Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор работ по выполнению газовых трактов тэс, постановка задачи, описание метода и математической модели исследования 11
1.1. Обзор работ по аэродинамической оптимизации и метод расчета газового тракта ТЭС 1.2. Методы исследования аэродинамики газовых трактов, математическая модель исследования 18
1.3. Постановка задачи исследования 29
1.4. Выводы по главе 30
ГЛАВА 2. Аэродинамическая оптимизация узла ввода газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения 33
2.1. Компьютерное моделирование течения газового потока при одностороннем вводе газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения 33
2.2. Компьютерное моделирование течения газового потока при двухстороннем вводе газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения 49
2.3. Выводы по главе 66
ГЛАВА 3. Аэродинамическая оптимизация газоходов на участке от выхода из электрофильтров до дымососов 68
3.1. Исходный вариант выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа 68
3.2. Рекомендуемый вариант выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа без изменения положения дымососа (вариант № 1) 77
3.3. Рекомендуемый вариант выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа с изменением положения дымососа (вариант № 2) 87
3.4. Оценка экономического эффекта от проведения реконструкции газоходов на участке от выхода из электрофильтров до входа в дымососы 98
3.5. Выводы по главе 105
ГЛАВА 4. Снижение аэродинамического сопротивления за счет перевода части дымовых газов энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов 108
4.1. Описание газовых трактов энергетического котла и пиковых водогрейных котлов 108
4.2. Аэродинамические расчеты газового тракта энергетического и пиковых водогрейных котлов 112
4.3. Схема перевода части дымовых газов из газохода энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов 123
4.4. Оценка экономического эффекта от перевода части дымовых газов энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов 128
4.5. Выводы по главе 130
Заключение 132
Библиографический список
- Постановка задачи исследования
- Компьютерное моделирование течения газового потока при двухстороннем вводе газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения
- Рекомендуемый вариант выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа с изменением положения дымососа (вариант № 2)
- Схема перевода части дымовых газов из газохода энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
В эксплуатации находится большое количество котлов с высоким аэродинамическим сопротивлением газового тракта, что не позволяет котлам нести номинальную нагрузку. Это вызвано установкой на котлах дополнительного оборудования (глушители шума и т.п.), изменением вида и характеристик топлива, техническими ошибками при проектировании или реконструкцией поверхностей нагрева котлов. Недовыработка электрической энергии, вызванная снижением нагрузки котлов вследствие высокого аэродинамического сопротивления газового тракта, приводит к снижению прибыли. Снижение аэродинамического сопротивления газового тракта котла приводит так же к снижению затрат электроэнергии на привод дымососов, и, как следствие, увеличению коэффициента полезного действия котла нетто.
Основными задачами исследования являются снижение аэродинамического сопротивления газового тракта котлов за счет оптимизации аэродинамики отдельных узлов газового тракта ТЭС, а так же разработка и применение метода снижения аэродинамического сопротивления газового тракта основанного на переводе части дымовых газов из газоходов энергетического котла в газоходы пиковых водогрейных котлов.
ОБЪЕКТАМИ ИССЛЕДОВАНИЯ выбраны следующие узлы газового тракта ТЭС:
Ввод газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения (при одностороннем и двухстороннем вводе);
Участок от выхода из электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки;
Участок перевода части дымовых газов из газоходов энергетического котла в газоходы пиковых водогрейных котлов.
В работе приведены научно обоснованные рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению узлов одностороннего и двухстороннего вводов газоходов в дымовые трубы постоянного сечения, изготовленные из стеклопластика. Дымовые трубы из стеклопластика нашли широкое применение в последние годы, а рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению узлов ввода газоходов в такие дымовые трубы до настоящего времени не были разработаны. В работы получены зависимости коэффициента местных потерь для участка ввода газоходов в дымовую трубу от углов наклона верхней и нижней стенок газоходов вводимых в дымовую трубу, расстояния от начала наклона верхней стенки газохода до дымовой трубы, являющиеся новыми.
В диссертации разработаны два варианта выполнения участка газового тракта блока 300 МВт от электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки. При замене действующих электрофильтров на новые с большей степенью золоулавли-
вания могут возникать зоны с повышенным аэродинамическим сопротивлением газового тракта. В случае проектирования узла в условиях стесненной компоновки один нестандартный элемент следует за другим, что не позволяло определить аэродинамическое сопротивление и выполнить оптимизацию аэродинамики этого участка газового тракта без проведения исследований на физических или математических моделях. До настоящего времени отсутствовали рекомендации по выполнению данного участка в условиях стесненной компоновки.
До настоящего времени рекомендации по выполнению перевода части дымовых газов из газоходов энергетических котлов в газоходы пиковых водогрейных котлов отсутствовали, а данное техническое решение не применялось. В работе приводятся расчеты, подтверждающие эффективность такого способа снижения аэродинамического сопротивления газового тракта, определены условия, определяющие возможность и границы применения данного метода, а так же рекомендации по оптимальному аэродинамическому его выполнению.
Исследования проводились методом математического моделирования с применением специализированных программных комплексов. Компьютерное моделирование течения газов в элементе газового тракта проходит в два этапа. На первом этапа проводилось 3D проектирование элемента с использование программного комплекса SolidWorks. В ходе второго этапа задавались граничные условия, режим течения и проводилось моделирование течения газов с помощью программного комплекса FlowVision. Далее полученные в ходе моделирования данные обрабатывались, анализировались и структурировались. При наличии возможности проводились аэродинамические испытания на работающих котлах, и результаты испытаний сравнивались с результатами, полученными при моделировании. Рассчитывалось расхождение полученных результатов, анализировалась причина расхождения.
В диссертационной работе выполнено сравнение значений коэффициентов местных сопротивлений для поворотов газоходов на 90о при различном их выполнении, полученных с помощью программного комплекса FlowVision с данными, приведенными в нормативной литературе для поворота газохода на 90. Максимальное расхождение составило не более 10 %.
Проведено сравнение результатов расчета с помощью программного комплекса FlowVision аэродинамических потерь давления для участка газового тракта от электрофильтра до дымососа с результатами натурных испытаний на работающем котле. Расхождение составило 8 %.
ПК FlowVision широко используется ведущими российскими научно-исследовательскими институтами и конструкторскими бюро для исследования аэродинамики потоков, имеет сертификат соответствия Госстандарта России.
Результаты компьютерного моделирования течения газов на участке ввода газоходов в дымовую трубу с газоотводящим стволом постоянного сечения для одностороннего и двухстороннего ввода в дымовые трубы.
Зависимости коэффициентов сопротивления для участков ввода газоходов в дымовые трубы с газоотводящими стволами постоянного сечения при различном выполнении этого участка для одностороннего и двухстороннего ввода газоходов.
Результаты компьютерного моделирования для блока 300 МВт течения газов на участке от электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки и рекомендации по оптимальному выполнению этого участка газового тракта.
Обоснование возможности применения метода снижения аэродинамического сопротивления газового тракта энергетического котла путем перевода части газов из газохода энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов. Схема перевода газов. Результаты компьютерного моделирования течения газов на участке перевода газов.
Разработанные в диссертации рекомендации по вводу газоходов в дымовые трубы с газоотводящими стволами постоянного сечения широко применяются при проектировании и строительстве дымовых труб. Рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению участка газового тракта от выхода из электрофильтра до входа в дымосос переданы на Троицкую ГРЭС для внедрения. Разработанные в диссертации рекомендации по переводу части дымовых газов энергетического котла ТГМП-314 в газоход пиковых водогрейных котлов внедрены на ТЭЦ-23 ОАО Мосэнерго. Внедрение рекомендаций позволяет снизить аэродинамическое сопротивление газового тракта, что приводит к снижению затрат электрической энергии на привод тягодутьевых машин, и в некоторых случаях к увеличению располагаемой мощности энергетического оборудования.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА заключается в разработке расчетных моделей, проведении компьютерного моделирования, анализе и обобщении полученных в ходе моделирования результатов. Автором разработаны рекомендации по проектированию узла ввода газоходов в дымовую трубу постоянного сечения при одностороннем и двухстороннем вводе газоходов. Разработаны рекомендации и схемы оптимального аэродинамического выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки. Для снижения аэродинамического сопротивления газового тракта энергетического котла предложено перевести часть газов в газоход пиковых котлов. Определены условия, определяющие возможность применения данного метода и разработана методика по определению объемного расхода газов, который может быть переведен в газоход пиковых котлов. Разработаны рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению этого участка газового тракта.
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИССЕРТАЦИИ ИМЕЕТСЯ 7 ПУБЛИКАЦИЙ, в том числе три публикации в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК (Теплоэнергетика №3,
2012; Вестник МЭИ №5, 2013; Энергосбережение и водоподготовка №2, 2014). В Роспатенте зарегистрирована база данных мониторинга энергетических и экологических показателей объектов теплоэнергетики на территории Москвы.
Результаты работы докладывались на 17-ой, 18-ой, 19-ой и 20-й международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (2011 – 2014 гг., Москва).
Результаты исследования, отраженные в главе 2, были непосредственно использованы при проектировании 10 дымовых труб и продолжают использоваться при проектировании новых дымовых труб.
Результаты, изложенные в главе 3, переданы руководству Троицкой ГРЭС и в настоящее время рассматривается вопрос о реконструкции газового тракта. Предлагаемая в главе 4 диссертации схема перевода дымовых газов внедрена на ТЭЦ-23 ОАО «МОСЭНЕРГО».
По фактам внедрения результатов диссертационной работы имеются акты внедрения.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ
Постановка задачи исследования
Исследованию аэродинамики газовоздушных трактов ТЭС посвящено большое количество работ. Большой вклад в исследования аэродинамики газовоздушных трактов ТЭС был внесен профессором Рихтером Л.А. и его учениками и последователями (Гавриловым Е.И., Кормилицыным В.И., Прохоровым В.Б., Волковым Э.П., Саловым Ю.В., Тувальбаевым Б.Г. и др.). Ими был проведен ряд исследований по изысканию форм элементов газовоздухопроводов, таких как: повороты, тройники, подводящие и отводящие газоходы от электрофильтров и регенеративных воздухоподогревателей, вводы газоходов в дымовые трубы [39,40,45,49,52,53,68]. Были проведены исследования аэродинамики дымовых труб [5,35,36,38,50], определены условия возникновения избыточного статического давления и способы его устранения, исследованы характеристики диффузоров, устанавливаемых на дымовых трубах [41,43,51], определены темпы снижения прочностных характеристик конструкционных материалов дымовых труб [69]. Изучены причины и условия самоокутывания дымовых труб [42] и методы защиты дымовых труб от самоокутывания [67]. Много работ было посвящено выбору дымовых труб в зависимости от типа подключаемого к ним оборудования [57,76], и исследованию подъема дымового факела над устьем газоотводящих труб [6,71]. Изучены особенности работы дымовых труб и их элементов в условиях переменной температуры уходящих газов [22]. Так же проводились исследования по изучению влияния скорости дымовых газов на технико-экономические показатели работы [54,56], аэродинамических факторов на эффективность работы электрофильтра [37,46,48] и многие другие. В книге Рихтера Л.А. «Газовоздушные тракты тепловых электростанций» [44] экспериментальные данные по отдельным элементам собраны и структурированы, подводится теоретическая база под конструирование важнейших элементов газовоздушных трактов и рассматривается их взаимная связь и компоновка. Особое внимание в этой книге уделяется аэродинамической проработке элементов. В книгах Идельчика И.Е. «Аэродинамика технологических аппаратов» и «Справочник по гидравлическим сопротивлениям» [18,19] собрано большое количество сведений о правильном в аэродинамическом плане выполнении подводов, отводов и распределении потока по сечению аппаратов.
Для газовоздушных трактов ТЭС и котельных характерно турбулентное движение при Re=105 - 107. Однако скорости сравнительно не высоки (число Маха М 0,1), вследствие чего поток рассматривается несжимаемым. Пограничный слой может быть как ламинарным, так и переходить в турбулентный [44]. При Re 1105 наблюдается явление автомодельности, то есть не зависимость траектории движения газа и сопротивления движению от скорости движения газа.
В книге «Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод)» [4] по редакцией Мочана С. И. дана методика расчета газового тракта котла, согласно которой аэродинамическое сопротивление газового тракта складывается из аэродинамического сопротивления всех элементов, входящих в его состав:
Если условие (1.3) не выполняется, то котел должен снизить нагрузку. При этом объемный расход газов снижается, что приводит к снижению скорости газов и снижению аэродинамических потерь в газовом тракте.
Аэродинамические потери в любом элементе газового тракта состоят из местных потерь и потерь на трение. Местные аэродинамические потери возникают при поворотах потока, изменениях сечения газоходов, при объединении потоков. При поворотах потока, происходит его отрыв от стенки канала (особенно на внутренней стороне канала), образуются вихри, что приводит к потере энергии и полного давления потока. Потери энергии возникают и при соударении потоков при их объединении, а также при резком изменении сечения канала. Стенки газоходов имеют шероховатость и, при движении потока, часть энергии теряется при трении о стенки газохода, приводя к потерям на трение.
Для большинства элементов, применяемых в газовом тракте котлов, значения коэффициентов местных потерь приведено в [4,19]. Необходимо отметить, что в [4,19] приводятся коэффициенты местных потерь элементов при наличии входного и выходного участков, длина которых должна составлять . При отсутствии входных и выходных участков коэффициенты местных потерь для различных элементов газовоздушного тракта могут значительно отличаться от значений, приведенных в нормативной литературе. Наличие входного и выходного участков позволяет сформировать профиль скорости до и после прохождения элемента. На сложных участках газовоздушных трактов, когда один элемент следует сразу за другим или присутствуют нестандартные элементы, применение для расчета коэффициентов местных потерь из [4,19] может привести к большой погрешности. Поэтому в таких случаях требуется проведение исследований на физической или на математической модели.
Компьютерное моделирование течения газового потока при двухстороннем вводе газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения
В нормативной литературе приводятся коэффициенты местных потерь элементов при наличии входного и выходного участков, длина которых должна составлять . Наличие входного и выходного участков позволяет сформировать профиль скорости до и после прохождения элемента. На сложных участках газовоздушных трактов, когда один элемент следует сразу за другим или присутствуют нестандартные элементы, применение для расчета коэффициентов местных потерь из нормативной литературы может привести к большой погрешности. В таких случаях требуется проведение исследований на физической или на математической модели.
Исследование на математической модели имеет ряд преимуществ по сравнению с исследованием на физической модели. При компьютерном моделировании можно быстро и легко изменять конфигурацию исследуемых элементов, что позволяет определить наилучший вариант выполнения сложных элементов. При моделировании на физических моделях из-за больших временных затрат обычно изготавливается одна или две модели исследуемого участка газового тракта, что не всегда позволяет определить самый оптимальный вариант его выполнения. Поэтому исследования в данной работе проводились методом математического моделирования. В качестве инструмента для создания трехмерных моделей использовался программный комплекс SolidWorks. Для проведения компьютерного моделирования течения газов использовался программный комплекс FlowVision, соответствующий Государственным стандартам России и применяющийся ведущими российскими научно-исследовательскими университетами и конструкторскими бюро. Согласно рекомендациям по моделированию течения газов в газовом тракте ТЭС была выбрана модель Incompressible Fluid (Несжимаемая жидкость) предназначенная для моделирования течения газа (жидкости) при больших (турбулентных) числах Рейнольдса и при малых изменениях плотности газа. В состав модели входят ряд уравнений, в том числе и уравнения Навье-Стокса, а так же k- модель турбулентности. FlowVision позволяет определить поле скоростей, полное давление на входе в изучаемый участок и на выходе из него, что необходимо для расчета коэффициента сопротивления участка. Функции визуализации позволяют получить снимки распределения полного давления, а также линии тока, показывающие направление и скорость потока газов в сечениях узлов.
Проведено апробирование программного комплекса FlowVision. Был рассмотрен поворот газохода на 90, для которого в нормативной литературе приведено значение коэффициента местных потерь для разного соотношения радиуса внутреннего скругления поворота к высоте газохода. На всем исследуемом диапазоне R/b расхождение между результатами компьютерного моделирования и данными, приведенными в нормативной литературе, составило не более 10 %.
Целью исследования является снижение аэродинамического
сопротивления газового тракта путем оптимизации отдельных элементов тракта или путем снижения аэродинамических потерь за счет снижения объемного расхода газов движущихся по тракту.
Объектами исследования выбраны ввод газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения (при одностороннем и двухстороннем вводе), участок от выхода из электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки, участок перевода части дымовых газов из газоходов энергетического котла в газоходы пиковых водогрейных котлов, а так же метод снижения сопротивления газового тракта котла основанный на переводе части газов в газоход других котлов. 2. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ УЗЛА ВВОДА
Компьютерное моделирование течения газового потока при одностороннем вводе газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения
Проведена оптимизация аэродинамики узла одностороннего ввода газохода в газоотводящий ствол дымовой трубы, выполненный с постоянным сечением по всей высоте дымовой трубы (безцокольный ввод газов в дымовую трубу). В качестве исходного варианта был принят проект дымовой трубы высотой hтр=48,5 м котельной собственных нужд для создания замещающей мощности на Яйвинской ГРЭС на базе ПГУ-400, выполненный ООО «ПСФ Энерго». Эскиз исходного варианта узла ввода газохода в дымовую трубу приведен на рис. 2.1. В газоотводящий ствол дымовой трубы диаметром Dтр= 1,004 м вводится газоход квадратного сечения 1,02 м х1,02 м. Отношение диаметра дымовой трубы к высоте газохода составляет Dтр /hтр=1,004/1,02=0,98, а соотношение их проходных сечений Fтр/Fг=0,76. В исходном варианте наклон верхней и нижней стенок газохода составляет соответственно =300 и =300. Наклон верхней стенки начинается на расстоянии с=0,2Dтр от дымовой трубы, а нижней – с ввода газохода в дымовую трубу.
При моделировании с помощью программы FlowVision определялись: полное давление и скорость потока в газоходе перед вводом газов в дымовую трубу; полное давление и скорость на высоте h=10м в дымовой трубе.
Рекомендуемый вариант выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа с изменением положения дымососа (вариант № 2)
В [4] отсутствуют рекомендации по выполнению узла двухстороннего ввода газоходов в цилиндрическую дымовую трубу с цоколем. Поэтому сравнивать полученные результаты можно лишь с дынными по двухстороннему вводу газоходов в конические дымовые трубы. Коэффициент сопротивления для рекомендуемого варианта при двухстороннем вводе газоходов в коническую дымовую трубу составляет =0,62 [4]. Результаты для оптимального варианта двухстороннего ввода газоходов в дымовую трубу постоянного сечения согласуются с рекомендациями . Полученный в ходе моделирования коэффициент сопротивления для рекомендуемого варианта двухстороннего ввода газоходов в дымовую трубу постоянного сечения составляет =0,42, что несколько ниже коэффициента сопротивления для ввода газоходов в коническую дымовую трубу. Это объясняется тем, что в конической дымовой трубе происходит сначала снижение скорости газов, а затем ее увеличение, что приводит к дополнительным потерям давления.
Были проведены исследования участка двухстороннего ввода газоходов в дымовую трубу с применением скругления верхних стенок газоходов. Как показали исследования, значение коэффициента местных потерь участка ввода газохода в дымовую трубу в случае применения схемы с наклоном верхних стенок газоходов на угол =500 и схемы с применением скругления верхних стенок газоходов не отличаются друг от друга, при условии выбора оптимального расстояния от дымовой трубы до начала скоса верхней перегородки. Поэтому для двухстороннего ввода газоходов в дымовую трубу постоянного сечения, так же как и для одностороннего ввода, выполнять скругление верхних стенок газоходов не целесообразно.
Данная модель ввода газов в дымовую трубу может оказаться не оптимальной при других соотношениях диаметра дымовой трубы и высоты газоходов Dтр/hг и отношениях проходных сечений Fтр/Fг. Поэтому на заключительном этапе исследований было проведено моделирование рекомендуемого узла с измененной высотой газоходов, которая составила hг=4м, при неизменных диаметре дымовой трубы (3,6м) и ширине газохода (2,2м). При этом отношение диметра дымовой трубы к высоте газоходов равно Dтр/hг=0,9, а отношение площади проходного сечения дымовой трубы к площади проходного сечения вводимых газоходов равно Fтр/Fг=0,58. При моделирования течения в узле скорость течения газа в газоходе задавалась равной 15м/с, как и в предыдущих вариантах. Коэффициент местных потерь данного варианта равен 0,58. Коэффициент местных потерь по отношению к исходному варианту составил (/исх)=0,96. Результаты, полученные с помощью программы FlowVision а так же величины, рассчитываемые по формулам 2.1 и 1.6, сведены в таблицу 2.8. Для снижения аэродинамического сопротивления была рассмотрена установка скругленных направляющих перегородок в дымовую трубу и газоход (рис. 2.10). В результате коэффициент местных аэродинамических потерь узла в относительных единицах был снижен и составил (/исх)=0,87.
С помощью математического моделирования с использованием пакетов прикладных программ SolidWorks и FlowVision разработано оптимальное аэродинамическое выполнение узла ввода газоходов в дымовые трубы с газоотводящими стволами постоянного сечения при одностороннем и двухстороннем вводе газоходов, что позволило практически в два раза снизить аэродинамические потери на этом участке газового тракта по сравнению с вариантами выполнения этих узлов, которые использовались проектной организацией. Рекомендации по выполнению этих участков разработаны для различных отношений диаметра дымовой трубы к высоте вводимых газоходов. Рекомендации переданы проектной организации и широко используются при проектировании новых дымовых труб с газоотводящими стволами постоянного сечения. К настоящему времени по рекомендациям, разработанным в данной работе, спроектировано и построено 10 дымовых труб, что подтверждается актом внедрения.
Получены графические зависимости для коэффициента сопротивления участка ввода газоходов в дымовую трубу с газоотводящим стволом постоянного сечения от углов наклона верхней и нижней стенок газохода (рис.2.4, 2.14), а так же расстояния от дымовой трубы, с которого начинается наклон верхней стенки газохода (рис. 2.7, 2.17). Оптимальной, в аэродинамическом плане, является схема с углами наклона верхней и нижней стенок газохода равными 50, а расстояние от дымовой трубы, с которого начинается наклон верхней стенки газохода, составляет 0,7 диаметра дымовой трубы.
Схема перевода части дымовых газов из газохода энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов
Таким образом, для снижения аэродинамического сопротивления газового тракта и обеспечения номинальной нагрузки блока основное внимание надо уделить участкам газоходов от выхода из электрофильтров до входа в дымососы. Для обеспечения работы блока с номинальной нагрузкой необходимо, чтобы аэродинамическое сопротивление этого участка газохода не превышало 64 мм. вод. ст.
Рассмотрим существующий в настоящее время участок газового тракта от выхода из электрофильтров до входа в осевые дымососы ДОД-31,5Ф [65]. На рисунке 3.2 представлен эскиз существующей конструкции газохода на участке от выход из ЭФ до входа в дымосос.
Установка новых электрофильтров привела к тому, что электрофильтры практически упираются в здание дымососной. Поэтому, чтобы ввести газоходы в здание дымососной, проектная организация установила за электрофильтрами конфузоры с очень резкими сужением потоков, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости. При длине конфузора равной всего 2,6 м площади входного и выходного сечений конфузора соответственно составляют: Fвх=142 м2; Fвых=12 м2. Поэтому газы в конфузоре, двигаясь практически навстречу друг другу (сверху и снизу, справа и слева электрофильтра) соударяются в выходном сечении и происходят большие аэродинамические потери. Выходной патрубок электрофильтра не имеет внутреннего радиуса скругления. Поэтому при входе в него газов возникает отрыв потока, что приводит к дополнительным аэродинамическим потерям.
Существующий вариант конструкции газохода котла 4А на участке от выход из ЭФ до входа в дымосос При выходе из электрофильтра газоход делает поворот в вертикальной плоскости на 90о и при этом происходит увеличение сечения в горизонтальной плоскости (с 3 до 4 м) и сужение сечения в вертикальной (с 4 м до 2). С учетом того, что в конфузоре электрофильтра происходило резкое сужение сечения, а при выходе из электрофильтра происходит резкое расширение в горизонтальной плоскости, то это также приводит к дополнительным аэродинамическим потерям.
В соответствии с нормативной литературой для снижения аэродинамических потерь в газовом тракте котельных установок все повороты газоходов следует выполнять со скруглением внутренней кромки газоходов. Причем, чем больше величина R/b, тем меньше величина коэффициента местных аэродинамических сопротивлений (где R – радиус поворота; b – ширина газохода). В рассматриваемом участке газоходов, от выхода из электрофильтров до входа в дымосос ни один поворот не выполнен со скруглением внутренней кромки газохода. Это приводит к увеличению аэродинамического сопротивления каждого поворота в несколько раз. Кроме того имеются участки газоходов, где происходит резкое изменение конфигурации сечения (расширение газохода в одной плоскости с одновременным его сужением в другой). Все это приводит к дополнительным аэродинамическим потерям. Столь сложная конструкция данного участка обусловлена тем, что дымососы находятся в отдельном здании, находящимся на расстоянии нескольких метров от ЭФ.
Необходимо также обращать особое внимание на ввод газов во всасывающий карман дымососа. Газы следует вводить во всасывающий карман дымососа под те же углом, под которым установлен всасывающий карман (не должно быть изменения направления движения потока при входе во всасывающий карман). Так как плохой ввод газов в дымосос приводит не только к дополнительным аэродинамическим потерям, но и ухудшает характеристики дымососа. В существующем варианте газоходы входят во всасывающий карман дымососа под значительным углом, что приводит к росту аэродинамических потерь. Из всего, выше сказанного, следует, что существующие газоходы от выхода из электрофильтров до входа в дымососы не могут быть улучшены за счет небольших исправлений, а должны быть полностью реконструированы. Задачей настоящей работы является разработка вариантов выполнения газового тракта котла ст. № 4 Троицкой ГРЭС от выхода из электрофильтров до входа в дымососы, которые обеспечат существенное снижение аэродинамического сопротивления газового тракта и позволят котлу нести номинальную нагрузку 278 МВт.
Прежде, чем перейти к рассмотрению вариантов выполнения газоходов необходимо отметить следующее. Дымососы ТГРЭС направлены не в сторону дымовой трубы, а в перпендикулярном направлении. Поэтому газы сразу же при выходе из дымососа делают поворот на 90о в направлении дымовой трубы. Такое исполнение приводит не только к дополнительным потерям при повороте газохода, но и может ухудшать рабочие характеристики дымососа. В указывается, что недопустимо выполнять повороты потока сразу же после выхода из тяго-дутьевых машин. В настоящее время газы при выходе из дымососов поворачивают в горизонтальной плоскости на 90о, причем поворот выполнен без скругления внутренней кромки. Необходимо после дымососа установить диффузор и снизить скорость газов, а после уже можно делать поворот газохода. Поворот дымососа на 90о потребует изготовления нового фундамента. Кроме того, длина дымососа превышает ширину здания дымососной, поэтому значительный его участок будет выходить за существующее здание дымососной.
Существующая установка дымососов имеет еще один недостаток. В настоящее время всасывающие карманы дымососов и выходные патрубки электрофильтров располагаются напротив опорных колон здания дымососной. Поэтому для ввода газоходов в здание дымососной приходится делать лишние повороты газоходов, в условиях стесненной компоновки, чтобы обойти опорные колоны здания. Это создает дополнительные аэродинамические потери.
С помощью пакетов прикладных программ SolidWorks и FlowVision проведено моделирование течения газов на участке от выхода из ЭФ до входа в дымосос. Для визуализации течения потока на участке газового тракта от ЭФ до ДС были использована функция FlowVision вектора на плоскости. В качестве параметра выбрана скорость газового потока. Для наглядности были выбраны 3 плоскости. На рис. 3.3. представлена расчетная модель исходного варианта и отмечены плоскости, на которых строятся линии тока газов. На рис. 3.4 – 3.6 представлены линии тока газового потока для каждой плоскости.
