Содержание к диссертации
Введение
Глава i. Методика исследования на модем тшіературшх полей при смешении разнотешературшх потоков газов в домовых трубах тэц ii
1.1. Особенности выбора дымовых труб тэц и схем подключения пиковых водогрейных котлов (обзор) ii
1.2. Постановка задачи 25
1.3. Моделирование процесса смешения разнотемпературных газов в дымовых трубах тэц 29
1.4. Описание экспериментальной установки и методики исследований 36
1.5. Оценка погрешности измерений при исследовании на модели процесса смешения разнотемпературных потоков 40 в дымовых трубах тэц
Выводы по главе i 44
Глава п. Результаты эксперимебтальшх исследований и расчет термических напряжений в дшюбых трубах тэц 45
2.1. Температурные поля по периметру дымовой трубы 45
2.2. Термические напряжения в дымовых трубах при смешении разнотемпературных потоков 61
Выводы по главе п 79
Глава ш. Разработка методики аэродинамического расчета дымовых труб с цилиндрической верхней частью и эффективности их применения 81
3.1. Избыточные статические давления в дымовых трубах и способы их ликвидации 81
3.2. Разработка методики расчета параметров цилиндрической верхней части дымовых труб 87
3.3. Графоаналитический метод проектирования дымовых труб с цилиндрической верхней частью 96
3.4. Экономическая эффективность применения дымовых труб с цилиндрической верхней частью 101
Выводы по главе ш . 109
Глава іу. Уншжация и выбор параметров домовых труб iii
4.1. Унификация диаметров дымовых труб тэс iii
4.2. Разработка аналитического метода выбора оптимальных параметров дымовых труб тэс 118
4.3. Технико-экономический расчет дымовых труб тэц при совместном подключении энергетических и пиковых водогрейных котлов типа кв-ім и кв-тк 126
4.4. Выбор числа дымовых труб на тэс 132
Выводы по главе іу 145
Выводы по работе 147
Литература
- Моделирование процесса смешения разнотемпературных газов в дымовых трубах тэц
- Термические напряжения в дымовых трубах при смешении разнотемпературных потоков
- Разработка методики расчета параметров цилиндрической верхней части дымовых труб
- Разработка аналитического метода выбора оптимальных параметров дымовых труб тэс
Введение к работе
Планом развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 годы намечен дальнейший опережающий рост электроэнергетики в XI пятилетке: "В электроэнергетике довести выработку электроэнергии в 1985 году до 1550-1600 млрд.кВт.ч. ... » Ускоренными темпами осуществлять строительство тепловых электростанций, использующих угли Экибастузского и Канско-Ачинского бассейнов, а также природный и попутный газ месторождений в Западной Сибири,
Продолжить работы по ... повышению надежности и качества электроснабжения народного хозяйства.
Обеспечить дальнейшее развитие централизованного теплоснабжения потребителей путем строительства теплоэлектроцентралей и крупных районных котельных, снижение удельных расходов топлива и себестоимости электрической и тепловой энергии"
Планом развития народного хозяйства СССР также предусматривается: "Совершенствовать технологические процессы « с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и улучшения очистки отходящих газов от вредных примесей" [і] .
При сжигании органических топлив на тепловых электростанциях в атмосферу поступают вредные для здоровья человека и окружающей природы соединения: летучая зола, сернистый и серный ангидриды, окислы азота. Если для улавливания золы разработаны и находят широкое применение эффективные золоуловители (электрофильтры, К.П.Д. которых может достигать 98-99,5%), то проблема улавливания или резкого снижения величины вредных газообразных выбросов при умеренных капитальных затратах и эксплуатационных расходах на ТЭС в настоящее время еще не решена.
Для снижения вредных выбросов проводятся исследования по серо-
очистке дымовых газов, разрабатываются и внедряются мероприятия по частичному подавлению окислов азота [2-8] Однако, даже при использовании всех возможных методов очистки газов и подавления вредностей в дымовых газах остается значительное количество вредных веществ, которые даже при малых концентрациях, превышающих предельно допустимые, приводят к пагубному воздействию на человека и окружающую природу. Поэтому наряду с очисткой дымовых газов от вредных веществ необходимо обеспечить их рассеивание в атмосфере через дымовые трубы до уровня концентраций, безопасных для здоровья человека и окружающей природы. Правильно выбранные параметры дымовой трубы позволяют обеспечить приземные концентрации вредных веществ в пределах допустимых норм, установленных Минздравом СССР,
В связи с увеличением единичных мощностей ТЭС, сжиганием высокосернистых топлив и усилением требований к чистоте воздушного бас' сейна в последние годы сильно возросли высоты дымовых труб, В настоящее время на Запорожской, Углегорской и Экибастузской ГРЭС уже эксплуатируются дымовые трубы высотой 320-330 м, проектируются трубы высотой 360 и 420 м.
Высотные дымовые трубы являются уникальными дорогостоящими элементами, стоимость которых резко возрастает с увеличением их высоты. Так, например, если стоимость дымовой трубы высотой 180 м и диаметром устья 9,6 м составляет ~1,1 млн.руб,, то при высоте 320 м ее стоимость при том же диаметре возрастает до ~ 3,7 млн, руб., а при 420 м - до ~ 5,8 млн.руб, [9] .
Ремонт дымовых труб связан с высотными работами, в которых применение средств механизации является весьма затруднительным. Поэтому с увеличением высоты и диаметра дымовых труб возрастает продолжительность и стоимость их ремонта. Ремонт дымовой трубы может
привести к отключению на длительное время всего присоединенного к ней оборудования, а на его осуществление потребуются значительные затраты. Это нанесет большой экономический ущерб, так как по мере укрупнения электростанций возрастают и мощности, подключаемые к одной дымовой трубе» В настоящее время подключаемые к одной трубе электрические мощности достигают 2400 МВт и проектируются дымовые трубы с подключением к ним до 3200 МВт»
В связи с Этим одним из основных требований, предъявляемых к дымовым трубам, является их высокая надежность» Дымовые трубы должны обеспечивать бесперебойную работу подключенного к ним оборудования в течение всего срока эксплуатации электростанции, который составляет 40-50 лет [з] »
Дымовые трубы ТЭЦ должны обладать более высокой надежностью, чем трубы КЭС, так как резервирование ТЭЦ по отпуску тепла не предусматривается и выход дымовой трубы из строя, связанный с отключением подсоединенного к ней оборудования, приведет к перебоям в работе предприятий, получающих тепло от ТЭЦ»
В большинстве случаев на ТЭЦ целесообразным является совместное подключение энергетических и пиковых водогрейных котлов к общей дымовой трубе» Особенно эффективным совместное подключение стало с появлением новых пиковых котлов КВ-ГМ и КВ-ТК с дымососами. Энергетические и пиковые водогрейные котлы имеют различную температуру дымовых газов и поэтому при их смешении в дымовой трубе возникают температурные неравномерности, вызывающие термические напряжения в футеровке» Поэтому определение температурных полей при смешении разнотемпературных газов в дымовой трубе ТЭЦ, выявление условий, при которых происходит наиболее интенсивное смешение и расчет возникающих термических напряжений является важной задачей, влияющей на надежную работу дымовых труб»
Как показывает опыт эксплуатации, дымовые трубы не всегда работают достаточно надежно и в ряде случаев наблюдается преждевременное их разрушение. В зависимости от направления воздействия агрессивных дымовых газов разрушения дымовых труб можно классифицировать на наружные и внутренние.
К наружному воздействию относится процесс самоокутывания дымовых труб, причины и условия возникновения которого, а также количественные характеристики установлены В.Б.Прохоровым [lO-I2]
Основной причиной внутренних разрушений является возникающее, при определенных условиях, внутри газоотводящих стволов избыточное статическое давление, которое вызывает фильтрацию агрессивных дымовых газов через футеровку к железобетонной оболочке трубы, что приводит' к разрушению оболочки трубы, поскольку она не предназначена для восприятия воздействия агрессивных сред,
Докт»техн.наук Л.А.Рихтером была разработана методика расчета статических давлений внутри газоотводящих стволов и установлены условия, при которых возникают избыточные давления [3,13,14] .
Для предотвращения проникновения дымовых газов из газоотводя-щего ствола к оболочке трубы нашли распространение конструкции дымовых труб, в которых между футеровкой и железобетонной оболочкой устраивается вентилируемый воздушный зазор. Исследование работы тих труб проведено И,Б.Заседателевым и Ф.П#Дужихом [l5,I6^
Для ликвидации избыточных давлений широкое применение нашли разработанные в МЭИ Е.И,Гавриловны и В.М.Марченко короткие диффузоры с большими углами раскрытия [і7,18] .
Эффективным способом ликвидации избыточных статических давлений является применение дымовой трубы с цилиндрической верхней частью, конструкция которой предложена МЭИ совместно с рядом других организаций [і9] . При правильно выбранных параметрах дымовой трубы с цилиндрической верхней частью обеспечивается не только от-
сутствие избыточных давлений, но и значительный экономический эффект.
Поэтому исследование аэродинамических характеристик дымовой трубы такой конструкции и разработка методики технико-экономического сопоставления с другими способами ликвидации избыточных давлений является важной задачей.
Актуальными являются вопросы сокращения сроков строительства дымовой трубы, снижения ее себестоимости, обеспечения возможности обслуживания и ремонта. До последнего времени трубы высотой 250 м и более сооружались по индивидуальным проектам. Это было оправдано до тех пор, пока количество высотных дымовых труб было небольшим. Однако, на ближайшую перспективу намечено сооружение около 50 дымовых труб высотой не менее 270 м. Учитывая, что стоимость каждой трубы подобной высоты составляет несколько миллионов рублей, то стала необходимой и целесообразной унификация дымовых труб в части их размеров (высоты и диаметра).
Тенденция к совместному подключению энергетических и пиковых водогрейных котлов к дымовым трубам ТЭЦ потребовала разработки методики выбора оптимальных параметров труб, учитывающей расход электроэнергии на привод дымососов пиковых котлов, разницу температур уходящих газов и другие факторы. Поэтому разработанную в МЭИ Э.П.Волковым, Л.А.Рихтером и Е.И.Гавриловым методику технико-экономического расчета дымовых труб ТЭС [3,9,20] целесообразно развить для рассмотренной задачи и для удобства расчетов представить эту методику в аналитической форме.
Для более эффективного рассеивания вредных примесей, содержащихся в дымовых газах, целесообразно концентрировать выбросы в одной-двух точках тепловой электростанции, т.е. иметь минимальное число дымовых труб на ТЭС [3,8] . С другой стороны по условиям надежности работы оборудования и уменьшения длины газоходов, яв-
ляющихся элементом газового тракта с невысокой надежностью, следует увеличить число дымовых труб на ТЭС. Учитывая высокую стоимость дымовых труб, а также необходимость обеспечения их надежной работы, вопрос выбора их числа на ТЭС требует специального рассмотрения,
В связи с возрастающим требованием высокой надежности дымовых труб рассмотренные вопросы приобретают все более актуальное значение. Их решению и посвящена настоящая работа.
При выполнении расчетов использовалась ЭЦВМ "МИР-2".
Автор защищает следующие основные положения:
Результаты экспериментальных исследований, на модели температурных полей по окружности и высоте ствола при смешении разнотем-пературных уходящих газов энергетических и пиковых водогрейных котлов в дымовых трубах ТЭЦ, на основании которых рассчитаны термические напряжения и способы уменьшения этих напряжений.
Аналитический, номографический и графоаналитический методы расчета минимально необходимой высоты цилиндрического участка дымовой трубы для ликвидации избыточного статического давления.
Методику выбора оптимальных параметров дымовых труб ТЭЦ при совместном подключении энергетических и пиковых водогрейных котлов и методыпостроения ряда унифицированных диаметров дымовых труб и выбора числа труб на станции.
Работа выполнена на кафедре Тепловых электрических станций Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской революции энергетического института.
Результаты настоящей работы использованы в комплексной научно-исследовательской работе "Комплекс исследований, связанных с созданием и типизацией новых дымовых труб ТЭС", выполненной кафедрой ТЭС МЭИ совместно с рядом других организаций по плану ЮТ СМ СССР JS 347 от 12.0Э.78 г., проблема 0.85.04.
Основные результаты работы включены в "Основные положения по выбору дымовых труб ТЭС", которые утверждены на заседании научно-технического Совета Минэнерго СССР (протокол 28 от 12.03.81) и являются обязательными при проектировании дымовых труб.
- II -
Моделирование процесса смешения разнотемпературных газов в дымовых трубах тэц
Для моделирования была выбрана схема ввода газоходов пиковых водогрейных котлов непосредственно в дымовую трубу ТЭЦ как наи более опасная с точки зрения термических напряжений. Эта схема рассматривалась для двух вариантов: I» Железобетонная дымовая труба с кислотоупорной футеровкой и вентилируемым воздушным зазором (Н = 150 M,D0 = 6,0 м), к которой подсоединены 2 энергетических котлоагрегата ТГМ-96 (V3 » 2 х 225 м3/с, t3 = 151 С) и 3 водогрейных котла ШВМ-І00 ( Vn = 3 х 77 м3/с, tn s 230С) (рис.1.7). Соотношение скоростей дымовых газов энергетических и пиковых водогрейных котлов ГП « 0,83, 2, Дымовая труба с кремнебетонным цилиндрическим газоотводя-щим стволом (Н = 240 м, D0 « 8,08 м), к которой подсоединены 3 энергетических котлоагрегата ТГМП-ЗІ4 (\1Э « 3 х 410 м3/с, t3 = 142С) и 3 водогрейных котла КВ-ГМ-І80 ( Vn = 3 х 130 м3/с, tn = 19бС) (рис,1,8), Соотношение скоростей дымовых газов энергетических и пиковых водогрейных КОТЛОВ ГП. = 13.
В настоящей работе для определения температурных полей по окружности и высоте трубы при смешении разнотемпературных потоков был использован метод физического моделирования. Из трех теорем подобия [45-48J следует, что для полного подобия модели натуре необходимо выполнение следующих условий: 1. Геометрическое подобие, 2. Подобие физических констант в сходственных точках пространства. 3. Подобие граничных условий, 4. Равенство определяющих критериев.
При исследовании процесса смешения разнотемпературных газов использовалась экспериментальная установка, представляющая собой модель цокольной части и участка дымовой трубы, выполненную в масштабе 1:40. Этим обеспечивалось выполнение геометрического подобия.
Для выполнения третьего условия подобия обеспечивался перепад температур газ-стенка (Atr_c ) близкий к реальному, для чего рабочий участок трубы был покрыт слоем теплоизоляции. Все исследования проводились при установившемся режиме работы, то есть скорость и температура потоков холодного и горячего воздуха, имитирующих дымовые газы, в течение каждого опыта поддерживались постоянными,
В [47-49] показано, что основными критериями, определяющими процесс, включакщий в себя и движение газа, и теплообмен, являются числа Рейнольдса ( Re ) и Прандтля ( Р% ) Рг«-Т5- , Ь2) где Ц - скорость потока м/с; d - диаметр трубы, м; О - кинематическая вязкость воздуха, м/с; CL - коаіфициент температуропроводности воздуха, м /с. Условие равенства чисел Прандтля для модели и натуры выполняется вследствие того, что воздух, имитирующий дымовые газы, имеет приблизительно такие же значения Рг в исследуемом диапазоне температур» Температурное поле потока сильно зависит от величины Re и поэтому при моделировании процесса смешения необходимо обеспечить равенство чисел Re на натуре и на модели, Дымовые трубы ТЭЦ имеют большие диаметры и процесс смешения происходит при Re Ю #
В [25 ] установлено, что движение потока газов для цоколей дымовых труб автомодельно, начиная с Re = 2 1 СР. Это позволило проводить исследование процесса смешения при Re = (0,7 2,6) 1(Я без нарушения четвертого условия подобия»
Так как наличие автомодельности в сходственных сечениях натуры и модели характеризуется определяющим числом Re, то следствием выполнения всех условий является равенство числа Эйлера (неопределяющего). EuH = Eu„ (1.3) или Рн Рм (1.4) где CLPH , А Рм - перепад давления (гидравлическое сопротивление) на сходственных участках натуры и модели, Па,
Так как потоки имеют различную температуру, то необходимо учитывать равенство отношений динамических давлений в сливающихся потоках дымовых газов [25 J ПК \ / ПК " /.."I h,H (1.5) ПК .. н Величину п д. / Гід. называют гидродинамическим параметром С [43] или, для дымовых труб, коэффициентом режима Кр [25j » В - 35 натурных условиях в зависимости от величины нагрузки подключенного к дымовой трубе оборудования и температуры уходящих газов коэффициент режима изменяется от 0 до 2, Значению 1\р = 0 соответствует режим отключения пиковых водогрейных котлов и поэтому его можно не рассматривать. Исследование процесса смешения на модели проводилось в зависимости от величины Кр в диапазоне его изменения от 0,2 до 2,
В общем случае при моделировании неизотермических течений необходимо обеспечить равенство чисел Архимеда на модели и на натуре [43] Число Архимеда равно отношению силы Архимеда, возникающей вследствие различной плотности дымовых газов энергетических и пиковых котлов, к инерционной силе, Рпк U-пк ипк UH К оДрэн -рПк)сЦ Л doV пк Тэн) а п ..г = $ (F T , (1-6)
где Q - ускорение свободного падения, а 9,81 м/сЛ О , рпк- соответственно, плотность дымовых газов энергетических и пиковых котлов, кг/м3; d0 - внутренний диаметр трубы, м; Тпк , Тад - соответственно, температура дымовых газов .-: пиковых и Энергетических котлов, К, Число Аг имеет значение для подобия процесса, когда перепады температур в газовом потоке велики, а скорости малы, В работе [43J показано, что при малых значениях числа Аг (большие скорости истечения) им можно пренебречь. Для дымовых труб ТЭЦ разность температур дымовых газов энергетических и пиковых котлов
Термические напряжения в дымовых трубах при смешении разнотемпературных потоков
При смешении разнотемпературных дымовых газов от энергетических и пиковых котлов из-за неравномерного распределения температуры по окружности, высоте и толщине футеровки, в ней возникают термические напряжения, которые в сочетании с механическими нагрузками могут вызывать ее растрескивание и разрушение. Определению термических напряжений при стационарных температурных полях в упругих одно- и многослойных пустотелых цилиндрах посвящены многие работы отечественных и зарубежных авторов [32,33,53-57]
Исследование температурных напряжений из-за градиента температуры по окружности проведено в работах С.Я.Яремы [58-60J , Ю.В# Балашова [61 , Д.П.Елизарова и Л »А .Федорович [б2-6б] и зарубежных авторов 67,68] Эти напряжения представляют для случая смешения разнотемпературных потоков в дымовой трубе наибольший интерес.
Для оболочек (к которым можно отнести дымовые трубы, так как j3 = R«/RbH 1»05 [б9] ) эта задача первоначально была решена С .Я. Яремой применительно к барабанам котлов Здесь решалась стационарная упругая задача при известном температурном поле по окружности» Оно предполагалось постоянным во времени: температурные неравномерности по толщине стенки и вдоль образующей не учитывались.
Однако, для дымовых труб, где перепад температур по толщине футеровки достигнет 80С, такое решение приведет к значительным погрешностям при определении термических напряжений.
Изменение температуры при смешении разнотемпературных дымовых газов в дымовой трубе происходит по высоте, окружности трубы и толщине футеровки и поэтому для расчета температурных напряжений надо, в общем случае, решать трехмерную задачу. Однако, как установлено в [70,71] , если температура по высоте цилиндра изменяется по линейному или экспоненциальному закону, то это не вызывает значительных термических напряжений. Поэтому можно определять термические напряжения в каждом сечении по высоте трубы, решая плоскую двухмерную задачу.
Для определения аксиальных термических напряжений в футеровке дымовых труб при смешении разнотемпературных потоков была применена формула, предложенная Д,П.Елизаровым и Л.А.Федорович для расчета паропроводов [72,73J i-j" 11с ЧЬ (2 7) где JL - относительный коэффициент линейного термического расширения, 1/град; E - модуль упругости, Па; ju - коэффициент Пуассона; J Тц - средняя температура по поперечному сечению трубы и температура данного елемента сечения Средняя температура по поперечному сечению трубы определялась по формуле п lq s F L lljKj , "" " (2.8) где Ь » \и - площадь поперечного сечения трубы (площадь кольца) и площадь елемента сечения; L - количество слоев (по радиусу) при разбивке сечения на елементи (разбивка сечения на елемента производилась концентрическими кольцами); П, - количество лементов разбивки сечения по окружности радиальными плоскостями. Предполагалось, что в пределах каждого елемента LJ температура l.j постоянна.
Формула (2.7) для определения термических аксиальных напряжений получена для полого цилиндра со свободными незакрепленными торцами в предположении отсутствия коробления цилиндра. Полученные таким способом напряжения несколько больше фактических, но то при расчетах повышает запас прочности [73J .
Для полого цилиндра со свободными торцами аксиальное напряжение на наружной и внутренней поверхностях равно тангенциальному [53,71,73] .
Расчет термических напряжений производился для двух типов дымовых труб ТЭЦ при совместном подключении нергетических и пиковых водогрейных котлов:
Разработка методики расчета параметров цилиндрической верхней части дымовых труб
Если R « I, то вся дымовая труба находится под разрежением и проникновение дымовых газов наружу невозможно. Если R I, то на некоторых участках трубы возникают избыточные статические давления, которые будут приводить к фильтрации дымовых газов и к разрушению оболочки трубы. Критерий R определяет надежность дымовых труб и является одной из основных аэродинамических характеристик, В настоящее время при проектировании дымовых труб их основные параметры выбираются такими, чтобы при всех режимах работы внутри трубы было разрежение (критерий R I).
Наиболее простой способ снижения и даже устранения избыточных статических давлений в дымовой трубе состоит в снижении скорости газов на выходе из трубы до значений, при которых эти давления отсутствуют. Однако этот путь для высоких труб неприемлем. Снижение скорости на выходе (а, следовательно, и во всех промежуточных сечениях) ведет к удорожанию трубы, так как обратно пропорционально скорости растут сечения по всей высоте трубы. Между тем по технико-экономическим соображениям с увеличением высоты трубы целесообразно уменьшить ее сечения за счет увеличения скоростей.
Кроме того, снижение скорости газов на выходе из трубы ведет к уменьшению гидродинамической составляющей подъема дымового факела и, следовательно, к увеличению максимальных приземных концентраций вредных выбросов,
Э$фективной мерой борьбы с избыточными статическими давлениями является установка диффузора в верхней части дымовой трубы [З, I7,I8,79,80J , В этом случае нулевая разность статических давлений имеет место на выходе из диффузора, а в узкой его части, примыкающей к стволу, образуется разрежение и на ту величину уменьшается разность статических давлений газов в стволе и атмосферного воздуха по всей высоте дымовой трубы. Диффузоры незаменимы для снижения статических давлений в существующих дымовых трубах, к которым подключается дополнительная мощность при расширении лек-трос танции.
Диффузоры ставят также для уменьшения перепада полных давлений по газовому тракту, если дымосос или воздуходувка (у котлов под наддувом) по своим характеристикам не в состоянии обеспечить требуемого напора. Во всех случаях установки диффузора уменьшается расход энергии на транспорт дымовых газов.
Недостатком установки диффузора на дымовой трубе является снижение выходной скорости газов, что приводит к увеличению приземных концентраций вредных веществ и, в случае превышения ЦДК, к наращиванию высоты дымовой трубы, а это существенно сказывается на стоимости высотных труб.
Ще одним способом борьбы с избыточными статическими давлениями является строительство дымовых труб с противодавлением в вентилируемом канале [і5,81] В дымовых трубах такой конструкции по всей высоте выполняется воздушная прослойка шириной 150 мм. Воздух засасывается из атмосферы и подогревается в калорифере паром из отбора турбины до температуры 50-90С, Вентилятор устанав - 84 ливается под газоотводящим стволом трубы и направляет воздух в воздушную прослойку, В воздушной прослойке по всей высоте трубы создается давление воздуха более высокое, чем в газоотводящем стволе, что полностью исключает проникновение газов в воздушный канал и железобетонную оболочку, К основному недостатку дымовых труб с противодавлением в вентилируемом канале относится ненадежная работа этого зазора вследствие его частого засорения, что приводит к невыполнению им предназначенных функций. Кроме того, к недостаткам такой конструкции дымовых труб можно отнести дополнительные капиталовложения на вентилятор, калориферы, паропроводы, а также дополнительный расход лектроэнергии на привод вентилятора.
Модернизацией трубы с вентилируемым зазором является замена принудительного движения в воздушном канале естественным за счет самотяги при калориферном подогреве или подогреве воздуха теплом уходящих газов (металлическая вставка) и сохранения в канале избыточного по отношению к газовому стволу давления [іб] , Однако, такие трубы эффективны при малых избыточных давлениях в газоотводящем стволе ( 100-200 Па),
Эффективным способом устранения избыточных статических давлений в дымовых трубах ТЗС является применение дымовых труб с цилиндрической верхней частью [3,19,78] , Такие трубы обеспечивают более широкий диапазон режимов работы без положительного перепада статических давлений (npnR I), Этот Эффект достигается за счет разрежения, создаваемого цилиндрической верхней частью. Теоретически это объясняется следующим образом.
Разработка аналитического метода выбора оптимальных параметров дымовых труб тэс
1. Рассмотрены схемы подключения к дымовой трубе ТЭЦ пиковых водогрейных котлов ПТЕШ на естественной тяге, КВ-ГМ и КВ-ТК с дымососами Для обеспечения высокой надежности работы ТЭЦ и снижения уровня приземных концентраций вредных веществ в атмосфере следует производить совместное подключение энергетических котло-агрегатов и водогрейных котлов КВ-ГМ и КВ-ТК к общей дымовой трубе.
2. При смешении разнотемпературных газов в дымовой трубе ТЭЦ получается неравномерное распределение температуры по окружности трубы, которое вызывает термические напряжения в стволе. Экспериментальными исследованиями установлено, что то распределение зависит от разности температур дымовых газов, вариантов их смешения и соотношения скоростей. Полученные температурные поля описаны эмпирическими выражениями.
3. Исследования на модели позволили установить, что для интенсификации процесса смешения с целью уменьшения термических напряжений следует производить смешение разнотемпературных дымовых газов при соотношении скоростей ГИ І для варианта без перегородки и при УТЛ I для варианта с перегородкой При смешении с перегородкой величины максимальных термических напряжений получаются более низкими, чем при смешении соударяющихся потоков.
4. Для рассмотренных примеров конструкций дымовых труб определены максимальные термические напряжения, которые превышают допустимое значение по условию отсутствия трещинообразования. Показано расположение зон образования трещин для этих труб.
5. Для уменьшения возникающих термических напряжений в футеровке железобетонной трубы следует повышать температуру воздуха в вентилируемом зазоре "Св , увеличивать термическое сопротивление футеровки пт (например, выполнить теплоизоляцию) или установить перегородку между потоками. Для дымовых труб с кремнебе-тонным стволом необходимо установить перегородку между потоками.
6. Применение дымовой трубы с цилиндрической верхней частью является эффективным способом ликвидации избыточных статических давлений, позволяющим при рационально выбранных параметрах цилиндрического участка не только повысить надежность работы трубы, но и получить значительный экономический эффект. Разработанные аналитический, номографический и графоаналитический методы расчета высоты цилиндрического участка вц дали возможность определить влияние на ее величину различных геометрических и режимных факторов. Показано, что величина Кц, растет с увеличением конусности примыкающего участка, температуры наружного воздуха и уменьшением температуры уходящих газов.
7. Разработана методика технико-экономического сравнения различных способов ликвидации избыточных статических давлений в га-зоотводящих стволах и установлено, что вариант установки на ТЭС дымовой трубы с цилиндрической верхней частью имеет наименьшую стоимость и приведенные затраты.
Наиболее эффективно применение дымовой трубы с цилиндрической верхней частью для ТЭС, сжигающих дешевое топливо, например, угли Экибастузского и Канско-Ачинского энергетических комплексов.
8. Предложен метод построения ряда унифицированных диаметров дымовых труб ТЭС. Полученные на основании его результаты позволили сократить количество типоразмеров диаметров дымовых труб с 15 до 7 и, тем самым, уменьшить сроки их проектирования и упростить унификацию монтажных механизмов, опалубки и других приспособлений, необходимых для возведения труб.
9. Разработан метод выбора оптимальных параметров дымовых труб ТЭЦ при совместном подключении энергетических и пиковых водогрейных котлов с дымососами (КВ-ГМ и КВ-ТК), который представлен в аналитической форме.
10. Результаты настоящей работы использованы в научно-исследовательских работах кафедры ТЭС МЭИ и включены в "Основные положения по выбору дымовых труб ТЭС", которые утверждены на заседании научно-технического Совета Минэнерго СССР и являются обязательными при проектировании дымовых труб.
