Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время примерно половина потребляемых в России топливно-энергетических ресурсов расходуется на выработку электрической и тепловой энергии. Значительная часть этой выработки приходится на долю пылеу-гольных ТЭС, построенных в 50...70 годах. Установленное на них оборудование уступает современному не только из-за низких параметров пара, но и по причине значительного физического износа и морального старения. Оно преимущественно отработало свой ресурс. Большинство таких ТЭС переведены на новое топливо, отличающееся по своим характеристикам от проектного. Все это привело к тому, что большая доля электрической и тепловой энергии вирабатывается с низкими технико-экономическими показателями. Отсутствие в настоящее время достаточной материальной базы и финансовых средств не позволяет осуществить полную замену устаревшего оборудования на современное, а поэтому особую актуальность приобретают вопросы модернизации действующего основного оборудования ТЭС.
Применительно к ТЭС 50...70 годов, с большим парком физически изношенных, часто низкоэкономичных котельных установок, представляет интерес повышение экономичности паровых котлов путем замены сразу нескольких физически и морально устаревших конвективных поверхностей нагрева на новые, более совершенные, а также уменьшение воздействия электростанции на окружающую среду. Большие возможности в этом направлении дает использование поверхностей нагрева из оребренных труб.
При модернизации действующих ТЭС из-за недостатка средств часто выбирают менее капиталоемкие, но экономически и экологически менее эффективные технические решения. За срок службы "модернизируемых объектов это приводит к недополучению значительных прибылей. Имеющееся в настоящее время разнообразие технических решений по модернизации действующих котельных установок и конкретных условий их эксплуатации приводит к необходимости обоснованного выбора рационального варианта модернизации. Ответ на эту задачу можно получить лишь на основании комплекса работ, включающего: теоретические и экспериментальные исследования, а также комплексный сравнительный анализ различных технических решений модернизации действующих котельных установок с учетом параметрических и структурных связей в системе паротурбинной ТЭС.
Тема диссертации является составной частью госбюджетных иссле-
4 дованийі выполнявшихся по комплексной проблеме шифр 02В.04 на 1991-1996 г.г., раздел "Разработка исходных данных для создания новых типов теплоэнергетических установок на органическом, ядерном топливах и нетрадиционных видах энергии. Комплексная оптимизация схем, параметров и режимов работы ТЭУ в энергосистемах" и исследований по инновационной научно-технической программе "Тран-сферные технологии, комплексы и оборудование" на 1995-1997 г.г., раздел "Разработка новых технических решений и модернизация котельных агрегатов с использованием сребренных теплообменных поверхностей" .
Цель работы. Разработка теоретических положений многокритериальной оптимизации и повышение эффективности паротурбинных ТЭС путем оптимальной модернизации действующих котельных установок с применением интенсифицированных поверхностей нагрева из оребренных труб.
Научная новизна. Разработана методика многокритериальной оптимизации технических решений модернизации конвективной части действующих пылеугольных котельных установок паротурбинной ТЭС с учетом структурных связей в системе котел-турбина, позволяющая устранить проблему неопределенности при принятии окончательного решения. Впервые при выборе оптимального варианта модернизации воздействие электростанции на окружающую среду учитывается не только как фактор, но и как критерий эффективности при принятии окончательного решения. Разработанная методика ориентирована на современные рыночные отношения.
Предложено использование интенсифицированных теплообменных поверхностей из оребренных труб при комплексной модернизации котельных установок с целью повышения эффективности действующих ТЭС
Сформулирован новый методический подход к модернизации действующих котельных установок, заключающийся в использовании освободившегося объема в газоходе котла для установки дополнительных теплообменных поверхностей самого различного назначения.
Впервые разработано техническое решение по модернизации парового котла с целью снижения температуры уходящих газов и повышения таким образом его КПД путем модернизации конвективной части с применением в экономайзере труб с поперечным спиральным оребре-нием.
Впервые проведены промышленные испытания модернизированного котла НТ-200 НТГРЭС при сжигании экибастузского угля и природно-
5 го газа, подтвердившие высокую эффективность предложенного направления модернизации паровых котлов ТЭС.
Внедрен экономайзер первой ступени из труб с поперечным спиральным оребрением на котле ПК-14 Серовской ГРЭС, расширивший область конструктивных характеристик поверхностей нагрева из труб с поперечным спиральным оребрением, апробированных в реальных условиях эксплуатации.
На основании проведенных промышленных исследований новой конструкции экономайзера котла ПК-14 и экономайзера из труб с поперечным спиральным оребрением котла НТ-200 получены опытные значения коэффициентов тепловой эффективности и загрязнения, которые были использованы при оптимизации.
Проведены промышленные исследования процессов теплообмена и определены коэффициенты использования поверхностей нагрева трубчатого воздухоподогревателя. Выявлено влияние на коэффициенты использования вида и условий сжигаемого топлива, а также конструктивных и эксплуатационных особенностей воздухоподогревателя.
На основе разработанной методики и полученных опытных данных определены оптимальные технические решения модернизации . конвективной части котла ПК-14, работающего в составе паротурбинной ТЭЦ, и іСотла ТПЕ-215 энергоблока 210 МВт.
Предложены две конвективные поверхности теплообмена новой конструкции, защищенные А.С.1776957 и А.С.1776969.
Практическая ценность: Получена возможность выполнения с помощью разработанных методических подходов технико-экономических исследований вариантов модернизации котельных установок действующих паротурбинных ТЭС.
Результаты промышленных исследований процессов теплообмена и загрязнения экономайзеров из труб с поперечным спиральным оребрением переданы в ПРП "Свердловэнергоремонт" для использования при проектировании подобных конструкций поверхностей нагрева.
Полученные оптимальные технические решения модернизации котельных установок ПК-14 и ТПЕ-215 рекомендуются для проектирования на АО "Подольский машиностроительный завод" и АО ТКЗ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в научно-технической и патентной литературе /1-8/-, докладывались и обсуждались на: ежегодных научных конференциях энергетического факультета СГТУ (декады науки 1990-1996 г.г.); научных семинарах ШШЛ ТЭУ СГТУ (1990-1997 г.г.);
межвузовском научном семинаре по проблемам теплоэнергетики (г Балаково, 25-28 октября 1994 г.).
Автор защищает. 1.Методику многокритериальной опти мизации технических решений модернизации конвективной части дей ствующих пылеугольных котельных установок паротурбинной ТЭС (сие темный подход). 2. Методический подход к многоцелевой комплек сной модернизации действующих котельных установок. 3. Техничес кое решение по комплексной модернизации парового котла с цель: снижения температуры уходящих газов и повышения таким образом ег КПД путем модернизации конвективной части с применением в эконо майзере труб с поперечным спиральным оребрением. 4. Результат промышленных исследований модернизированного котла. 5. Результа ты промышленных исследований процессов теплообмена, загрязнения аэродинамического сопротивления конвективных поверхностей нагре ва из труб с поперечным ленточным оребрением. 6. Результаты про мышленных исследований процессов теплообмена и коэффициентов не пользования поверхностей нагрева трубчатого воздухоподогревателя 7. Результаты многокритериальной комплексной оптимизации и срав нительного анализа различных вариантов модернизации конвективно части котельных установок ПК-14 и ТПЕ-215 действующих паротурбин ных электростанций. 8. Две новые конструкции конвективных повер хностей нагрева.
Структура работы. Диссертация состоит из введения пяти глав, основных выводов, списка использованных источнико (148 наименований) и приложений. Изложена на 238 машинописны: листах, включает 29 рисунков и 4 таблицы.
