Научная статья на тему 'Влияние скорости прогрева и расхолаживания паропроводов на выбор оптимальных значений диаметров и скорости пара'

Влияние скорости прогрева и расхолаживания паропроводов на выбор оптимальных значений диаметров и скорости пара Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
706
96
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Хлебалин Юрий Максимович, Антропов Георгий Васильевич, Трушина Ирина Викторовна

В настоящее время энергетические установки работают как в постоянном, так и в переменном режимах с возможными разгрузками и остановами. В этом случае на величину оптимальной скорости пара будут оказывать влияние скорости прогрева и расхолаживания паропроводов во время пуска и останова котельных агрегатов. Поэтому выбор рациональной скорости прогрева и расхолаживания паропроводов приведет к экономии топлива на пуске и останове блока и окажет существенное влияние на выбор оптимальных значений скоростей пара и диаметров паропровода.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Хлебалин Юрий Максимович, Антропов Георгий Васильевич, Трушина Ирина Викторовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Влияние скорости прогрева и расхолаживания паропроводов на выбор оптимальных значений диаметров и скорости пара»

ЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

УДК 621.18

Ю.М. Хлебалин, Г.В. Антропов, И.В. Трушина

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПРОГРЕВА И РАСХОЛАЖИВАНИЯ ПАРОПРОВОДОВ

НА ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДИАМЕТРОВ И СКОРОСТИ ПАРА

В настоящее время энергетические установки работают как в постоянном, так и в переменном режимах с возможными разгрузками и остановами. В этом случае на величину оптимальной скорости пара будут оказывать влияние скорости прогрева и расхолаживания паропроводов во время пуска и останова котельных агрегатов. Поэтому выбор рациональной скорости прогрева и расхолаживания паропроводов приведет к экономии топлива на пуске и останове блока и окажет существенное влияние на выбор оптимальных значений скоростей пара и диаметров паропровода.

U.M. Khlebalin, G.V. Antropov, I.V. Trushina

INFLUENCE OF WARM-UP AND AFTERCOOLING VELOCITY OF STEAMPIPES ON SELECTION OF THE OPTIMAL DIAMETER VALUES AND STEAM VELOCITY

Energetic installation works in constant mode as well as in varying mode, with possible discharging and stops nowadays. In this case velocity of warm-up and after cooling of the steam pipe will exert influence on optimal stream velocity at the time of launch and stop of the boiler units. Therefore selection of rational warm-up velocity and after cooling will put to the fuel economy while launch and stop of the block and will make fundamental influence on the selection of the optimal velocity values and diameters of steam pipes.

Известно, что вес и стоимость паропроводов современных энергетических установок высоки. Так, суммарный вес всех трубопроводов блока мощностью 300 МВт превышает тысячу тонн. Возникает необходимость оптимизации скорости пара и диаметров паропроводов.

При постоянном числе параллельно включенных ниток паропровода увеличение скорости пара приводит к уменьшению внутреннего диаметра и толщины стенки труб, что, в свою очередь, снижает вес и капиталовложения в паропроводы. Однако, в этом случае возрастут гидравлическое сопротивление и эксплуатационные затраты. Уменьшение диаметра трубопровода вызывает сокращение его длины, радиусов гиба трубопровода, длины сварного шва, числа контактных стыков и числа гибов, то есть сокращает число мест

возможных повреждений, связанных с качеством изготовления труб, гибов и стыков во время монтажа и ремонта.

В настоящее время энергетические установки работают как в постоянном, так и в переменном режимах с возможными разгрузками и остановами. В этом случае на величину оптимальной скорости пара будут оказывать влияние скорости прогрева и расхолаживания паропроводов во время пуска и останова котельных агрегатов. Поэтому выбор рациональной скорости прогрева и расхолаживания паропроводов приведет к экономии топлива на пуске и останове блока и окажет существенное влияние на выбор оптимальных значений скоростей и диаметров паропровода.

Согласно методике [1], были определены напряжения, действующие на паропровод, по следующим формулам:

Опр = Р [Дн - - с)] / 2.0 - с) ; (1)

аэсв = 0,87 одоп [1,2 - (Опр / Одоп)2]1/2 ; (2)

оэен = 0,87 Одоп [2 - (Опр / Одоп)2]12 ; (3)

Оар = К2 / (1 - К2) Р ; K = Rl/ R2 ; (4)

Оизг = Оэвн / (1,39)12 , (5)

св

где Опр - приведенное напряжение от внутреннего давления; Оэ - эквивалентное напряжение от собственного веса; Оэвн - эквивалентное напряжение от внешних нагрузок; Оар - аксиальное напряжение от давления; Оизг - изгибающие напряжения; Р - давление пара в паропроводе, МПа; Дн - наружный диаметр паропровода, мм; ^ - толщина стенки паропровода, мм;

с - прибавка к толщине стенки, мм; R1, R2 - внутренний и наружный радиусы паропровода.

Скорости прогрева (расхолаживания) паропроводов определялись по формулам [2]:

- на внутренней поверхности стенки паропровода

Оа( • 8а (1 -|д)

ш =

а • E • R2

3 - K2 + 4ln K

'а - к2х

(6)

на наружной поверхности стенки паропровода

О at • 8a (1 -|Д)

ш=

а • E • R

2

1 + к2 + 4K2 ln к

'(1 - к2).

(7)

где а - коэффициент линейного расширения; Е - модуль упругости; а - коэффициент температуропроводности; д - коэффициент Пуассона; Оа- допустимые температурные напряжения, которые рассчитываются по формуле:

Оа< = 1 {- (а1 Оар ± а2Оизг + а3Р)±

2 1/2) (8)

±(а О2оп + а1( + а22О2зг ± а12О арО изг + а13О арР ± а 23О арР + а44Т' /,

где а=2,62; а1=3,379; а2=1,872; а3=3; а11= -4,68; а33= -6,75; а12=9,37; а13= -11,25; а44= -24,6; а23=11,25; а22= -4,68.

В формуле (8) знак (+) необходимо брать при определении допустимых температурных напряжений для охлаждения паропроводов и знак (-) - для прогрева.

Понижение допустимых скоростей прогрева (охлаждения) с увеличением температуры объясняется соответствующим понижением допустимых напряжений для данной марки стали. Поэтому при анализе допустимых скоростей прогрева (охлаждения) для той или другой детали всегда необходимо сопоставлять данную скорость с данной

2

температурой работы этой детали. Время прогрева (расхолаживания) паропроводов показано в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость времени прогрева(расхолаживания) паропроводов от их диаметра

Диаметр труб, мм Время прогрева, мин Время расхолаживания, мин

внутр. стенка наруж. стенка внутр. стенка наруж. стенка

416x82,8 89,16 367,47 307,98 107,95

396x78,7 79,54 347,84 273,49 101,23

378x75 72,67 318,17 256,28 89,12

368x73,3 68,64 295,1 243,665 84,36

336x67 55,25 246,48 201,39 70,258

Расход топлива на пуск и останов котла рассчитываем по формуле

Вп = Во • (1 - ект) , (9)

где Во - пусковой расход из холодного состояния; к - коэффициент, зависящий от типа и мощности блока, к=0,1745; т - время пуска (останова) котла; были определены расходы топлива на пуск (останов) котла, расчетные данные приведены в табл. 2.

Таблица 2

Зависимость расхода топлива на пуск (останов) котла от диаметра труб

Диаметр труб, мм Расход топлива на пуск котла, т у.т./ч Расход топлива на останов котла, т у.т./ч

416x82,8 16 22,78

396x78,7 15,8 21,56

378x75 15,64 20,96

368x73,3 15,55 20,44

336x67 15,31 19,19

Затраты на топливо на пуск и останов котла подсчитаны по формуле:

2 Зт (тпуск + тостан ) • ЛВ • Цт , (10)

где тпуск и тостан - время пуска и останова котла, ч; ЛВ - расход топлива на 100 пусков и остановов; Цт - цена топлива, руб/кг. Полученные результаты приведены в табл. 3.

Таблица 3

Затраты на топливо в зависимости от диаметра труб

Диаметр труб, мм Затраты на топливо, Зт, руб/год

416x82,8 718391,7

396x78,7 615722,6

378x75 561539,4

368x73,3 524014,4

336x67 413544,6

Суммарные затраты в паропровод рассчитывались по уравнению, учитывающему эксплуатационные расходы, связанные с потерями давлений, и капитальные вложения в паропровод. Условия оптимума при выборе скорости пара и диаметра можно представить, согласно [3], уравнением вида:

З = тЦмО + ЗэЛМ + трКги(М - ЛМ) + т,Л,[Цр Ьг - Ц, *](N - ЛЛТ) • 10-6 ,

где Цм - стоимость 1 кг металла, руб/кг; G - масса паропроводов, кг; т = (Рн + PaF) -суммарная доля отчислений, учитывающая срок окупаемости капиталовложений и амортизационные расходы, 1/год; Зэ - удельные годовые затраты в замещаемую

мощность, руб/(кВт-год); тр=(Р„+РаР) - суммарная доля отчислений, учитывающая срок окупаемости капиталовложений и амортизационные расходы по резервной установке, 1/год; Kp - капиталовложения в резервные агрегаты, руб/кВт; тпл - плановое число часов использования блока; Цт, Цт - приведенная стоимость топлива, соответственно, исследуемого блока и резервной установки, руб/т у .т.; b, bp - удельный расход условного топлива, соответственно, исследуемого блока и резервной установки, т у.т./(кВт-ч); N -единичная мощность исследуемого блока, кВт, AN - изменение мощности блока в зависимости от перепада давлений по паровому тракту, кВт; qбл - коэффициент аварийности блока; u - коэффициент резерва.

С учетом затрат топлива на пуски и остановы, общие затраты можно рассчитать как Z З + ЕЗт. Результаты расчетов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Затраты на пуск и останов котла в зависимости от диаметра труб

Диаметр труб, мм Общие затраты, З, руб/год

пуск останов

416x82,8 4308421,3 5026813

396x78,7 4306422,3 4922144

378x75 4307582,0 4869121

368x73,3 4309459,54 4833473

336x67 4320474,4 4734078

Выводы:

1. Таким образом, на величину оптимальной скорости пара будут оказывать влияние скорости прогрева и расхолаживания паропроводов во время пуска и останова котельных агрегатов. При увеличении числа пусков и остановов уменьшается межремонтный период паропровода.

2. Выбор рациональной скорости прогрева и расхолаживания паропроводов приведет к экономии топлива на пуске и останове блока и окажет существенное влияние на выбор оптимальных значений скоростей и диаметров паропровода. Чем меньше скорость прогрева, тем меньше скорость пара, следовательно, диаметр паропровода больше.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность. Л.: ЦКТИ, 1966. Вып.П.

358 с.

2. Пакшвер В.Б. Экономика кратковременного останова крупных энергетических блоков / В.Б. Пакшвер // Энергохозяйство за рубежом. 1967. № 1. С. 23-26.

3. Антропов Г.В. Оптимизация скорости в паропроводах острого пара ТЭС / Г.В. Антропов, Н.И. Ларина // Совершенствование энергетических установок и оптимизация их параметров: межвуз. науч. сб. / Сарат. политехн. ин-т. Саратов, 1980. С. 112-118.

Хлебалин Юрий Максимович -

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

доктор технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика»

Саратовского государственного технического университета

Антропов Георгий Васильевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика»

Саратовского государственного технического университета

Трушина Ирина Викторовна -

ведущий специалист

Управления по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Саратовской области

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.