Разработка компьютерной модели и исследование гидравлических режимов работы цирксистемы ТЭЦ ваз Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК (519.9+518.5):532.54

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЦИРКСИСТЕМЫ ТЭЦ ВАЗ

Инженеры ДИКОП В. В., БУХТИЯРОВ А. В., КОВАЛЕНКО А. Г., КОТОВ В. В., докт. физ.-мат. наук, проф. КУДИНОВ В. А.

Самарский государственный технический университет, ОАО «Самараэнерго»

Цирксистемы тепловых электрических станций (ТЭС) предназначены для охлаждения циркводы в градирнях с целью конденсации пара в конденсаторе. От их надежной работы зависят КПД станций (от вакуума в конденсаторе) и конденсационная выработка электрической энергии. Основными показателями работы цирксистемы являются: расход циркводы и эффективность ее охлаждения в градирнях.

Для нормального функционирования цирксистемы весьма важной является взаимосвязь между уровнями жидкости в стояках градирен и аванкамере (рис. 1). От уровня жидкости в стояках зависит работа разбрызгивающих устройств (сопел), а в аванкамере - устойчивая работа насосов. От этих двух факторов в существенной степени зависят производительность (расход воды) цирксистемы и охлаждающие способности градирен.

Рис. 1. Схема системы градирня - аванкамера - насос: 1 -насос; 2 - аванкамера; 3 - градирня; 4 - стояк градирни; 5 -чаша градирни; 6 - разбрызгивающие устройства; 7 - трубопроводы, соединяющие чашу градирни с бетонными каналами; 8 - бетонные каналы

Рис. 2. Упрощенная схема цирксистемы ТЭЦ ВАЗ (левая подсистема): I - напорный трубопровод; II - сбросной трубопровод; А - аванкамера; 1, 2, 3, 4, 5, 6 - насосы; К-1, К-2, К-3 - конденсаторы; ГР-1, ГР-2, ГР-3, ГР-4 - градирни

Настоящая работа выполнялась применительно к цирксистеме ТЭЦ Волжского автомобильного завода, где в ряде случаев наблюдалось рассо-

гласование уровней жидкости в системе аванкамера - стояк градирни -чаша градирни. Это приводит к малому напору жидкости на соплах, переливу воды через борта чаш градирен или недостатку воды в них и пр.

Найдем теоретическую зависимость уровня жидкости в стояке градирни от различных факторов цирксистемы. Высота жидкости в стояке градирни по отношению к уровню в аванкамере определяет величину статического напора Нст (рис. 3) в характеристике сети

яс -Яст +£с<2 ,

(1)

где Нст = р0 - рвх ; Ро - пьезометрический напор в стояке, м; рвх - пьезометрический напор на всасе насоса; кс - суммарный коэффициент гидравлического сопротивления сети, включающий сопротивления входного и выходного участков (задвижки, трубопроводы, конденсаторы и пр.); (2 - расход в сети.

Рис. 3. Упрощенная схема цирксистемы с аванкамерой: 1 - емкость (чаша) градирни; 2 -аванкамера; 3 - насос; 4,5- задвижки; 6 - конденсатор; 7 - стояк градирни; 8 - трубопроводы с соплами

В формуле (1) Нст определяет начальную точку параболы. Для одной и той же сети при различных значениях Нст гидравлические характеристики будут иметь вид параллельных кривых 1, 2, 3 (рис. 4), где для кривой 1

Яст = 0.

Рис. 4. Характеристики сети в зависимости от Нст (рис. 1): 1 -Нст = 0; 2 -Нст = #ст1; 3 - #ст = Нст2', 4 - характеристика насоса ДВ (ДПВ)-4,5/23 при а = - 2 °С

Уровень жидкости в аванкамере применительно к цирксистеме ТЭЦ ВАЗ определяет так называемый подпор насоса, равный рвх (рис. 3). Формула для характеристики насоса имеет вид

Н н = Н 0 + кн 0 2, (2)

где Н0 - напор насоса при закрытой на выходе задвижке (0 = 0); 0 - подача насоса; к н - коэффициент гидравлического сопротивления насоса.

Для определения факторов, влияющих на величину уровня в стояке ро и аванкамере р вх, рассмотрим упрощенную схему цирксистемы (рис. 3). Найдем аналитическое выражение высоты поднятия жидкости в стояке ро . Для этого запишем уравнение баланса цирксистемы в виде

Ргр - ге2 + рвх + но - кне2 - 2 - к2е2 = рВыХ, (3)

где г - сопротивление сети на участке от чаши градирни до аванкамеры; к1 - сопротивление сети от насоса до разбрызгивающих устройств (сопел); к2 - сопротивление разбрызгивающих устройств. Выражая из (3) е2, получим

е2 =ргр; рвх + Н0-крвых. (4)

к н + г + к1 + к 2

Запишем уравнение баланса стояка градирни, считая, что насос создает разность потенциалов (уровней) в стояке и аванкамере

Отсюда

Рвх + Н0 - кн Q2 - kQ 2 - Ро = 0.

Ро = Рвх + Но -Q2(кн + к,). (5)

Подставляя (4) в (5), получим

„ , ч ргр + рвх + Н0 - рвых Р0 = Рвх + Н0 - (кн + к1) кн + Г + к, + к2 •

Обозначим к = кн + г + к,.

Тогда

Р0 = Н0 + Рвх - (Ргр + Рвх + Н0 - Рвых )-к—— • (6)

1 + к2±Г к

Анализируя формулу (6), приходим к заключению, что величина Р0 будет возрастать при увеличении к2 (сопротивление разбрызгивающих устройств) и при уменьшении к (при кн - const, г - const). Действительно, насос создает разность потенциалов между стояком и аванкамерой, равную величине Нст. Чем больше сопротивление в сети, тем меньше Нст. В пре-

дельном случае, когда насос не работает, Hст = 0, наблюдается равенство уровней в чаше градирни, аванкамере и стояке.

Из сказанного выше следует, что управлять величиной уровня в стояке можно лишь изменением сопротивления k kн + г + ^ (регулировать величину k2 не представляется возможным). В основном - это регулирование задвижками на выходе из насосов или на входе и выходе в конденсаторы, градирни, а также включением или отключением оборудования.

Ввиду того что уровни жидкости в стояке и аванкамере взаимосвязаны, формулу (6) можно применить и для анализа факторов, влияющих на высоту уровня в аванкамере, характеризуемого величиной рвх (рис. 3). Зависимость уровней здесь обратная. Если, например, уровень жидкости в стояке уменьшается, что происходит при увеличении ^ и уменьшении то уровень в аванкамере будет возрастать. При увеличении уровня жидкости в стояке (увеличение Hст) уровень жидкости в аванкамере будет падать. Это объясняется тем, что количество жидкости, циркулирующей в системе, неизменно, и насос может создать разность потенциалов только за счет уменьшения одного уровня и повышения другого.

В случае, когда с аванкамерой соединены чаши нескольких градирен, получение аналитических зависимостей весьма затруднительно. В связи с чем расчеты по определению изменения уровней в чашах градирен и аванкамере для левой подсистемы цирксистемы ТЭЦ ВАЗ (рис. 2) были выполнены на компьютерной модели [1, 2], позволяющей полностью воспроизвести гидравлические процессы в цирксистеме как единой целой системе. Результаты этих исследований представлены на графиках рис. 5...8. Высоты верхних кромок бортов чаш градирен были следующими: ГР-1 - 64,51 м; ГР-2 - 64,46; ГР-3 - 64,38; ГР-4 - 64,45 м.

Н, м 66,0

65,0 64,51 64,0

63,0

62,0

J ^

и I- J и/ J У

Н, м 64,0 63,5 63,0

62,0

Рис. 5. Изменение уровня жидкости в чашах градирен и аванкамере в зависимости от сопротивления г соединяющих их трубопроводов

Рис. 6. Изменение уровня жидкости в чашах градирен и аванкамере в зависимости от сопротивления г соединяющих их трубопроводов

г

г

Анализ этих результатов позволяет сделать следующие заключения. Увеличение сопротивления труб, соединяющих чашу градирни № 1 с бетонными каналами (две трубы диаметрами по 1200 мм), приводит к значительному возрастанию уровня воды в чаше этой градирни (рис. 5). Перелив (точка А, на рис. 5) наблюдается при коэффициенте сопротивления трубопроводов г = 0,87, что означает уменьшение их диаметров на 13 %. В чашах градирен 2, 3, 4 уровень жидкости при этом понижается (примерно на 1,3 м в каждой градирне). Уменьшение уровня воды в аванкамере состав-

ляет 28 см. Согласно формуле (6) с увеличением сопротивления г, входящего в коэффициент к, уровень жидкости в стояках градирен уменьшается, что и подтверждается расчетами на модели. Все это приводит к снижению давления на соплах и, как следствие, ухудшению охлаждающих способностей градирен.

Совсем иная картина в системе чаши градирен - аванкамера наблюдается в случае, когда увеличивается сопротивление бетонных каналов, соединяющих чаши всех градирен с аванкамерой (рис. 6). В данном случае уменьшение диаметров этих каналов в 2 раза (г = 0,5) приводит к падению уровня в аванкамере на 1,3 м. Уровни жидкости в чашах всех градирен незначительно повышаются (примерно на 20 см), что не создает опасений перелива через их борта. Уровни жидкости в стояках градирен в данном случае существенно падают. Повышение уровня в чашах градирен согласно формуле (6) происходит из-за существенного понижения уровня рвх в аванкамере. Таким образом, разность потенциалов (уровней) в чашах градирен и аванкамере растет с увеличением сопротивления г соединяющих

их бетонных каналов.

Н, м 65,0

64,5

64,0

63,0

IУ /' ИI II-. г Л

Рис. 7. Изменение уровней жидкости в чашах Рис & Изменение уровней жидкости в ча-градирен при неизменном ур°вне в аванка- Шах градирен в зависимости от сопротивле-меРе ния бетонных каналов

На модели были также проведены исследования для случая, когда при увеличении сопротивления трубопроводов между чашей градирни № 1 и аванкамерой расход воды через насосы оставался неизменным (уровень воды в аванкамере не менялся, рис. 7, 8). Этот случай может иметь место в реальной цирксистеме при соответствующей подпитке в аванкамеру. Анализ результатов расчетов позволяет заключить, что перелив в чаше, например, градирни № 1 может иметь место при 26%-м уменьшении диаметров трубопроводов (точка А, рис. 7), соединяющих чашу ГР-1 с бетонными каналами (рис. 1). В этом случае уровень жидкости в стояках градирен остается неизменным, а повышение уровня воды в ГР-1 обеспечивается дополнительной подпиткой воды в аванкамеру.

На рис. 8 представлены результаты исследований для случая, когда загрязнению подвержены участки бетонных каналов между чашами градирен и аванкамерой при неизменном расходе воды через насосы (уровень в аванкамере не меняется) за счет соответствующей подпитки в аванкамеру, компенсирующей уменьшение количества воды, поступающей от чаш градирен, из-за загрязнения каналов. В данном случае с увеличением г уровень жидкости в чашах всех градирен повышается примерно в одинаковой

степени. Перелив в чашах градирен может наблюдаться лишь при 40%-м уменьшении диаметра бетонных каналов.

ВЫВОДЫ

1. Перелив в чашах градирен возможен при уменьшении диаметров обеих отводных труб диаметрами по 1200 мм из-за загрязнения до 20 % и более (обе трубы одновременно).

2. Загрязнение бетонных каналов существенно влияет на уровень жидкости в аванкамере и незначительно - на уровень в чашах градирен. Так, при 50%-м их загрязнении уровень в аванкамере падает на 1,3 м, а уровень в чашах градирен увеличивается лишь на 20 см. Однако в этом случае существенно уменьшается уровень воды в стояках градирен, что ведет к снижению охладительной способности градирен.

3. Применительно к системе чаши градирен - аванкамера - стояки градирен можно сделать следующее заключение, подтверждающееся теорией и расчетами на модели: всякое повышение расхода через насосы при неизменных сопротивлениях сети приводит к увеличению разности уровней между аванкамерой и стояками градирен - в стояках он будет увеличиваться, а в аванкамере - уменьшаться. Разность уровней между чашами градирен и аванкамерой также будет возрастать, и будут создаваться условия для перелива из чаш градирен. К такому же эффекту приводит уменьшение сопротивления сети (открытие задвижек, включение новых конденсаторов и пр.), при котором происходит возрастание суммарного расхода. И наоборот, всякое увеличение сопротивления сети или отключение насосов приводит к уменьшению суммарного расхода и падению разности всех уровней между чашами градирен и аванкамерой, а также между аванкамерой и стояками градирен.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Разработка компьютерной модели и исследование работы циркуляционной системы Новокуйбышевской ТЭЦ-2 / В. А. Кудинов, А. Г. Коваленко, С. В. Колесников, Ю. С. Панамарев // Изв. РАН. Энергетика. - 2001. - № 6. - С. 118-124.

2. И с с л е д о в а н и е гидравлических режимов работы цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ на компьютерной модели / С. В. Колесников, В. В. Дикоп, С. В. Томкин, В. А. Кудинов // Энергетика...(Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2002. - № 6. -С. 90-95.

Представлена кафедрой теоретических основ

теплотехники и гидромеханики Поступила 4.11.2004