Разработка режимов работы системы вентиляции основных корпусов ТЭЦ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 697.911

Г.Г. Кустиков, G. G. Kustikox, e-mail: gr histikov@mail. rti MA. Таран, M.A. Taran, e-mail: michael -S@. maii.ru А.Б. Щелкан ов, A. V. Shchefkanov, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia

PAiPAEOTKA РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ОС НОВНЫХ КОРПУСОВ ТЭЦ

DEVELOPMENT MODES OF VENTILATION SYSTEM OF MAIN HEAT-AND-POWER PLANT BUILDINGS

Опнсана математическая модель траектории н скор оста движения воздушных потоков, скорости образования энергии турбулентных пульсаций н полей температур воздушных масс при различных режимах работы главных корпусов ТЭЦ. Применение модели в практике проектирования позволит на начальной стадии проанализировать интенсивность и характер движения воздушных потоков в вентилируемом ооъеме и выбрать наиболее эффективную схему организации воздухообмена.

The mathematical model of The trajectory and speed of The air flow гате of formation energy of turbulent fluctuations and Temperature fields of air niasses with different modes of operation of the main buildings С HP are described. Application of the model in The praclice of design a! an early stage will allow to analyze The intensity and nature of the ail flow in a ventilated volume and choose the most effective scheme of air organization.

Ключевые слова: венпшязщия, математическая модель, ТЭЦ, воздухообмен

Keywords: ventilation, mathematical model, heat-and-powerplant, air exchange

Концепция реконструкции российских ТЭЦ как одну из основных целей ставит энергосбережение при производстве электроэнергии и тепла. Удорожание энергоресурсов стимулирует проведение энергосберегающих мероприятий, одним из направлений для которых является совершенствование воздухообмена, а также эффективности систем вентиляпии и кондиционирования корпусов ТЭЦ.

В настоящее время практически не рассмотрены вопросы эффективного воздухорас-пределения основных корпусов ТЭЦ, регулирования по периодам года, возможности использования низкопотенциальной теплоты и т.д. Эти обстоятельства определяют актуальность теоретического и экспериментального исследований вопросов энергосбережения при совершенствовании воздухообмена, повышении эффективности систем вентиляпии и кондиционирования корпусов ТЭЦ.

Разработка высокоэффективных систем вентиляции в современных условиях невозможна без исследования структуры потоков воздуха, учета движения воздуха внутри производственных помещений при различных схемах организации воздухообмена, которую можно получить в настоящее время на основе математического моделирования вентиляционных процессов. Поэтому представляется актуальным разработка математической модели и использование прикладных программ для расчета на ЭВМ траектории и скорости движения воздушных потоков, скорости образования энергии турбулентных пульсаций и полей температур воздушных масс при различных режимах работы главных корпусов ТЭЦ. Применение разработанной модели в практике проектирования позволит на начальной стадии проанализировать интенсивность и характер движения воздушных потоков в вентилируемом объеме, что позволит выбрать наиболее эффективную схему организации воздухообмена.

При проведении анализа было установлено, что наличие перетоков значительных масс воздуха между машинными и котельными отделениями ТЭЦ не позволяют обычными

инженерными методами рассчитать с достаточной степенью точностью параметры воздуха в помещениях ТЭЦ. Кроме того, положенные в их основу интегральные методы оценки параметров не позволяют проанализировать влияние различных факторов на характер распределения температур и скоростей движения воздушных масс в помещениях главного корпуса ТЭЦ.

Для более полного учета взаимовлияющих факторов бьша разработана трехмерная математическая модель главного корпуса ТЭЦ. Применение математической модели позволяет провести исследование режима работы системы вентиляции в широком диапазоне температур наружного воздуха, а также выбрать оптимальный вариант построения схемы вентиляции для данных конкретных условий. Ниже приведены уравнения, положенные в основу математической модели.

Уравнение теплового баланса верхней зоны котельного отделения:

0к<1).Ер. 0к(1).С.Е.1 — Ок :1 ОЬ 3 0н^).ннф.в.1 СГ^лд Т, — — Ок(1).ИБ'ф.Б.:.

ннф-г-1 + Сад.нЩ + С^.улрЗ'Ср ^ — ОЖ^^.ННФ.Е.З^ТЕ^УВ.Э — ТЕщ н !)-Ср Е - Т,^,)»^ - (1)

Тд®КР.в = 0;

Уравнение теплового баланса нижней зоны котельного отделения:

Ое(|).Е.З Он/^'.онз 0^|).жнф _Н. 1 (^-^Ь-!, I ]■жнф _Н. а ) (Тщ^н 3 ТЕ) Ср^н -

Уравнение расхода для котельного отделения

О;

ры® + ЛРИМ(0 - (рЕ - (Ч^"В'(Нж<1> -Н^Р.ОТБ.;,)) -

фра

= 0:

Уравнение материального баланса для машинного отделения

- Ожщ нщ = 0;

Уравнение материального баланса для котельного отделения

ОжСО-фряш Ск(1) жнф.н.? Сж^лр О,

Уравнение теплового баланса для деаэраторного отделения

Ол(У - Од©.»- Од^лшф. - Од©^ - ОйЭ-и® '(Тц(|)Е.З - Тл(1))Ср1 =0;

Уравнение теплового баланса для верхней зоны машинного отделения

Ря(1).Е З — Qзв^l).C-E.з С?м(1).О.Е.З ш} ■ I — (Т^О Тн ) Ср а

- ¿^.©■(Т^) - Тм,1;,)-Ср Е .щдпл^"(Тя® - Т^л з)Срв = 0;

Уравнение теплового баланса для нижней зоны машинного отделения

иШ.н.? "

Н|д] .о.н.1"

(2)

(3)

(4)

(5)

(б)

(7)

(8)

Уравнение теплового баланса для отделения дымососов

Одм. Чдя с ^ДМ.О Рдя.нвф. _ .кр. С"лм.прнт '( Тди. — Т^н.[хржх. )' Ср.в 0.

Уравнение расхода воздуха через калориферную установку котельного отделения

(9)

(Рн - рвд)т(Нк© " НЕ(1}. - ДРк1.ф.рм - 6,05 -( СЗ^/Ба )1-3-'2 = 0;

(Ю)

Уравнение для определения температуры воздуха после калорифера при использовании в качестве теплоносителя сухого насыщенного пара

3ОД-СО^вЯд Тк-0,001-((Тт -Тн) - СГТ - Т1ЛЙ))Лп((Тт -

-Тн)/(Тт - Тн)) - Св.1:(1)'(Те.к(|) - Тн )-Ср.в = О

Уравнение для определения площади проходного сечения перепускного клапана калориферной установки

- Тн)-СРд - (2-((рн - р^^СНж© - Н:к(1). отя) - ДР^хфрам)/!^/ р^ _'1Зп.д.'(Тв.пр. « - тн )-Ср.Е - - (2-((ра - р^)^-^) - Н^. I™) - ДРк0.фрам)/1,а/ рн) ' (12)

«-Тн^Сря = 0;

где - суммарная величина геплопритоков от работающего оборудования в

верхнюю зону котельного отделения, кВт; Ождир -теплопотери через кровлю котельного отделения, кВт; 0к<д с.вз - теплопотери через остекление верхней зоны котельного отделения, кВт; ОнЗДиа _ теплопотери через ограждения верхней зоны котельного отделения, кВт; Ое©енФ.е! ~ теплопотери на подогрев инфильтрирующегося наружного воздуха, кВт; Окй.н.1- суммарная величина теплопритоков от работающего оборудования в нижнюю зону1 котельного отделения, кВт; ^Дш - теплопотери через остекление нижней зоны котельного отделения, кВт; СЗж©^.! теплопотери через ограждения нижней зоны котельного отделения. кВт: Ое|д;.ыв'Ф.н.е - теплопотери на подогрев инфильтрирующегося наружного воздуха, кВт; Од® — суммарная величина теплопритоков от оборудования в зону деаэраторнсго отделения. кВт; Од|д'дф - теплопотери через кровлю деаэраторного отделения, кВт:, С^ „ - тешюпотери через ограждения деаэраторного отделения. кВт; С^дшф - теплопотери на подогрев инфильтрирующегося наружного воздуха деаэраторного отделения, кВт; Ом(1;,Е., - суммарная величина теплопритоков от работающего оборудования в верхнюю зону машинного отделения. кВт; Омш.сдэ., - теплопотери через остекление верхней зоны машинного отделения. кВт: 0м(а)°.в! ~ теплопотери через ограждения верхней зоны машинного отделения. кВт: 0*|д) ннф в з - теплопотери на подогрев инфльтрирующегося наружного воздуха в верхнюю зону' машинного отделения, кВт; (Зиф.кр. - теплопотери через кровлю машинного отделения. кВт; 0„(1}.н..з - суммарная величина теплопритоков от работающего оборудования в нижнюю зону машинного отделения, кВт; .„.„,3 - теплопотери через ограждения нижней зоны машинного отделения, кВт; Оуо.шф.нд - теплопотери на подогрев инфльтрирующегося наружного воздуха, кВт; (¿м - суммарная величина теплопритоков от работающего оборудования в отделение дымососов, кВт; 0-„1; - теплопотери через остекление отделения дымососов, кВт; Очк о - теплопотери через ограждения отделения дымососов, кВт; ОдМ.шф - теплопотери на подогрев инфильтрующегося наружного воздуха отделения дымососов кВт; - тепло-

потери через кровлю отделения дымососов, кВт; 0,ф1Еент - расход воздуха через дутьевые вентиляторы, кг/с; С^)расход воздуха, инфильтрующегося в верхнюю зону котельного отделения через остекление оконных проемов, кг/с; - расход воздуха, инфильтрующегося в нижнюю зону' котельного отделения через остекление оконных проемов, кг/с; Се^.я©. - переток воздуха из машинного отделения в котельное отделение, кг/с; Од,,- присос воздуха в топки котлов, кг/с; — суммарный приток воздуха в машинное отделение, кг/с; Свд - приток воздуха через фрамуги фонаря котельного отделения, кг/с; Оч<д;| ш,ф. — расход воздуха, инфильтрующегося в деаэрагорное отделение отделения через неплотности проемов в ограждении, кг/с; О^^ - приток воздуха в верхнюю зону котельного отделения через приточные клапаны, кг/с; М^э ~ переток воздуха между' машинными отделениями, кг/с; С'мш.пржд.Е.э - переток воздуха в нижнюю зону машинного отделения нз верхней зоны, кг/с; Сдм.прит. - приток воздуха через приточную установку отделения дымососов, кг/с; СЕ1ф) — расход воздуха через калорифер, кг/с; Тцф^ - температура воздуха в верхней зоне котельного отделения, СС; Т^^з - температура воздуха нижней зоны котельного отделения, СС; Тн - температура наружного воз духа, ЭС; Тдд - теьшература воздуха в деаэраторном отделе-

но

шш. ЭС; Т^щт. - температура приточного воздуха в котельное отделение. СС; ТмДлрнт - температура приточного воздуха в машинное отделение, СС; Тдщвтемпература воздуха в верхней зоне деаэраторного отделения, - температура воздуха в нижней

зоне машинного отделения, Т м«^ ~~ температура воздуха в верхней зоне машинного отделения, °С; TJM - температура воздуха в рабочей зоне отделения дымососов, СС; Тдк.ПСПг. -температура пршшного воздуха отделения дымососов, °СТт - температура греющего теплоносителя подаваемого в калорифер, ^ - температура воздуха после калорифера, °С: Тв.щ. д - температура воздуха после калориферной установки. °С; - гравитационный перепад давления воздуха в машинном отделении. Па; ДР^.^-щ - аэродинамический перепад давления на переточных отверстиях между машинным и котельным отделениями. Па; ЛРц&уфри _ аэродинамический перепад давления на открытых фрамугах фонаря котельного отделения, Па: Ср.а - изобарная теплоемкость воздуха, жДж/(кг К), рн - плотность наружного воздуха, кг/м3; рЕ(1) - плотность воздуха в котельном отделении (средняя), кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; Srk - площадь фасадного сечения калорифера, м~: Зпь; - площадь проходного сечения клапана, м~; - длина теплоотдаюшего элемента калорифера, м; Fb. - площадь теплеюбменной поверхности калорифера, м- НЕ(у - высота котельного отделения (на уровне фрамуг фонаря), м: Hnept/rEg - высота расположения переточных отверстий между машинным и котельным отделениями, м; отя - высота котельного отделения на уровне отметки высоты, м; i - номер очереди главного корпуса ТЭЦ.

Решение полученной системы уравнений выполняется методом Ньютона с использованием центральных разностей. Проверка адекватности модели выполнялась сравнением результатов моделирования с результатами фактических, замеров параметров. На рис Л. приведено сопоставление результатов расчета температуры воздуха в рабочей зоне помещений главного корпуса одной из Омской ТЭЦ с результатами замеров. На рис. 2 и рис. 3 приведено соответственно распределение относительной влажности и температуры воздуха на отметке 22.80°С в машинном отделении при моделировании работы вентиляционных установок.

Тнм пература наружного воадуча, С

М 1иинное отделение пеоеои спереди

Машинное отделение второй очереди

Кегельное отделение переои очереди

Котельное отделение второй очереди

Отделение дырнопооов второй спереди

Рис. 1. Расчетные и фажтнческне шачення температуры воздуха в помещениях ТЭЦ