Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов и оборудования для снижения вредного воздействия энергетических объектов на окружающую среду при сбросах пара в атмосферу 11
1.1. Шумовое воздействие при сбросах пара в атмосферу 11
1.1.1. Источники шума при сбросах пара энергетических объектов, характеристики шума и принципиальные подходы к его снижению 11
1.1.2. Анализ существующих методов и устройств для сброса пара в атмосферу 18
1.2. Капельный унос влаги в атмосферу на энергетических объектах 28
1.2.1. Источники капельного уноса влаги. Физические основы сепарации влаги 28
1.2.2. Анализ влияния различных факторов и процессов на сепарацию и дисперсность капель 31
1.3. Требования, предъявляемые к системам сброса пара в атмосферу, цели и задачи исследования 40
Глава 2. Методика оценки и расчетный анализ характеристик двухфазного потока применительно к разработке сепараторов капельной влаги при сбросах влажного пара в атмосферу 42
2.1. Методика оценки устойчивости капель при их движении в газовом потоке 42
2.2. Оценка срыва капель с поверхности жидкости 46
2.3. Оценка эффективности различных способов сепарации применительно к условиям работы шумоглушителя энергетической установки 53
2.4. Выбор конструкции сепаратора ССП продувки пароперегревателей парового котла 61
2.5. Снижение капельно-влажностного и шумового загрязнения среды градирнями 69
2.6. Выводы по главе 2 74
Глава 3. Разработка и испытание системы сброса пара в атмосферу после предохранительных клапанов парового котла 76
3.1. Разработка технических решений по системе шумоглушения при сбросе пара от главных предохранительных клапанов парового котла 76
3.2. Инженерная методика расчета системы сброса пара после предохранительных клапанов котла 83
3.3. Методика оценки работоспособности системы сброса пара в процессе ее эксплуатации 90
3.4. Экспериментальное исследование системы сброса пара и анализ результатов 99
3.5. Выводы по главе 3 105
Глава 4. Внедрение на тепловых электростанциях и экспериментальное исследование новых конструкций шумоглушителей с подачей охлаждающей воды 106
4.1. Разработка новых конструкций шумоглушителей с подачей охлаждающей воды 106
4.2. Гидравлический, газодинамический и акустический расчеты системы шумоглушения 114
4.3. Описание экспериментальной установки, условия проведения измерений 120
4.4. Результаты и анализ промышленных испытаний системы сброса пара с подачей охлаждающей воды в шумоглушитель 125
4.5. Экономическая эффективность внедрения системы сброса пара 131
4.6. Выводы по главе 4 138
Основные выводы 139
Список литературы 140
Приложение 155
- Источники шума при сбросах пара энергетических объектов, характеристики шума и принципиальные подходы к его снижению
- Оценка эффективности различных способов сепарации применительно к условиям работы шумоглушителя энергетической установки
- Инженерная методика расчета системы сброса пара после предохранительных клапанов котла
- Результаты и анализ промышленных испытаний системы сброса пара с подачей охлаждающей воды в шумоглушитель
Введение к работе
В последние годы в нашей стране, как и во всем мире, вырос интерес к экологическим аспектам научно-технического развития человечества. Одним из факторов, представляющих повышенную опасность для окружающей среды, является промышленный шум. Наиболее серьезным источником шума в городах являются тепловые электрические станции, особенность шума которых состоит в непрерывности воздействия и изменении частотных характеристик. При пусках и аварийных режимах на тепловых электростанциях возникает шум в месте сброса пара до 120-130 дБ(А). Персонал ТЭС в России составляет почти 1 млн. человек. Однако шумовое воздействие ТЭС распространяется не только на их работников, но и практически на всех жителей городов. Тысячи людей живут в комнатах, относимых действующими ныне нормативными документами к числу аварийных по условиям внешнего шума - 60 дБ (А)-ночью и 70 дБ(А)-днем. Экономические потери от воздействия шума на человеческий организм существенны и связаны как с заболеваниями и травмами персонала из-за повышенного шума, так и с авариями по вине персонала из-за неблагоприятных условий его работы. Доказано, что увеличение шума на 20 дБ(А) уменьшает производительность труда в различных отраслях от 5 до 15 процентов. По данным зарубежных исследователей превышение предельного значения шума на 15-20 дБ(А) обостряет социальную обстановку и влечет за собой угрозу общественных выступлений.
В настоящее время для энергетических объектов, расположенных вблизи жилой застройки, проблема борьбы с вредным воздействием на окружающую среду при сбросах пара в атмосферу стала одной из важнейших. Проблема эта сложная и многосторонняя. При решении этой задачи необходимо учитывать надежность работы энергетического оборудования, шумовое воздействие, а также выброс большого количества влаги, которая в свою очередь не только ухудшает условия для работы и проживания людей, но и влияет отрицательно на надежность работы самого энергетического оборудования.
К основным источникам шумового воздействия и выброса влаги в атмосферу следует отнести выхлопные трубопроводы отвода пара после предохранительных клапанов и трубопроводы продувки пароперегревателей, через которые во время пуска и останова в течение нескольких часов в атмосферу сбрасываются сотни тонн пара. При этом в окружающей среде образуются мощные шумовые поля, и происходит превышение допустимых значений уровня звука на 30-40 дБ А в радиусе нескольких километров.
Шум, как экологический фактор загрязнения окружающей среды, имеет свои особенности. В отличие от большинства других факторов загрязнения окружающей среды, от него страдают только люди. Для оценки шума и шумовых нагрузок на человека используются различные величины. Шкала децибел производит логарифмическое сжатие шкалы мощности потока звуковой энергии. Если один источник шума создает в комнате шум с уровнем 75 децибел, то два, работая одновременно, создадут шум не в 150, а только в 78,01 децибел. Рост уровня шума на 10 децибел соответствует росту потока шумовой энергии примерно в 10 раз, на 20 децибел - в 100 раз и т.д. Для учета различного восприятия шума на низких и высоких частотах и для получения интегрального (по спектру) показателя уровня шума используются так называемые «шкалы коррекции». Наиболее распространена шкала «А». Однако раздражающее действие шума не пропорционально уровню шума, измеренному в дБА (т.е. в децибелах шкалы «А»). С показателем уровня громкости шума, измеренного в специальных единицах - нойзах, раздражающее действие шума также связано нелинейно. Адекватная оценка раздражающего действия шума осложняется тем, что оно зависит не только от энергетических и других физических характеристик шума, но и от более тонких, «информационных» его характеристик. Люди наиболее уязвимы для шумов, действующих именно в жилых помещениях, и особенно ночью.
При сбросах больших потоков пара в атмосферу наряду с шумовым воздействием происходит изменение влажности и на прилегающей территории выпадает значительное количество капельной влаги.
Существующие в настоящее время на большинстве тепловых электростанций устройства для сброса пара в атмосферу недостаточно эффективны как по шумоглушению, так и по сепарации капельной влаги на выходе из них. Комплексное решение задачи снижения уровня шума и выноса капельной влаги в атмосферу является достаточно сложной задачей. Это связано с тем, что системы сброса пара в атмосферу должны работать надежно в условиях высоких температур и влажности при переменных нагрузках. При этом система сброса пара не должна уменьшать расходные характеристики, не должна препятствовать свободному сбросу пара в атмосферу при срабатывании предохранительных клапанов, а также должна иметь незначительные габариты и массу и быть простой в изготовлении, монтаже и эксплуатации.
После установки на нескольких ТЭЦ Российской Федерации вместо барботеров вихревых тангенциальных глушителей шума конструкции ВЗПИ -МЭМ - ОРГРЭС, в адрес разработчиков поступили предложения о совершенствовании конструкции этих глушителей шума как с целью повышения акустической эффективности, так и с целью уменьшения выброса капельной влаги в атмосферу. Среди таких предложений следует особо отметить запросы на систему сброса пара после предохранительных клапанов блоков мощностью более 200 МВт на сверхкритические параметры пара, для которых вообще не было предложено в нашей стране более или менее эффективных систем шумоглушения.
На основании изложенного выше можно сделать вывод о необходимости проведения исследования процессов при сбросах больших потоков пара в атмосферу и разработки новых систем сброса пара. Это и явилось целью настоящей диссертационной работы, в которой были поставлены следующие цели и задачи: разработка и внедрение сепарационного устройства системы сброса пара в атмосферу для улавливания капельной влаги; разработка и внедрение комплексной системы сброса пара при продувках пароперегревателей паровых котлов с высокой акустической эффективностью и пониженным выносом влаги в атмосферу; разработка и внедрение системы сброса пара после предохранительных клапанов мощных энергетических блоков на сверхкритические параметры пара; проведение экспериментальных исследований эффективности предложенных систем сброса пара; разработка методик расчета при проектировании и выбора оптимальных параметров и режимов работы предложенных конструкций.
Для достижения поставленной цели автором выполнены: анализ технического уровня существующих конструкций для сброса пара после энергетических установок; анализ влияния различных факторов и процессов на сепарацию и дисперсность капельной влаги; проведены экспериментальные исследования эффективности разработанных конструкций паросбросных устройств; разработаны рекомендации по выбору конструкции сепарационных устройств для систем сброса пара; разработаны и выполнены рабочие проекты новых более совершенных систем сброса пара в атмосферу;
Научная новизна работы: проведено исследование процессов сепарации капельной влаги применительно к условиям работы устройств сброса пара в атмосферу; аппроксимацией экспериментальных данных получены аналитические зависимости для верхнего и нижнего пределов устойчивости капель в двухфазном потоке; разработаны новые защищенные авторскими свидетельствами конструкции системы сброса пара с сепарацией влаги при продувках пароперегревателей барабанных котлов; разработана новая защищенная авторским свидетельством система сброса пара после предохранительных клапанов; разработана инженерная методика расчета систем шумоглушения; выполнена экспериментальная проверка эффективности разработанных автором конструкций в условиях промышленной эксплуатации.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
С учетом результатов исследования разработаны и внедрены в промышленную эксплуатацию системы сброса пара продувки пароперегревателей барабанных котлов на ТЭЦ-8 и ТЭЦ-23 АО «Мосэнерго». Акустическая эффективность составила 30 дБ (А), что позволило обеспечить уровни звука в соответствии с имеющимися нормами. Выброс влаги снизился почти в 3 раза.
Представленные в диссертации результаты использованы при проектировании первой (головной) в Российской Федерации системы сброса пара после предохранительных клапанов для блока № 7 мощностью 250 МВт ТЭЦ-23 АО «Мосэнерго». Результаты его испытания и работы в течение 3-х лет показали его высокую надежность и эффективность. В настоящее время такая-же система сооружается на других блоках АО «Мосэнерго».
Достоверность основных научных результатов и выводов, полученных в работе, обеспечивается правильностью и корректностью постановки задачи, обоснованием выбора методики исследования процессов, происходящих в паросбросном устройстве. Степень достоверности основных результатов работы и расчетных методик контролировалась путем сопоставления полученных с их помощью результатов с результатами экспериментальных и промышленных исследований.
Личный вклад автора заключается в формировании концепции работы, разработке технических решений и конструкций, разработке методик и проведении расчетов, проведении экспериментальных исследований и обработке результатов.
На защиту выносятся:
Рекомендации по рациональному устройству сепаратора капельной влаги системы сброса пара в атмосферу.
Результаты разработок новых схем систем шумоглушения сброса пара после предохранительных клапанов мощных энергоблоков на сверхкритические параметры пара.
Результаты разработок новых глушителей шума для продувки пароперегревателей барабанных котлов.
Методы расчета и результаты экспериментальных исследований промышленных установок разработанных конструкций систем сброса пара в атмосферу.
Рекомендации по рациональному выбору конструкции глушителя шума при проектировании.
Апробация работы.
Материалы, отдельные разделы и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Второй международной научно-технической конференции «Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики», 3-5 октября 1995 г., МЭИ, г. Москва; международной конференции 20-24 ноября, 1995 г., г. Ашгабат, Туркменистан; международном симпозиуме «Экология жилой среды», 6-7 сентября 1996 г., г.Москва; международном семинаре «Экологические проблемы теплоэнергетики в строительстве», 14 февраля 1997 г., МГСУ, г. Москва; международном форуме 9-12 мая 1999 г., г. Познань, Польша; на научно-методическом семинаре кафедры теплоэнергетические установки МГОУ (2000 г.).
Результаты исследований используются при чтении лекций по курсу «Технические средства защиты окружающей среды» для студентов специальности 10.05 в МГОУ. По материалам диссертации автором получено 4 авторских свидетельства и опубликовано в открытой печати 20 статей.
Диссертационная работа выполнена на кафедре теплоэнергетических установок Московского государственного открытого университета.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Ибрагимову М.Х.-Г. за ценные указания и помощь при выполнении работы.
Автор искренне благодарит коллектив кафедры ТЭУ МГОУ за содействие при выполнении диссертационной работы.
Источники шума при сбросах пара энергетических объектов, характеристики шума и принципиальные подходы к его снижению
Эти особенности определяют следующие требования к сбросным устройствам пара: - низкое гидравлическое сопротивление и отсутствие негативного воздействия на работу системы предохранительных устройств; - высокая надежность работы в течение срока эксплуатации; - высокая акустическая эффективность; - сепарация капельной влаги и твердых частиц, предотвращение их сброса в атмосферу; - незначительные габариты, масса и простота конструкции. До последнего времени как в России, так и за рубежом в основном внимание уделялось первым трем требованием, а вернее требованию высокой акустической эффективности. Глушители шума при сбросах пара по принципу действия можно разделить на абсорбционные и реактивные. В абсорбционных глушителях шума звуковая энергия снижается за счет диссипации звуковой энергии в пористом звукопоглощающем материале, например в базальтовом волокне, минеральной вате и т.п. Абсорбционные глушители эффективны для высоких частот звука, однако их использование при сбросах больших потоков пара с высоким давлением и температурой затруднено из-за разрушения и выдувания звукопоглощающего материала, и воздушной конденсации влаги. Реактивные глушители подразделяют на прямоточные и вихревые. В таких глушителях потенциальная энергия потока пара частично преобразуется в тепловую энергию. Наличие в глушителях такого типа системы расширительных и резонансных камер, соединенных между собой различными каналами, приводит к снижению шума за счет отражения и рассеивания звуковой энергии. При попадании звуковой волны в определенный объем образуется волна в противофазе, амплитуды которой при наложении на основную волну значительно уменьшаются. В последние годы появилось много различных конструкций шумоглушителей в основном реактивного типа. Рассмотрим наиболее интересные, типичные конструкции шумоглушителей, применяемые в настоящее время в котлах ТЭС и производственно-отопительных котельных. При этом нужно отметить, что при разработке различных типов шумоглушителей учитывался и тот факт, что при проведении паровых продувок паропроводов и пароперегревателей котлов после водно-химической очистки в атмосферу вместе с паром выбрасывались механические частицы, реагенты. Одной из простейших и давно используемых установок являются расширители периодической продувки. (Рис. 1.2).
Расширитель представляет собой вертикальный сварной сосуд, состоящий из цилиндрического корпуса 7 с эллиптическими днищами б, 9. Подвод пароводяной смеси производится через тангенциально 2 расположенный патрубок 3. Пар поступает в камеру 4, составленную из двух концентрических обечаек 7, в которую подается вода 8 для создания гидрозатвора в камере. Отвод пара выполнен через патрубок 5, расположенный в верхнем днище, а отвод воды через патрубок 10 в нижнем днище. Расширитель предназначается для разделения пароводяной смеси на пар и воду при продувке котлов. Его рабочее давление составляет 0,15 МПа, температура среды до 200 С. Промышленные испытания для котлов высокого давления позволили определить, что уровень шума при сбросе в него перегретого пара с расходом 80-100 т/ч на расстоянии 50 м от корпуса расширителя снижается на 17 дБ(А) /со113дБ(А)до96дБ(А)/.
Опыт эксплуатации таких установок ярко выявил основные недостатки такого аппарата, если рассматривать его в качестве шумоглушителя: - низкая эффективность глушения шума при выходе пара; - малая производительность по расходу сбрасываемого в него пара; - большой унос загрязнений из корпуса в атмосферу.
Значительное распространение на ТЭС России получил глушитель шума конструкции №2 ЮжВТИ. При работе глушителя пар проходит последовательно через впускной патрубок, дроссельную решетку, предназначенную для снижения давления, выравнивания скоростей истечения и глушения дискретных частот. Эффективность глушения последних определяется площадью проходного сечения перегородок с диафрагмами, которая может меняться путем изменения относительного положения диафрагм и перегородок, устанавливаемых блоком управления. Возможность регулирования сечения перфорации в перегородках в зависимости от уровня шума позволяет повысить эффективность глушения шума в широком диапазоне его работы.
Возможность сброса пара в данной конструкции достигает 100 т/ч. Однако серьезным недостатком является невозможность сепарации из пара загрязнений.
Более интересной представляется конструкция №3 ЮжВТИ (Рис. 1.3). Глушитель состоит из корпуса, образованного усеченными коническими 2, 3, 4, 5 и цилиндрической 16 обечайками, соединенными при помощи электросварки в единое целое. Корпус насажен на выхлопной трубопровод, по которому поступает в шумоглушитель пар. На выходе трубопровод перекрыт рассекателем 7 с дроссельными отверстиями. Решетками 12, 13, 14, 15 внутренний объем корпуса поделен на полости ступенчатого расширения пара. Чтобы решетки не вибрировали, они закреплены ребрами 9, 10, 11 жесткости. На верхней решетке 15 соосно установлены цилиндрические обечайки 16-26, обеспечивающие деление потока пара на ряд параллельных струй. С помощью корпуса 1, крыши 6 и косынок 8 пар направляется из шумоглушителя в атмосферу.
Оценка эффективности различных способов сепарации применительно к условиям работы шумоглушителя энергетической установки
Рассмотренная выше конструкция может быть использована в случае установки рядом двух или более шумоглушителей, как это имеет место быть, например, на ТЭЦ-23 АО «Мосэнерго». При размещении шумоглушителей на значительном удалении друг от друга (например, на ТЭЦ - 8 АО «Мосэнерго») была разработана другая конструкция сепарирующего устройства, включающая центробежный сепаратор, пароприемную решетку и кольцевой сепаратор влаги. На рис. 2.8 приведена схема шумоглушителя с сепарационным устройством, где 1 - центробежный сепаратор; 2 - кольцевой сепаратор; 3 - пароприемная решетка; 4 - система дренажных труб. Пароприемная решетка служит для равномерного распределения потока пара и выравнивания его скорости при отводе из корпуса шумоглушителя. Проходное сечение 2800 отверстий 0 16 мм пароприемной решетки составляет S0TB = 0,56 м . На рис. 2.9 показана ступень центробежной сепарации, а на рис. 2.10 - сепаратор кольцевой.
На промышленных предприятиях и тепловых электростанциях для охлаждения воды часто используют градирни. Высота вытяжной башни крупных градирен достигает 90-150 м, выходной диаметр 45-60 м. Вода в таких устройствах падает с высоты нескольких метров в расположенный внизу бассейн, вызывая значительный шум. Большая величина звукоизлучающей поверхности заставляет отнести градирню к числу устройств с повышенной акустической опасностью.
Уровень звукового давления зависит от размера падающих капель, высоты падения, а также количества падающей воды. Уровень звука градирни с естественной тягой в 10 м от неё может достигать 70-75 дБА, а на расстоянии 500 м составляет 50 дБ А. Градирни устанавливают на открытом воздухе, что требует применения специальных способов и устройств для борьбы с их шумом. В процессе работы через градирню ежечасно в атмосферу сбрасываются тонны пара, в результате чего значительно увлажняется прилегающая к ней территория промышленных предприятий и жилых районов. Капельный унос влаги значительно увеличивает потерю охлаждающей воды в градирне. В нашей стране наибольшее распространение получили башенные противоточные градирни с естественной тягой. На промышленных предприятиях, особенно в районах с жарким климатом часто применяются вентиляторные градирни. Для уменьшения капельного загрязнения среды в вытяжной башне устанавливают сепараторы влаги жалюзииного типа, выполненные либо из наклонных досок, либо из волнистых асбоцементных листов [42, 94]. Иногда на градирнях устанавливают электростатические водоуловители, выполненные из металлической сетки и электродов, на которые подают постоянный ток напряжением 40 - 50 кВ. При работе вентиляторных градирен установка сепараторов капель обязательна из-за высокой скорости воздушного потока (5-7м/с) соответствующего значительного уноса капельной влаги. Возможные схемы установки сепаратора в градирне приводятся на рис. 2.11. Принятая форма и размеры элемента сепаратора представлены на рис. 2.12. Минимальное сечение для прохода паровоздушного потока должно обеспечить выполнение условия поддержания скорости меньше критической величины по условиям отрыва капель от пленки. Описанная в предыдущих параграфах методика позволила произвести оценку длины сепарации для капель диаметром 0,1-0,2 мм. При скорости потока на прямом участке 5,5 м/с и угле поворота на 45, начальная скорость приближения капель к противоположной стенке составит около 3,8 м/с. Расчеты показали, что путь сепарации Lc равен примерно 90 мм при размере капель 0,1 мм около 60 мм при размере 0,2 мм. Для принятой конфигурации канала обеспечивается полное улавливание капель диаметром 0,2 мм и -60% капель диаметром 0,1 мм. Центробежный принцип работает в сравнительно чистом виде на участке поворота потока по дуге радиуса R = 27 мм. В соответствии с выражением (2.38) обеспечивается сепарация капель диаметром более 0,06 мм. Однако это выполняется только при условии ламинарного режима течения потока, который в рассматриваемом случае устанавливается при скорости Wn = 5 м/с в гладких каналах, если зазор между пластинами на уровне 5 мм. Установка ступеней сепарации наряду с улавливанием влаги, позволит в определенной степени снизить распространение шума через верхнюю часть градирни. Основной шум градирни происходит через ее вентиляционные окна. В ФРГ разработано устройство для борьбы с шумом градирен, представляющее собой систему шумопоглощающих кулис, состоящих из стальных коробов с перфорированными боковыми стенками, заполненными минеральной ватой или другими звукопоглощающими материалами [107]. Нами предложены способы снижения шума градирен за счёт смягчения падения воды в водосборный бассейн [6].
Наиболее простым решением является размещение в водосборном бассейне плавающих поплавков. Поплавки могут быть выполнены в форме шара и изготовлены из звукопоглощающего материала или их оболочка может быть заполнена таким материалом. Важно, чтобы вся площадь водосборного бассейна была заполнена такими поплавками, т.к. наличие промежутков между шарами увеличивает шум. На эффективность шумоглушения значительное влияние оказывает высота падения капель, диаметр и материал шаров. Проведённое нами на модели экспериментальное исследование показало, что с помощью этого метода можно добиться уменьшения уровня звука на 6-7 дБА, что позволяет в несколько раз уменьшить поток шумовой энергии [67].
Инженерная методика расчета системы сброса пара после предохранительных клапанов котла
Степень воздействия источников шума ТЭС на селитебную территорию определяется не только продолжительностью работы и шумовыми характеристиками. Существует понятие максимального уровня звука, превышение которого недопустимо вне зависимости от продолжительности их воздействия. В частности, для любых рабочих мест на территории предприятий предельно допустимый уровень звука не должен превышать 110 дБА, а на территориях, непосредственно прилегающих к жилым домам, не должен превышать 70 дБА днем и 60 дБА ночью.
В настоящее время пар после предохранительных клапанов на многих энергетических объектах свободно сбрасывается в атмосферу. При испытании такого сброса пара в атмосферу после предохранительного клапана блока № 7 мощностью 250 МВт ТЭЦ-23 АО «Мосэнерго» уровень звука на расстоянии 15 м от места сброса пара составил 131 дБ А, что превышает максимально допустимый уровень на 21 дБА, а на расстоянии 800 м в зоне жилой застройки уровень звука составил 93 дБ А, что на 33 дБ А превышает максимально-допустимое значение в ночное время [66].
Значительные проблемы возникли при разработке системы шумоглушения предохранительных клапанов для крупных энергетических блоков со сверхкритическими параметрами пара (250 МВт, 300 МВт и более), т.к. в этих блоках через каждый паропровод отвода пара в атмосферу сбрасывается значительное количество пара, габариты шумоглушителя и его вес достигают значительных величин, что делает сложным его установку и монтаж на крыше здания ТЭС. В СССР и в Российской Федерации не были разработаны конструкции глушителей шума для сброса пара после предохранительных клапанов паровых котлов, работающих на сверхкритических параметрах пара. Имеющиеся за рубежом конструкции имеют большие габариты и массу [113, 129], что делало невозможным их применение для уже введенных в эксплуатацию блоков, из-за невозможности размещения на крыше главного корпуса с мягкой кровлей.
Был разработан реактивный вихревой (тангенциальный) глушитель шума. Эффективность работы системы сброса пара (ССП) в значительной степени зависит от выбора его конструктивной схемы. На основании анализа известных конструкций систем шумоглушения, в конструкцию тангенциального шумоглушителя были заложены следующие основные принципы: - рассеивание энергии потока на входе в шумоглушитель за счет дросселирования пара в трубопроводах; - рассеивание энергии потока в закрытом объеме за счет разделения всего потока на две или более частей, закрученных в противоположных направлениях, при соприкосновении которых происходит их взаимное торможение; - последовательное увеличение проходных сечений; - равномерное распределение потока на струи после выхода из закрытого объема путем пропуска через парораспределительную решетку; - максимально возможное снижение скорости пара на выхлопе глушителя; - звукоизоляция первой ступени шумоглушения; - высокая эффективность при малых габаритах и массе. На основании изложенных принципов предложена серия устройств сброса пара в атмосферу (3,4,5,7,9,10). В основу действия всех этих устройств положен принцип вращения в противоположных направлениях двух или более потоков пара за счет тангенциального подвода и лопаточных завихрителей пара при одновременном расширении потока. Наибольшие проблемы имели место при разработке системы шумоглушения предохранительных клапанов для блоков с турбинами Т-250 240 со сверхкритическими параметрами пара. Следует сразу отметить, что разработанная система может быть также применена для блоков мощностью 300, 500 и 800 МВт. Учитывая высокие параметры пара, возможность конденсации влаги, большую скорость истечения, при выборе типа глушителя предпочтение было отдано реактивному вихревому (тангенциальному) глушителю шума. Такие глушители обладают хорошей акустической эффективностью при небольших весогабаритных показателях, долговечностью и прочностью, просты и удобны в монтаже, что особенно важно при установке на действующих блоках с мягкой кровлей. Впервые в Российской Федерации разработанная система сброса пара внедрена на блоке № 7 ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго". До ее внедрения пар из выхлопных паропроводов предохранительных клапанов котла свободно сбрасывался в атмосферу по четырем трубопроводам 0 377x15.
Система шумоглушения, разработанная для котла ТГМП-314 (блок №7) основана на изобретениях [3,4,10] конструкций шумоглушителей и конструкций сбросных коллекторов [5]. Впервые в энергетике разработана система сброса после предохранительных клапанов с объединением выхлопных паропроводов. На рис. 3.1. представлены возможные схемы включения объединительных коллекторов в систему сброса пара. После проведения гидравлических, тепловых и прочностных расчетов для практического внедрения на блоке №7 ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго" был выбран вариант 1-Б с размещением горизонтального объединительного коллектора 0 630x11 длиной 7,2 метра на крыше с установкой на него шумоглушителей. Спроектированы фундамент и опорноподвесная система для крепления и подвески шумоглушителей и коллектора, а также разгрузки крыши от веса системы шумоглушения. Хотя выхлопной трубопровод имеет жесткую связь на сварке с корпусом шумоглушителя, он получает разгрузку от массы корпуса и реакции струи пара в трубопроводе за счет пружинных опор шумоглушителя.
Результаты и анализ промышленных испытаний системы сброса пара с подачей охлаждающей воды в шумоглушитель
Система шумоглушения блока № 7 ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго" является первой (головной) в Российской Федерации, поэтому необходимо было провести испытания не только шумоглушащих свойств, но и надежности работы системы в связи с возникающими тепловыми перемещениями конструкций и реакциями опор от потоков пара, выбрасываемых в атмосферу.
Контроль за перемещением противоположных концов объединительного коллектора производился по реперам. Одновременно выполнялись замеры шума на расстояниях 10, 120 и 800 метров от шумоглушителей. Кроме того, замерялось давление среды в перемычках после предохранительных клапанов, в объединительном коллекторе и перед шумоглушителями.
Тепловой контроль (рис. 3.4) производится для обоснования схемы прогрева "Системы шумоглушения" и проверки работы опорно-подвесной системы.
Для оперативности контроля скорости прогрева выхлопных стояков № 1 -4 после предохранительных клапанов на отм.36 установлены поверхностные термопары: Т-1, Т-2, Т-3, Т-4, сигнал с которых заведен на КСП-4 (№1), а контроль верхней части "Системы шумоглушения" осуществлялся по термопарам Т-5, Т-6, Т-7, Т-8, Т-9, Т-10, Т-11 сигнал от которых заведен на другой прибор КСП-4 (№2). Отсчет одновременного действия приборов термоконтроля производился с помощью общего для двух КСП прерывателя сигнала. Материал термопар: хромель-алюмель. Измерение температуры стояков может осуществляться также с помощью термощупов.
Тепловые перемещения выхлопных стояков №1 и №4 фиксируются с помощью реперов, установленных на этих стояках. Давление среды по тракту "Системы шумоглушения" контролировалось с помощью манометров, установленных в следующих точках (рис. 3.4) после предохранительного клапана № 1 т.Р2 (на расстоянии от него 1 м) со шкалой 6,0 МПа - 1 шт.; после предохранительного клапана № 4 т.Рі (на. расстоянии 1-го метра) со шкалой 6,0 МПа - 1 шт.; - в средней части перемычки прогрева т.Р3 со шкалой 4 МПа - 1 шт.; - в средней части коллектора 0 600 т.Р4 со шкалой 0,5 МПа - 1 шт.; - в днище шумоглушителя № 4 т.Р5 со шкалой 0,1 МПа - 1 шт. Акустический и тепловой контроль производился при двух режимах срабатывания предохранительных клапанов: - подрыв крайнего предохранительного клапана котла в течение 30 с; - подрыв этого и ближайшего к нему предохранительных клапанов в течение 20 сек., что обеспечивало наихудший режим эксплуатации, характеризующийся максимальным перекосом температур. Проведенные испытания системы сброса пара показали, что шум на расстоянии 10 метров от шумоглушителя снизился при первом режиме подрыва одного предохранительного клапана со 131 дБА до 110 дБА, давление пара в коллекторе перед шумоглушителями равнялось 0,05 МПа, разница температур крайних выхлопных стояков в районе перемычки прогрева составила 80С.
При втором режиме подрыва, когда сработали два предохранительных клапана одновременно шум в 10 метрах от шумоглушителя был 118 дБА, давление в коллекторе поднялось до 0,08 МПа, а температура перед шумоглушителями до 290 С, разность температур между четвертым и первым стояками составила 70 С. Результаты замеров приведены в таблице 3.2. Уровень звука на расстоянии 120 м на уровне земли прямо против глушителей не превысил 86 дБА, а на расстоянии 800 м от глушителей по сравнению со сбросом пара по ранее существовавшей схеме уменьшился на 23 дБА. Увеличение уровня звука по сравнению с имеющимся в этой точке шумовым фоном составило около 7 дБА, что, учитывая кратковременность воздействия, практически не влияет на жизнедеятельность.
Измерения проводились прецизионным шумомером датской фирмы "Брюль и Къер" типа 2203 с набором октавных фильтров типа 1613. Замеры в каждой точке на месте проводились поочередно. Клапан открывался на 20-30 секунд по три-четыре раза в каждой точке. Точки на местности выбраны из соображений отсутствия между ними и системой сброса пара каких-либо мешающих распространению шума преград. Уровни звукового давления (дБ) по октавным полосам частот при испытании системы сброса пара блока №7 ТЭЦ-23 АО "Мосэнерго" во время срабатывания клапана №1 приведены в таблице 3.3 и на рис. 3.5. Осмотр системы шумоглушения после испытаний не выявил повреждений или нарушений конструкции.
Полученные данные подтвердили правильность методики расчетов и конструирования подобных систем шумоглушения, что позволяет реконструировать выхлопные трубопроводы с уже установленными шумоглушителями других конструкций путем монтажа объединительного коллектора и его системы прогрева. Уровни звукового давления на тер-ритории ТЭЦ практически соответствуют допустимым величинам, однако допустимые уровни на территории жилой застройки превышены.
Похожие диссертации на Разработка, исследование и анализ технических мероприятий и устройств для снижения вредного воздействия энергетических установок на окружающую среду при сбросах пара в атмосферу
