратов систем регенерации и подогрева сетевой воды являются одной из причин снижения экономичности и надежности работы паротурбинных установок. Наиболее распространенными последствиями отказов являются недовыработка энергии, снижение коэффициента готовности оборудования, снижение экономичности и, как следствие, увеличение удельных расходов топлива. В отдельных случаях выход из строя рассматриваемого оборудования может привести к останову всего агрегата (блока).

По данным ОРГРЭС, наибольшее число отказов энергоблоков происходит из-за повреждений котлов. Второе и третье место по числу отказов делят между собой отказы, вызванные повреждениями турбоагрегатов и прочего вспомогательного оборудования, куда, в частности, входят и повреждения теплообменного оборудования турбоустановок. Такой достаточно высокий процент отказов из-за повреждений вспомогательного оборудования показывает, что вопросам надежности данной группы оборудования необходимо уделять внимания не меньше, чем этого требует турбина.

Анализ данных по надежности теплообменных аппаратов показывает необходимость их совершенствования как на стадии разработки (проектирования) новых, так и в условиях эксплуатации — путем модернизации действующих аппаратов. При этом основными направлениями разработок по совершенствованию теплообменников следует считать следующие:

повышение коррозионно-эрозионной стойкости трубных систем аппаратов;

повышение вибрационной надежности аппаратов;

совершенствование конструкций аппаратов, в частности, систем подвода пара;

повышение качества трубок для теплообменников;

повышение качества сборки и изготовления аппаратов в целом, работающих при давлениях ниже барометрического, особенно в части присосов воздуха в аппараты.

Таким образом, анализ распределения частот и полученных расчетных данных показывает, что фактический закон распределения несколько отличается от нормального.

Можно считать, что распределение осуществляется по логарифмически нормальному закону. В целом расчеты по всем вариантам позволяют выявить средние значения параметров, наиболее характерных для искомых количественных оценок. Анализ численных значений по длительности одного восстановления показывает, что они меняются в широком диапазоне — 6,6―45,7 ч. Это объясняется особенностями конструкции и условиями работы аппаратов на ТЭС.

Список используемой литературы

1.Алексахин А.А. Теплообмен в каналах прямоугольного поперечного сечення.//Автореферат диссертации на соискание уч. степ. канд. наук-Харьков, 1986 - 16 с.

2. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара. М.: Химия, 1966. - 296 с.

3. Анисимов С.М. Утилизация теплоты вытяжного воздуха в перекрестно-точном рекуператоре// Инженерные системы. 2003, Т. 8, №4 - с. 30-36.

4. Гогонин И.И. Экспериментальные исследования тепломассопереноса при конденсации движущейся парогазовой смеси (обзор)//Теплофизика и аэромеханика, 1996, Т.З, №3, с. 201-213.

5. Горяйнов В.В., Чернышев Н.Д. Математическая модель рекуперативного теплообменника в двумерной постановке//ИФЖ, 2003, т.76, №6, с. 161-167.

6. Грин X., Лейн В. Аэрозоли пыли, дымы и туманы. 2-е изд.: Пёр. с англ. -Л.: Химия, 1972 - 428 с.

7. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. — М.: Наука, 1982.-472 с.

8. Иванов О.П. Выбор оборудования для утилизации тепла и холода в системах кондиционирования воздуха/УХолодильная техника, 1982, № 6. с. 12-15;

9. Иванов О.П., Рымкевич А.А. Единый подход к оценке различных схем систем кондиционирования воздуха/УХолодильная техника, 1981, № 5. с. 404.