Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Факторы, влияющие на поведения примесей в котоловой воде и методы определения качества теплоносителя 9
1.1 Типы фосфатных водно-химических режимов 9
1.2. Методы контроля за качеством теплоносителя 18
1.3. Математические модели поведения примесей 19
1.4. Методика расчета схем ступенчатого испарения в барабанных котлах с двухсторонними солевыми отсеками 31
1.5. Постановка задачи исследований 52
Глава 2. Описане методики проведения экспериментов и опытов 53
2.1. Описание экспериментальные установки 53
2.2. Разработка методики измерения электропроводности котловой воды бесконтактным кондуктометром
2.2.1. Описание бесконтактного кондуктометра 59
2.2.2. Возможность определения электропроводности воды бесконтактным способом
2.3. Промышленные испытания кондуктометра ИТ 2201 и рН-метра 220.М 66
2.4. Метод оценки концентрации фосфатов в котловой воде 68
2.5. Контроль за химическими показателями среды 69
2.6. Определение погрешности и статистическая обработка измеряемых и вычисляемых величин 70
Глава 3. Математическая модель поведения примесей, в котловой воде в зависимости от нагрузки 75
3.1. Влияние концентрации фосфатов на рН и удельную электропроводность котловой воды в лабораторных условиях 75
3.2. Составление математической модели поведения фосфатов в барабане котла
3.2.1. Математическая модель поведения фосфатов в барабане котла № 2 ТЭЦ МЭИ 77
3.2.2. Математическая модель поведения фосфатов в барабане котла № 1 ТЭЦ -23 ОАО «Мосэнерго» 81
3.3. Определение функциональной зависимости между концентрацией фосфатов и электропроводностью котловой воды 85
Глава 4. Промышленные исследования поведения фасфатов в зависимости от нагрузки 87
4.1. Промышленные исследования на ТЭЦ МЭИ 87
4. 2. Промышленные исследования на ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго» 101
4.3. Схема дозирования корректирующих реагентов и алгоритм их дозирования для коррекционной обработки котловой воды 111
4.4. Промышленные испытания возможности автоматизации дозирования этаноламина на Балаковской АЭС 113
Выводы 119
Список литературы
- Методика расчета схем ступенчатого испарения в барабанных котлах с двухсторонними солевыми отсеками
- Разработка методики измерения электропроводности котловой воды бесконтактным кондуктометром
- Составление математической модели поведения фосфатов в барабане котла
- Схема дозирования корректирующих реагентов и алгоритм их дозирования для коррекционной обработки котловой воды
Методика расчета схем ступенчатого испарения в барабанных котлах с двухсторонними солевыми отсеками
С практической точки зрения для регулирования дозирования фосфатов наиболее целесообразно использовать зависимость (1.13), описывающую взаимосвязь между концентрацией РО\ удельной электропроводностью в котловой воде чистого отсека. Это тем более целесообразно, что дозирование Na3P04 производится в чистый отсек.
На данном этапе работы не представляется возможным установить функциональную зависимость между концентрацией фосфатов и удельной электропроводностью при изменении нагрузки: выше было показано, что при снижении нагрузки от 414 до 304 т/час практически не наблюдалось изменения основных контролируемых показателей. Для установления взаимосвязи между концентрацией фосфатов и удельной электропроводностью при изменении нагрузки необходимо иметь данные начиная с момента пуска котла до выхода его на режимные параметры. 1.4. Методика расчета схем ступенчатого испарения в барабанных котлах с двухсторонними солевыми отсеками
Большинство котлов высокого и среднего давления выполняются с применением схем ступенчатого испарения и имеют два солевых отсека на торцах: правый и левый. Они могут быть расположены как внутри барабана, так и в виде выносных циклонов с циркуляционными контурами.
При эксплуатации ТЭС и котельных часто появляются так называемые перекосы — значительные различия по концентрациям солей в правом и левом солевых отсеках,— которые могут приводить к снижению надежности работы испарительных поверхностей нагрева, увеличению непрерывной продувки, повышению расхода фосфатов, ухудшению качества пара котла и т.д.
Возникновение солевых перекосов обусловлено следующими основными причинами: неравномерностью обогрева экранных поверхностей солевых отсеков из-за неудовлетворительной работы горелочных устройств; плохим перемешиванием солей по длине барабана из-за отсутствия разделения входа воды в опускные трубы и ввода среды в барабан [9]; неравномерностью раздачи фосфатов по длине барабана вследствие сбоев в работе коллектора фосфатирования; перебросами (перетоками) среды, например, из одного солевого отсека в чистый. В [10] приведены примеры работы котлов со значительными солевыми перекосами, выявлены причины их возникновения и предложены способы устранения. Далее анализируется влияние перебросов воды на работу схемы ступенчатого испарения в котле. На котле ТП-170 одной из ТЭЦ в течение нескольких лет наблюдался значительный солевой перекос во внутрибарабанных отсеках. При различных режимных условиях концентрация солей в левом СО превышала таковую в правом в 6—16 раз, а в правом СО и чистом отсеках была практически одинакова (см. таблицу 1.1). Кратность упаривания рассчитывалась по формуле = / , где и — концентрации солей в котловой воде солевых и чистого отсеков; индекс «i» обозначает либо правый, либо левый СО. В левом солевом отсеке кратность упаривания составляла 8...20, в правом — 0,9... 1,65. Изменение непрерывной продувки правого СО практически не влияло на концентрацию в нем солей. На основании анализа эксплуатационных данных был сделан вывод о том, что в котле происходит значительный переброс (переток) воды из правого солевого отсека в чистый. Для выяснения причин этого явления путем осмотра, ревизии и опрессовки водой циркуляционных контуров (по специальной методике) проверялись все элементы внутрикотловой схемы. В результате было установлено, что одна из шести опускных труб правого солевого отсека забирает из него воду, а подает ее в третью панель правого бокового экрана чистого отсека (3ПБЭпр). Одна из двух опускных труб 3ПБЭпрзабирает воду из чистого отсека, а подает ее вовторую панель правого бокового экрана (2ПБЭпр), т.е. в правый солевой отсек. На рис. 1 приведена гидравлическая схема котла, у которого «перепутаны» опускные трубы чистого и солевого отсеков (пунктиром показано правильное включение опускных труб циркуляционных контуров).
В работах [11 — 15] приведена методика расчета схем ступенчатого испарения при перебросе котловой воды из солевого отсека в чистый при наличии одного СО. Эта методика применима и для двухсторонних симметричных солевых отсеков равной производительности ипри одинаковом перебросе (перетоке) воды из них.
Разработка методики измерения электропроводности котловой воды бесконтактным кондуктометром
Основным преимуществом бесконтактных методов измерения электрической проводимости является возможность стабильной работы кондуктометров в условиях, когда электропроводность теплоносителя достаточно большая и существует вероятность образования отложений в измерительной ячейке. Это особенно актуально при химическом контроле водного теплоносителя, в который дозируются корректирующие реагенты для поддержания водно – химического режима, в частности при фосфатировании котловой воды барабанных котлов.
Бесконтактные кондуктометры, выпускаемые в настоящее время, используют трансформаторный метод измерения проводимости на переменном токе низкой частоты. Они рассчитаны на анализ сред с достаточно высокой удельной проводимостью – более 1000 мкСм/см [70].
Теплоноситель ТЭС, АЭС, промышленных котельных имеет удельную электрическую проводимость в основном в пределах 0,1–250 мкСм/см. Поэтому для измерения электропроводности был выбран кондуктометр, который способен работать в указанном диапазоне, и метод его работы основан на измерении добротности колебательного контура.
Принципиальная схема параллельного колебательного контура представлена на рис. 2.5, форма резонансных кривых для различных величин добротности – на рис. 2.6. Рис. 2.5. Принципиальная схема параллельного колебательного контура.
Добротность радиотехнического колебательного контура обратно пропорциональна активным потерям в нем. Конструкция измерительной ячейки предусматривает прохождение силовых линий электромагнитного поля колебательного контура через анализируемую среду, поэтому потери в контуре зависят от ее электрической проводимости [71,72]. На рисунке 2.7 представлена функциональная схема измерителя добротности. Рис. 2.7. Функциональная схема измерителя добротности.
Функциональная схема измерения добротности основана на сканировании контура высокостабильным перестраиваемым генератором. Добротность при этом вычислялась как отношение резонансной частоты к ширине резонансной кривой по уровню 0,707 от максимума. Чтобы генератор не шунтировал контур, применена слабая связь, которая дала возможность проявиться собственным свойствам колебательной системы.
Такой способ измерения добротности имеет преимущества перед автогенераторным способом, в котором измерения добротности основаны на измерении амплитуды сигнала автогенератора. При этом существенно повышаются требования к шумам питающих напряжений, т.к. доля шумов в выходном сигнале увеличивается пропорционально величине добротности колебательного контура. Недостатком же выбранного метода является необходимость обеспечения высокой точности измерения добротности. В проведенных опытах при изменении удельной электрической проводимости от 1 до 3 мкСм/см добротность изменялась от 256 до 250 единиц. Таким образом, для обеспечения точности измерения 0,1 мкСм/см необходимо измерять добротность с точностью 0,3 ед. Это обстоятельство обосновало использование синтезатора с кварцевой стабилизацией частоты, управляющего микроконтроллера и математических методов фильтрации сигналов и аппроксимации резонансных кривых.
Сканирование контура высокостабильным гармоническим сигналом в условиях малой связи позволило обеспечить отсутствие зависимости измеренного значения удельной электрической проводимости от расхода измеряемой среды. Конструкция ячейки схематично представлена на рисунке 2.8. Материал ячейки – кварцевоестекло, подводящих трубок – поливинилхлорид.
Составление математической модели поведения фосфатов в барабане котла
Первым этапом исследования влияния фосфатов на рН и удельную электропроводность проводились в лабораторных условиях. Лабораторные исследования проводились на глубоко обессоленной воде с УЭП 0,08. Схема установки по подготовке глубоко обессоленной воды представлена в рис. 3.1.
При проведении экспериментов в глубоко обессоленную воду перед экспериментальной установкой рисунок 3.1. дозировался Na3PO4. Концентрация тринатрий фосфата изменялась в диапазоне от 0 до 15 мг/дм3. Далее роаствор подавался на измерительную ячейку кондуктометра.
Результаты приведены на графике зависимости электропроводности от концентрации фосфатов в обессоленной воде (см. Рис.3.1). Из полученного графика видно что в диапазоне концентраций от 0 до 15 мг/ дм3. Удельная электропроводность зависит линейно. Рис. 3.1. График зависимости электропроводности от концентрации фосфатов в обессоленной воде. 3.2. Составление математической модели поведения фосфатов в барабане котла.
Для составления математической модели поведения фосфатов в барабане котла рассмотрим схему циркуляции воды и пара на котле № 2 ТЭЦ МЭИ. 1 – Фронтовой экран; 2 – Задний экран; 3,4 – Задние панели боковых экранов; 5,6 – Передние панели боковых экранов; 7 – Чистый отсек; 8 –Соленый отсек левая сторона; 9 - Соленый отсек правая сторона; 10 - линия подачи фосфатов в барабан котла; DПЛ ЕВ ,DПП Р,Df2Е В,DПП 2 Р,DПП РР.DПЛ РЕ В ,D- Расходы пара из чистого отсека (левая и правая сторона), расходы пара из соленых отсеков (левая и правая стороны), расход продувки по сторонам барабана (правая и левая стороны), общий расход пара из котла соответственно.
Для установившегося режима работы котла, справедливы следующие балансовые уравнения для правой и левой части. Поскольку питательная вода поступала по общему трубопроводу в чистый отсек, чистый отсек условно делился на правую и левую части и общий поток питательной воды также делился на две равные части и принимался равным для правой и левой стороны чистого отсека барабана котла.
Для левой части уравнение материального баланса концентраций фосфатов в котловой воде чистого и соленого отсеков запишется в следующем виде: СЛЧ О-( D ПVD П Р) = D ПЛ 2 С ПVD ПЛ Р С ПЛ Р (3.2), где DЛП В, DПЛ, DПЛ2, DЛП Р - расходы питательной воды, пара с первой ступени испарения, второй ступени испарения и продувки по левой части барабана соответственно; СПЛ1 , СЧЛО , СПЛ Р, СПЛ2 - концентрации фосфатов в паре чистого отсека, котловой воде чистого отсека, в продувке соленого отсека и паре Л ПВ соленого отсека по левой стороне барабана соответственно. С Концентрация фосфатов если бы они вводились в питательную воду. Следует отметить, что концентрация фосфатов в продувочной воде левой стороны равна концентрации фосфатов в котловой воде второго (соленого) отсека. СлПР=Слсо (3.3)
Выразив из равенств 3.1 и 3.2 концентрации фосфатов в котловой воде чистого и соленого отсеков, с учетом равенства (3.3), получаем следующие выражения для концентраций фосфатов в котловых водах каждого из отсеков;
Поскольку режимы работы котла принимались стационарными, для каждого из режимов справедливы следующие балансовые уравнения для правой и левой части. При этом учитываем, что питательная вода подается с одинаковым расходом, т.е. расход питательной воды одинаков для каждой стороны барабана и равен половине общего расхода питательной воды. где DПЛ В, DПЛ 1, DЛ2, DПЛ Р - расходы питательной воды, пара в первой, второй, третьей ступенях испарения и продувки по левой части барабана соответственно; СПЛ 1, СЛ2, СЛ3, СЛО, СЛ, С3, СЛП Р - концентрации фосфатов в паре первого, второго, третьего отсеков, котловой воде первого, второго, третьего отсеков, в продувке по левой стороне барабана соответственно; СЛП В - концентрация фосфатов, если бы они вводились в питательную воду. Следует отметить, что концентрация фосфатов в продувочной воде левой стороны равна концентрации фосфатов в котловой воде третьего (соленого) отсека. слПР=слт (3.11) Выразив из равенств (3.8), (3.9) и (3.10) концентрации фосфатов в котловой воде чистого и соленого отсеков, с учетом равенства (3.11) и того, что в паре фосфатов нет, получаем следующие выражения для концентраций фосфатов в котловых водах каждого из отсеков;
Схема дозирования корректирующих реагентов и алгоритм их дозирования для коррекционной обработки котловой воды
Во время опытов проводился отбор проб котловой воды из чистых и соленых отсеков, в которых определялись следующие показатели: концентрация фосфатов, измерялись значения рН и удельная электропроводность. Концентрация фосфатов определялась фотоколориметрическим методом с индикатором хлористое олово [77]; чувствительность метода 0,01 мг/дм3. Для измерения рН использовался рН-метр pH-220.8МИ; точность измерения составляет 0,01 ед. рН. Удельная электропроводность измерялась с помощью кондуктометра ИТ-2201; точность измерения равна 0,5 мкСм/см[72].
Анализ данных таблицы (4.5) показывает, что рН и удельная электропроводность питательной воды в опытах № 1-5 отличались. В насыщенном паре концентрации фосфатов находились ниже предела чувствительности методики их определения. При проведении испытаний отключался в 1200 ч. и включался в 1445 ч. насос подачи фосфатов в барабан котла, т.е. отбор проб, производился как при снижающейся концентрации фосфатов, так и при их повышении. Испытания проводились на барабанном котле ТГМ-96 (ст. №1).
Приведенные данные показывают, что наблюдается вполне
определенная зависимость между концентрацией фосфатов, рН и удельной электропроводностью: с повышением содержания фосфатов в котловой воде удельная электропроводность и рН возрастали. Это относится к котловой воде как для чистых отсеков правой и левой стороны, так и соленого левого отсека.
Сравнение качества котловой воды чистых отсеков показывает, что содержание фосфатов в воде левого соленого отсека значительно (в 5 – 20 раза) выше, чем в котловой воде чистых отсеков правой и левой сторон, что свидетельствует о неравномерном распределении фосфатов по отсекам. Отношение концентраций фосфатов в котловой воде соленых отсеков к концентрации каждого из чистых отсеков правой и левой сторон была практически одинаковой.
При проведении испытаний на котле ТГМ-96 ст.№1 было установлено, что коэффициент К при изменении нагрузки практически не изменялся и в среднем был равен 10.
Во время проведения испытаний отбирались пробы котловой воды из чистых отсеков правой и левой стороны барабана котла, котловой воды соленых отсеков третьих ступеней испарения правой и левой стороны барабана котла, насыщенного пара правой и левой части барабана котла, в которых определялись концентрации фосфатов. Также записывались значения расхода питательной воды и постоянной продувки для левой и правой части барабана котла. Полученные данные представлены в таблице (4.6).
Сравнивая значения общей кратности упаривания для левой и правой части барабана при двух режимах работы котла, видно, что они совпадают, что в свою очередь показывает правильность метода расчета. С другой стороны увеличение нагрузки приводит к увеличению кратности упаривания фосфатов в котле, которое приводит к изменению концентраций фосфатов, как в котловой воде чистых отсеков, так и в котловой воде соленых отсеков. В таблице (4.7) представлены зависимости кратности упаривания фосфатов в чистых и соленых отсеках левой и правой сторон барабана котла от нагрузки.
Для первого режима, когда были сняты тепло и химико-физические параметры был отключен насос дозирования фосфатов. После отключения насоса дозатора при постоянной нагрузке котла (постоянные расходы питательной воды и постоянной продувки), измерялись значения концентраций фосфатов, электропроводность и рН в отсеках по сторонам барабана. Полученные данные представлены в таблице (4.8).
Изменение количества фосфатов в чистых отсеках в общем виде можно записать как разницу между приходом фосфатов в объем чистого отсека при дозировании фосфатным насосом и уходом фосфатов в другие отсеки. После отключения насоса дозатора фосфатов их приход в объем равно нулю и следовательно количество фосфатов находящихся в объеме чистого отсека будет определяться их убылью. Тогда убыль фосфатов в чистом отсеке по левой стороне можно записать в следующем виде: dg = -(DП2 + DП3 +DПРЛ) СЧОЛ dt (4.7), где dg - убыль количества фосфатов из объема чистого отсека левой стороны, DП2, DП3, ОПРЛ - паропроизводительность второго, третьего отсеков и расход постоянной продувки, СЧОЛ - концентрация фосфатов в чистом отсеке левой стороны, dt - изменение времени.
Учитывая, что количество фосфатов находящихся в объеме чистого отсека по левой стороне - это произведение концентрации фосфатов в чистом отсеке и водяного объема чистого отсека. Подставив выражение количества фосфатов находящихся в водяном объеме для чистого отсека левой стороны в (8) и решив дифференциальное уравнение, получим зависимость изменения концентрации фосфатов в чистом отсеке левой стороны. -(D2+D3+D ПР )t СЛО=133е V1 , (4.8) где D2, D3, DПР - паропроизводительности второго, третьего отсеков левой стороны и расход постоянной продувки левой стороны барабана, VI– водяной объем чистого отсека левой стороны, t - время, 1.33 - начальная концентрация фосфатов в момент отключения насоса дозатора фосфатов.