Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Гидравлика

Анализ работы циркуляционных систем тепловых электрических станций с помощью компьютерных моделей

Циркуляционные системы (цирксистемы) тепловых электрических станций (ТЭС) предназначены для охлаждения циркуляционной воды в градирнях с целью использования ее для конденсации пара в конденсаторах паровых турбин. От их надежной работы зависит КПД станций (от вакуума в конденсаторе) и конденсационная выработка электроэнергии. Основными показателями работы цирксистемы являются расход циркводы и эффективность ее охлаждения в градирнях.

Для нормального функционирования цирксистемы важной проблемой является поддержание заданных уровней воды в стояках и чашах градирен и аванкамерах (рис. 9.28–9.31). 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.

Схема системы

Рис. 9.28. 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

Упрощенная схема цирксистемы

Puc. 9.29. Упрощенная схема цирксистемы:

I – напорный трубопровод; II – сбросной трубопровод; А – аванкамера; 1–6 – насосы; К-1, К-2, К-3 – конденсаторы; ГР-1, ГР-2, ГР-3, ГР-4 – градирни

Упрощенная схема цирксистемы с аванкамерой:

Рис. 9.30. 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

Характеристики сети в зависимости от Hст: 1 – Hст = 0; 2 – Hст = Hст1; 3 – Нст = Hст2; 4 – характеристика насоса ДВ (ДПВ) – 4,5/23 при α = -2° (угол поворота лопастей насоса)

Рис. 9.31. Характеристики сети в зависимости от Hст: 1 – Hст = 0; 2 – Hст = Hст1; 3 – Нст = Hст2; 4 – характеристика насоса ДВ (ДПВ) – 4,5/23 при α = -2° (угол поворота лопастей насоса)

При работе циркуляционных систем в ряде случаев наблюдается рассогласование уровней жидкости в системе "аванкамера – стояк градирни – чаша градирни". Это приводит к малому напору жидкости на соплах, переливу воды через борта чаш градирен или к недостатку воды в них и проч.

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 (рис. 9.30) в характеристике сети:

(9.22)

где ; – пьезометрический напор в стояке, м; рвх – пьезометрический напор на всасе насоса;– суммарный коэффициент гидравлического сопротивления сети, включающий сопротивления входного и выходного участков (задвижки, трубопроводы, конденсаторы и проч.); Q – расход в сети.

В формуле (9.22) Нст определяет начальную точку параболы. Для одной и той же сети при различных значениях гидравлические характеристики будут иметь вид кривых 1, 2, 3 (см. рис. 9.31), где для кривой 1.

Уровень жидкости в аванкамере определяет так называемый подпор насоса, равный рвх (см. рис. 9.30). Формула для характеристики насоса имеет вид

где– напор, развиваемый насосом при закрытой на выходе задвижке (Q = 0);– коэффициент гидравлического сопротивления насоса; Q – подача насоса.

Для определения факторов, влияющих на величину уровня в стояке () и аванкамере (рвх), рассмотрим упрощенную схему цирксистемы, представленную на рис. 9.30. Найдем аналитическое выражение для высоты поднятия жидкости в стояке (). Для этого запишем уравнение баланса цирксистемы в виде

(9.23)

где г – сопротивление сети на участке от чаши градирни до аванкамеры;– сопротивление сети от насоса до разбрызгивающих устройств (сопел);– сопротивление разбрызгивающих устройств.

Выражая из формулы (9.23), получаем

(9.24)

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

Отсюда

(9.25)

Подставляя соотношение (9.24) в формулу (9.25), получаем

Обозначим

Тогда

(9.26)

Анализируя формулу (9.26), приходим к заключению, что величина р0 будет возрастать при увеличении(сопротивление разбрызгивающих устройств) и при уменьшении k (при ,). В самом деле, насос создает разность потенциалов между стояком и аванкамерой, равную величине Чем больше сопротивление в сети, тем меньше. В предельном случае, когда насос не работает (), наблюдается равенство уровней в чаше градирни, аванкамере и в стояке.

Из сказанного выше следует, что управлять величиной уровня в стояке можно лишь изменением сопротивления (регулировать величинуне представляется возможным). В основном это осуществляется регулированием 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 (9.26) можно применить и для анализа факторов, влияющих на высоту уровня в аванкамере, характеризуемого величиной(рис. 9.30). Зависимость уровней здесь обратная. Если, например, уровень жидкости в стояке уменьшается, что происходит при увеличениии уменьшении, то уровень в аванкамере будет возрастать. При увеличении уровня жидкости в стояке (увеличение) уровень жидкости в аванкамере будет падать. Это обосновывается 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 этим расчеты по определению изменения уровней в чашах градирен и аванкамере были выполнены на компьютерной модели. Результаты этих исследований представлены на графиках рис. 9.32, 9.33. Высоты верхних кромок бортов чаш градирен были следующими: ГР-1-64,51 м; ГР-2-64,46 м; ГР-3-64,38 м; ГР-4-64,45 м.

Анализ этих результатов позволяет сделать следующие заключения. Увеличение сопротивления труб, соединяющих чашу градирни № 1 с бетонными каналами (две трубы диаметром 1200 мм), приводит к значительному возрастанию уровня воды в чаше этой градирни (рис. 9.32). Перелив (точка A на рис. 9.32) наблюдается при коэффициенте сопротивления трубопроводов r = 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 составляет 28 см. Согласно формуле (9.22) с увеличением сопротивления r, входящего в коэффициент k, уровень жидкости в стояках градирен уменьшается, что и подтверждается расчетами на модели. Все это приводит к уменьшению давления на соплах и, как следствие, к ухудшению охлаждающих способностей градирен.

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

Рис. 9.32. Изменение уровня жидкости в чашах градирен и аванкамере в зависимости от сопротивления г соединяющих их трубопроводов

Изменение уровня жидкости в чашах градирен и аванкамере в зависимости от сопротивления r соединяющих их трубопроводов

Рис. 9.33. Изменение уровня жидкости в чашах градирен и аванкамере в зависимости от сопротивления r соединяющих их трубопроводов

Совсем иное распределение уровней воды в системе чаши градирен аванкамера наблюдается в случае, когда увеличивается сопротивление бетонных каналов, соединяющих чаши всех градирен с аванкамерой (см. рис. 9.33). В данном случае уменьшение диаметров этих каналов в 2 раза (r= 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 (9.26) происходит из-за существенного понижения уровня (рвх) в аванкамере. Таким образом, разность потенциалов (уровней) в чашах градирен и аванкамере растет с увеличением сопротивления r, соединяющих их 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. 9.34, 9.35). Этот случай может иметь место в реальной цирксистеме при соответствующей подпитке в аванкамеру. Анализ результатов расчетов позволяет заключить о том, что перелив в чаше, например, градирни № 1 может иметь место при 26%-ном уменьшении диаметров трубопроводов (точка А на рис. 9.34), соединяющих чашу ГР-1 с бетонными каналами (см. рис. 9.29). В этом случае уровень жидкости в стояках градирен остается неизменным, а повышение уровня воды в ГР-1 обеспечивается дополнительной подпиткой воды в аванкамеру.

Изменение уровней жидкости в чашах градирен при неизменном уровне в аванкамере

Рис. 9.34. Изменение уровней жидкости в чашах градирен при неизменном уровне в аванкамере

Изменение уровней жидкости в чашах градирен в зависимости от сопротивления бетонных каналов

Рис. 9.35. Изменение уровней жидкости в чашах градирен в зависимости от сопротивления бетонных каналов

На рис. 9.35 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 r уровень жидкости в чашах всех градирен повышается примерно в одинаковой степени. Перелив в чашах градирен может наблюдаться лишь при 40%-ном уменьшении диаметра бетонных каналов.

Компьютерная модель цирксистемы была использована также для построения характеристик цирксистемы. Характеристика гидравлической сети в координатах H–Q при наличии суммарной характеристики работающих в ней насосов позволяет найти рабочую точку, определяющую расход жидкости в сети. Построение характеристики такой сложной сети возможно лишь при известных характеристиках всех ее элементов, соединенных между собой параллельно и последовательно. Важное преимущество компьютерной модели сложной сети состоит в том, что с ее помощью с достаточной для практики точностью можно определить характеристику всей сети. На рис. 9.36 представлены характеристики цирксистемы для оборудования с паспортными характеристиками (кривая 6) и при реальном (действительном) состоянии оборудования (кривая 7). Здесь же приводится характеристика (кривая 1) насоса 96 ДВ (ДПВ) – 4,5/23, соответствующая углу поворота лопаток а = 2,5°. Эта характеристика в модели принята для всех насосов цирксистемы. На рис. 9.36 даны также суммарные характеристики для трех, четырех, пяти и шести параллельно подсоединенных насосов цирксистемы (кривые 2–5).

Характеристики насосов и сети

Рис. 9.36. Характеристики насосов и сети:

α = 2,5° – угол поворота лопастей насосов 96 ДВ (ДПВ) – 4,5/23; 1–1 насос; 2–3 насоса; 3–4 насоса; 4–5 насосов; 5–6 насосов; 6 – характеристика цирксистемы с паспортными характеристиками оборудования; 7 – характеристика реальной цирксистемы

Анализ полученных результатов позволяет заключить, что при четырех параллельно работающих насосах (кривая 3) в случае цирксистемы с паспортными характеристиками суммарный расход составляет 69000 т/ч. Производительность каждого насоса равна 17 250 т/ч. Точка пересечения характеристики сети (точка Л на кривой 6) с суммарной характеристикой насосов (кривая 3) находится в зоне устойчивой работы насосов, т.е. эта точка достаточно далеко расположена от зоны, где вероятны помпажныс явления. Однако уже при пяти работающих насосах (кривая 4) точка пересечения характеристик (точка В) находится практически на границе зоны, где могут наблюдаться два расхода при одном напоре (зона помпажных явлений). Шесть насосов (кривая 5) не могут параллельно работать в данной сети, ввиду того что одному напору Нс соответствуют два расхода (точки С и С') для всех параллельно соединенных насосов. Какие-либо колебания расхода в сети могут приводить к резкой смене подачи насосов, что делает их работу неустойчивой из-за помпажных явлений.

В случае реальной сети (кривая 7) параллельно работать могут только 4 насоса, при этом точка пересечения характеристик (точка А) уже находится вблизи зоны неустойчивой работы. В связи с этим можно сделать вывод, что включение пятого насоса в реальной цирксистеме недопустимо по той причине, что точка пересечения характеристик (точка В{) находится в зоне неустойчивой работы насосов. Для того чтобы увеличить число работающих насосов, необходимо снизить сопротивление реальной сети (кривая 7) до сопротивления сети с паспортными характеристиками (кривая 6). Другой путь – смена работающих насосов на насосы с другими характеристиками, например на центробежные насосы.

По результатам исследования работы цирксистемы могут быть сделаны следующие выводы.

  • 1. Перелив в чашах градирен возможен при уменьшении диаметров обеих отводных труб диаметром 1200 мм из-за загрязнения до 20 и более процентов (обе трубы одновременно).
  • 2. Загрязнение бетонных каналов существенно влияет на уровень жидкости в аванкамере и очень мало влияет на уровень в чашах градирен. Так, при 50%-ном 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 уменьшению охладительной способности градирен.
  • 3. Применительно к системе "чаши градирен – аванкамера – стояки градирен" можно сделать следующее заключение, подтверждающееся теорией и расчетами на модели: всякое увеличение 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 прочее), 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.
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы