CC BY
5
ш
нлты
ЫКРА1НИ
»imieft®
Науковий BicH и к Н/1ТУ Украши Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280321 Article received 23.03.2018 р. Article accepted 26.04.2018 р.
УДК 621.311.32
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
@ El Correspondence author M. F. Zayats [email protected]
М. П. Кузик, М. Ф. Заяць
Нацюнальнийунiверситет "Львiвська полШехтка", м. Львiв, Украта
К1НЕТИЧН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ СУШ1ННЯ КОТЛ1В ТП-10 ЗА ДОПОМОГОЮ ТЕПЛОТИ ЖИВИЛЬНО1 ВОДИ
Спалювання непроектного вугшля на теплових електростанщях неминуче призводить до забруднення зовнiшнiх повер-хонь нагрiву котла i як наалдок - до погiршення технжо-екон^чних показникiв роботи пиловугшьного котла. Анатзуючи лiтературнi джерела та досвiд експлуатацп електростанцш, визначено основнi чинники, яю зумовлюють перебiг корозiйних процесiв на зовшшшх поверхнях нагршання котлш тд час спалювання рiзних видiв палива та вплив на них режимiв роботи котлiв. До основних чинниюв, що зумовлюють процеси корозп на зовшшшх поверхнях нагршання котав, яю розмiщенi в резерв^ належать: вид i властивостi палива, яке спалюеться перед виведенням котлш у резерв - хiмiчний склад i властивоста вiдкладень на поверхнях нагршання, вдаосна вологiсть i температура повпря, що оточуе поверхш нагршання, проведенi заходи для зниження вмiсту арки у вiдклaденнях на поверхнях нагршання перед виведенням 1х у резерв. Практикою експлуатацп встановлено, що ретельно очистити поверхнi вiд вiдклaдень можливо тiльки за допомогою водяного обмивання. Пiсля обмивання потрiбно провести яюсне сушiння всiх зволожених поверхонь котла, щоб мiнiмiзувaти процеси низькотемпера-турно1 корозп. Викладено результати дослщження режимiв малозатратно1 та ефективно1 процедури сушшня шляхом подaчi в пароводяний тракт котла живильно1 води зi зaгaльностaнцiйного трубопроводу.
Ключовi слова: паливо; вологiсть повпря; температура повпря; обмивання юэттав; винесення вологи.
Вступ. Генеращя електроенергп на теплових елек-тростаншях, де використовують пиловугiльнi котли, ще тривалий час буде основним способом отримання електроенергп. Ефективнiсть роботи коттв значною мiрою залежить ввд стану !х теплосприймальних поверхонь. Це потребуе перюдично! очищения цих поверхонь. Во-дяне обмивання е одним з найефектившших способiв очищення. Проте тсля його проведення необxiдне ре-тельне сушiння поверхонь котла (Hut et al., 2008, 2009).
Одним з найрацiональнiшиx методiв сушiння, який може бути реалiзований на котлах ТЕС з поперечними зв'язками, зокрема на котлах ТП-10, полягае в подачi у пароводяний тракт котла живильно! води зi загальнос-танцшного трубопроводу (Brykailo & Mysak, 2008; Yan-ko & Mysak, 2004; Mysak, Tymofieiev & Zayats, 2009), що призводить до на^вання повиря в конвективнiй шаxтi. Внаслiдок спещально проведених експериментiв iз обмивання i сушiння поверхонь нагрiву згiдно з наве-деним вище методом визначено низку параметрiв процедури сушшня (Kuzyk, Brykailo & Mysak, 2012).
У цш роботi проаналiзовано кшетичш характеристики процесу сушiння поверхонь на^вання котлiв ТП-10 тсля !х водяного обмивання для встановлення пев-них закономiрностей, як1 можна було б використати для оптимiзацi! процедури сушiння.
Матерiали та методи дослщження. Для унаочнен-ня проведеного aнaлiзу наводимо отриману (обмивання № 2 iз серп 5 дослщв) за описаною в (Kuzyk, ВгукаПо & Mysak, 2012) технологiею, криву (рис. 1) часово! за-лежносп абсолютно! вологостi р=р(т) повiтря в нижнш чaстинi конвективно! шахти (тдбункернику) пiд час роботи димотяга у процеа сушiння. Ця крива найбшьш характерна для тих дослiдiв, що здшснювали в закрито-му напрямному апарап димотяга. Стан напрямного апа-рату (вiдкритий, закритий) зумовлюе певш особливостi ходу кривих р=р(т) за !х загально! подiбностi (Yanko & Mysak, 2004).
Суцiльнa лiнiя на рис. 1 ввдповвдае aпроксимaцi! от-риманих експериментальних значень вологостi повггря за допомогою полiномa виду
р(г)=6,9571+2,66333г-0,Ш17г2+0,00153г3-
-5,72716 10-6г4-1,56037 10-8Т5. (1)
Анaлiз ходу криво! на рис. 1 (обмивання № 2) та аналопчних кривих шших обмивань дае змогу ствер-джувати, що нaйбiльш подГ6ними для них е шнцева фаза сушшня тсля проходження максимуму вологосп рмах (задай фронт криво!). Остaннiй ще е шкавий тим, що за наявносп певних зaкономiрностей, виникае мож-ливГсть прогнозування тривaлостi к1нцево! фази сушшня, а це пов'язано з оптимiзaцiею енергетичних затрат.
1нформащя про aBTopiB:
Кузик Мирон Петрович, канд. фiз.-мат. наук, доцент, кафедра теплоенергетики, теплових i атомних електричних станцш. Email: [email protected]
Заяць Мaрiя Федорiвнa, ст. викладач кафедри теплоенергетики, теплових i атомних електричних станцШ. Email: [email protected]
Цитування за ДСТУ: Кузик М. П., Заяць М. Ф. Кшетичш характеристики сушiння ко™в ТП-10 за допомогою теплоти живильно'
води. Науковий вiсник НЛТУ Укра'ни. 2018, т. 28, № 3. С. 101-104. Citation APA: Kuzyk, M. P., & Zayats, M. F. (2018). Kinetic Characteristics of Drying of Boilers TP-10 With Using Feedwater Heat. Scientific Bulletin of UNFU, 28(3), 101-104. https://doi.org/10.15421/40280321
О 20 40 60 80 100
Час роботи димотяга т, хв Рис. 1. Залежтсть вологоста та температури повпря у тдбун-кернику котла ТП-10 пiд час роботи димотяга
Процес порiвняння i знаходження закономiрностей ходу шнцево! фази для рiзних обмивань показав, що не-обхiдно виключити такий фактор, як абсолютна воло-гiсть фону рф (повiтря котельного примiщення як сушильного агента), осшльки для рiзних обмивань вона рiзна. Отже, беремо до уваги величину р-рф. Оск1льки максимуми рмах кривих р=р(т) для рiзних обмивань ма-ють рiзну амплiтуду, то е сенс нормувати змшш значен-ня р вщносно рмах, тобто оперувати безрозмiрними величинами р/рмах, а ще точшше (р-рф)/(рмах-рф). Окрiм цього, вiдлiк часу шнцево! фази необхiдно починати з моменту проходження згаданого максимуму. На рис. 2 спшьно для другого та четвертого обмивань наведено хвд нормованих вказаним чином значень вологосп як функцп часу, нульовий вщтк якого збiгаеться з моментом проходження рмах. Апроксимацiю ходу об'еднаних експериментальних значень проведено за допомогою Програми Origin 7.5. Найкращу апроксимацш забезпе-чуе такий вираз:
(р-рф)/(рмак-рф) = 0,0101+0,990хе"т/37'3, (2)
де т - час пiсля проходження максимуму вологостi, хв.
0 10 20 30 40 50 60 Час теля проходження максимуму вологоеш, хв Рис. 2. Нормований спад вологосп спшьний для 2 i 4 обмивань (напрямний апарат димотяга закритий)
Формулу (2) розглядаемо як математичну модель шнцево! фази процесу сушшня. Використовуючи цю формулу, можна оцшити час сушiння, точнiше час роботи димотяга тсля проходження максимуму вологос-тi, за рiзних заданих величин концевого значення абсо-
лютно! вологосп в газоходi котла (у тдбункернику), а отже, i в котт загалом.
При цьому швидшсть подачi живильно! води пiд час термiчного сушiння поверхонь нагрiву конвективно! шахти котла ТП-10 повинна знаходитись в дiапазонi 2^3 л/с, напрямний апарат димотяга в момент подачi живильно! води повинен бути повшстю закритим. При включеному димотягу його напрямний апарат повинен бути вiдкритий на 10^15 %.
Щодо сушiння котла за ввдкритого напрямного апа-рату димотяга, то тут формули типу (2), загально! для рiзних обмивань, не вдалось знайти. Самотяга, яка ви-никае в разi вiдкритого напрямного апарату, е явищем достатньо невпорядкованим, iстотно залежить вщ рiз-ниць температур ззовнi, в котельному примщенш, зольнi тощо.
Результата дослщження. Певний iнтерес мае кинетика виносу вологи з котла за час роботи димотяга. Для !! дослщження врахуемо, що площа тд кривими р=р(т) на рис. 1 пропорцшна масi вологи М, яка пройшла через газопровщ котла за промшок часу вщ Ti=0 до т2, який дорiвнюе тривалостi роботи димотяга.
Використаемо наведену вище апроксимацiйну формулу (1), яка описуе хвд криво! р=р(т) для другого обми-вання i сушiння, що здiйснювалось за закритого напрямного апарату димотяга. Тодi маса вологи М, яка по-кидае котел в промiжку часу ввд т1 до т2, дорiвнюе
M = Vf p(T)dT = 3240 J (6,9571 + 2,66333т - 0,11012т2 +
т т (3)
+0,00153т3 - 5,72716 х 10-6т4 -1,56037 х 10-8 х r5)dr, де V - об'ем повиря, який проходить газоходом котла за одиницю часу i який дорiвнюе в наших експериментах 3240 м3/хв.
Для визначення (встановлення) кинетики процесу видалення вологи з котла в процеа роботи димотяга об-числено згiдно з виразом (2) значення М для т2 = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70 i 80 хв (т1 = 0).
Чисту (без вологи сушильного агента на вход^ масу вологи МВ, яка виносилась з поверхонь котла, визначе-но як
Мв = М - Мф = М - (т2-т) •рф • V. (4)
Залежтсть процесу виносу вологи ввд часу роботи для другого обмивання наведено на рис. 3.
Апроксимацiйна формула цього графжа мае такий вигляд:
Мв = А2 + (А - А2) / [1 + exp((T - B) / С)], (5)
де: А1 = -950 кг; А2 = 3230 кг; В = 22,3 хв; С = 17,4 хв.
Застосування формули (5) для опису шнетики процесу сушшня котла дае змогу оцшити граничну величину вологи Мегран, що метиться на стшках котла тсля обмивання. Якщо час роботи димотяга т ^ да , то з (5) випливае, що для другого обмивання М.гран = А2 = 3230кг .
Таким чином, на приклащ другого обмивання (за закритого напрямного апарату димотяга) визначено ма-су води, яка покинула котел ТП-10 у процеа сушшня, i яка становить приблизно 3200 кг. Отже, тсля водяного обмивання котла на поверхнях, переважно конвективно! шахти, залишаеться значна, вимiрювана в тоннах, шльшсть вологи, випаровування яко! природним шляхом е достатньо тривалим процесом. Ця волога здатна
Статно пришвидшувати процеси атмосферно! Kopo3iï зовшшшх поверхонь нагрiвання.
4000-1
3500£ зооо-
^Г 2500-
0 20 40 60 80
Час роботи димотяга т, хв Рис. 3. Залежтсть процесу виносу вологи ввд часу роботи димотяга
Висновки
1. Кшцева фаза процедури суш1ння в координатах "воло-псть сушильного агента на виход1 з котла - час роботи димотяга" описуеться, в раз1 закритого напрямного апарату димотяга тд час подач1 живильно! води, ек-споненщальною залежшстю.
2. Ця залежшсть дае змогу прогнозувати тривал1сть роботи димотяга залежно ввд вологост повггря в котельному примщенш рф, максимуму вологост в нижнш частит котла рмак тд час роботи димотяга. В такий спомб можна опташзувати процедуру сушшня поверхонь нагр1ву котла з огляду на затрати енергл.
3. Визначено кшьюстъ вологи, яка виноситься тд час тер-м1чного суш1ння котла ТП-10 тсля його обмивання i становить приблизно 3200 кг.
4. П1д час простоювання котлiв у pe3epBi чи консер-вацiï метал поверхонь названия перебувае в близько-му до нейтрального середовища, де температура точки роси залежить вiд вiдносноï вологостi i температури навколишнього середовища, яка в реальних ктматич-них та експлуатацшних умовах становить 15-20 оС 3i запасом на непередбачеш обставини, тобто в значно нижчому дiапазонi.
Перелiк використаних джерел
Brykailo, R. V., & Mysak, Y. S. (2008). Kotelna ustanovka pat. 85517 Ukraina: MPK F22B33/00, F23C 9/00, F23L 15/00; zaiavnyky i patentovlasnyky Dobrotvirska TES VAT "ZAKhIDENERHO", Natsionalnyi universytet "Lvivska politekhnika". № a 2007 03316; zaiavl. 27.03.2007; opubl. 10.10.2008. Biul. № 19. 4 p. Hut, P. O., Mysak, Y. S., Zayats, M. F., Tymofieiev, I. L., & Mysak I. V. (2009). Sposib zakhystu metalu nyzkotemperaturnykh poverkhon nahrivu kotla vid korozii pat. 40591 Ukraina: MPK F23J 15/00, B01D 53/26, B01D 53/60; zaiavnyky i patentovlasnyky VAT "LvivORHRES", Natsionalnyi universytet "Lvivska politekhnika". № a 2007 10185; zaiavl. 12.09.2007; opubl. 27.04.2009. Biul. № 8. 4 p. Hut, P. O., Mysak, Y. S., Zayats, M. F., Tymofieiev, I. L., & Mysak, I. V. (2008). Sposib zakhystu metalu nyzkotemperaturnykh poverkhon nahrivu kotla vid sirchanokysloi korozii pat. 84379 Ukraina: MPK S23F11/10, F22V 37/00, F23J 15/00; zaiavnyky i patentovlasnyky VAT "LvivORHRES", Natsionalnyi universytet "Lvivska politekhnika". № a 2007 10639; zaiavl. 26.09.2007; opubl. 10.10.2008. Biul. № 19. 4 p. Kuzyk, M. P., Brykailo, R. V., & Mysak, Y. S. (2012). Sushinnia zovnishnikh poverkhon nahrivannia kotliv TP-10 za dopomohoiu zhyvylnoi vody. Skhidno-Ievropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, 2/8(56), 12-17. Mysak, Y. S., Tymofieiev, I. L., & Zayats, M. F. (2009). Vodopidhotovka, vodno-khimichnyi rezhym ta konservatsiia teploenerhetychnoho ustatkuvannia elektrostantsii. Lviv: NVF " Ukrainski tekhnolohii". 168 p. Yanko, P. I., & Mysak, Y. S. (2004). Rezhymy ekspluatatsii enerhetychnykh kotliv. Lviv: PVF "Ukrainski tekhnolohii". 272 p.
М. П. Кузык, М. Ф. Заяц
Национальный университет "Львовская политехника", г. Львов, Украина
КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУШКИ КОТЛОВ ТП-10 С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛОТЫ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
Сжигание угля на тепловых электростанциях неминуемо приводит к загрязнению тепловоспринимающих поверхностей нагрева котла и как следствие - к ухудшению технико-экономических показателей работы пылеугольного котла. Анализируя литературные источники и опыт эксплуатации электростанций, определены основные факторы, которые способствуют прохождению коррозионных процессов на внешних поверхностях нагрева котлов при сжигании различных видов топлива и влияние на них режимов работы котлов. Установлено, что тщательно очистить поверхности от загрязняющих отложений возможно лишь с помощью водяного обмывания. После обмывания необходимо провести качественную сушку всех увлажненных поверхностей котла для минимизации процессов низкотемпературной коррозии. Изложены результаты исследования режимов малозатратной и эффективной технологии сушки путем подачи в пароводяной тракт котла питательной воды с общестанционного трубопровода. Данная зависимость позволяет прогнозировать продолжительность работы дымососа в зависимости от влажности воздуха в котельном помещении рф, максимума влажности в нижней части котла рмак во время работы дымососа. Таким образом можно оптимизировать процедуру сушки поверхностей нагрева котла учитывая затраты энергии. Определено количество влаги, которое выносится при термической сушке котла ТП-10 после его обмывания, и составляет примерно 3,2 т.
Ключевые слова: топливо; влажность воздуха; температура воздуха; обмывание котлов; вынесения влаги.
M. P. Kuzyk, M. F. Zayats
Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine
KINETIC CHARACTERISTICS OF DRYING OF BOILERS ТП-10 WITH USING FEEDWATER HEAT
Combustion of coal in thermal power plants will inevitably result in contamination of the heat-receiving surfaces of the boiler heating and, as a consequence, deterioration of the technical and economic performance of the pulverized coal boiler. Practice of operation has defined that it is possible to thoroughly clean the surfaces of polluting deposits only with the help of water washing. After washing, it is necessary to carry out a high-quality drying of all humidified surfaces of the boiler to minimize the processes of low-temperature corrosion. The results of studies of low-cost and efficient drying technologies by supplying feed water from the
general-purpose pipeline to the steam-water tract of the boiler are described in this paper. One of the most rational drying methods that can be implemented on TPP boilers with transverse bonds, in particular on Tn-10 boilers, is to feed the boiler feed water from the general-purpose pipeline to the steam-water path, which leads to heating the air in a convection mine. Feed rate of feed water was no more than 3 l/s. The temperature of the heating of the top of the mine reached 70 °C. Warm air moves through the gas circuit, heats up the external surfaces of the heater and the moisture left over there, which is removed outside the boiler installation by the inclusion of smoke and partly due to the smoke chute self-movement. In the course of the research we obtained the time dependence of air humidity at the outlet of the convection shaft during the operation of the smoke outlet, which can be considered as the dynamic dependence of the drying process. We also obtained a formula that describes the dynamics of the final phase of the drying process. Using this formula we can estimate drying time, more precisely the operating time of the smoke exhaust after the maximum moisture content at various predetermined values of the final value of absolute humidity in the gas boiler (in the hopper) and, consequently, in the boiler as a whole. Having analysed the experimental data, we obtained the temporal dependence of the process of removing moisture from the boiler during the operation of the smoke exhaust. This allowed us to estimate the limit value of moisture contained on the walls of the Tn-10 boiler after washing, which is approximately 3.2 t. This dependence allows predicting the duration of the operation of the smoke generator, depending on the humidity of the air in the boiler room and the maximum moisture content in the bottom of the boiler during the operation of the smoke outlet. Thus, it is possible to optimize the procedure of drying the heating surfaces of the boiler in view of energy costs.
Keywords: fuel; air humidity; air temperature; washing of boilers; removal of moisture.
