Разработка механогидравлических систем золошлакоудаления ТЭС с открытыми винтовыми конвейерами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Лившиц, Семен Александрович

• Лившиц, Семен Александрович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лившиц, Семен Александрович

Введение.

Глава 1. Анализ состояния вопроса

1.1 Классификация и краткое описание систем золошлакоудаления.

1.2 Гидравлические системы золошлакоудаления.

1.3 Математическое моделирование процессов движения потока дисперсного материала в винтовом канале.

1.4 Выводы.

Глава 2. Математическая модель движения потока дисперсной среды в винтовом конвейере с и-образным кожухом

2.1. Основные допущения, система координат и реологическая модель среды.

2.2. Постановка задачи для винтового конвейера с Ц-образным кожухом.

Глава 3. Алгоритм, методика и результаты численного исследования задачи о движении дисперсного материала в и-образном винтовом конвейере

3.1 Алгоритм и методика решения задачи.

3.2 Результаты численных исследований.

Глава 4. Разработка механогидравлических систем золошлакоудаления с открытыми и-образными винтовыми конвейерами

4.1. Существующая схема гидравлического золошлакоуд аления.

4.2. Предлагаемая схема механогидравлического золошлакоудаления с открытыми и-образными винтовыми конвейерами.

4.3. Сравнение технико-экономических показателей существующей и предлагаемой схемы механогидравлического золошлакоудаления на примере Казанской ТЭЦ-2).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка механогидравлических систем золошлакоудаления ТЭС с открытыми винтовыми конвейерами»

Актуальность темы.

Традиционные источники энергии, по прогнозам специалистов, будут еще достаточно долгое время играть важную роль в топливно-энергетическом балансе нашей страны. Если говорить о ТЭС, то предполагается, что они в основном будут работать на твердом топливе.

В энергетике, как и в любой отрасли промышленности, сегодня важен экологический аспект. Тепловые электрические станции, работающие на твёрдом топливе, зачастую используют низкосортное многозольное топливо, при сжигании которого образуется большое количество золошлаковых отходов. В настоящее время в большинстве случаев их удаление производится с помощью гидравлических схем.

Места складирования золошлаковых материалов выбираются, как правило, вблизи тепловых электрических станций, для этой цели обычно используются бросовые, неудобные для сельского хозяйства земли. Если для районных электрических станций, расположенных сравнительно далеко от населенных пунктов, вопрос о местоположении золоотвалов решается относительно просто, то для электрических станций, построенных в черте больших городов или в непосредственной близости от них, вопрос нахождения места под складирование шлаковых материалов встает достаточно остро. В этом случае, вследствие ограниченности площадей золоотвалов и значительной их приближенности к жилым микрорайонам, встает вопрос о реконструкция.

Другая важнейшая проблема, возникающая при использовании гидравлического способа золошлакоудаления - большое количество золошлаковых отходов (ЗШО), скопившихся на золоотвалах, так как при гидравлическом удалении золошлаковый материал теряет свои ценные качества, позволяющие использовать его в народном хозяйстве, в первую очередь - в строительстве. Поэтому использование ЗШО по-прежнему невелико и не превышает в настоящее время 4% от общего выхода. В силу недостаточного использования продолжается накопление ЗШО на золошлакоотвалах, а площадь земель, отведенная под них, неуклонно растет.

К способам золошлакоудаления, которые могут быть использованы при реконструкции систем гидрозолоудаления (ГЗУ) существующих станций и проектировании новых, необходимо предъявлять следующие требования: безопасность работы и обеспечение нормальных санитарно -гигиенических условий труда для персонала; сокращение негативного воздействия на окружающую среду; минимизация расходов на систему золошлакоудаления; возможность дальнейшего использования шлаков и золы; уменьшение площадей золоотвалов.

В настоящей работе вместо традиционного гидравлического способа ГЗУ предлагается применение на тепловых электрических станциях механогидравлического способа золошлакоудаления на базе открытых винтовых конвейеров, устанавливаемых в уже имеющиеся и-образные каналы, что более полно будет удовлетворять вышеуказанным требованиям.

Работа выполняется в соответствии с тематическим планом Научно -технической программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (шифр работы 01.01.053).

Делью данной работы является следующее:

1) разработка внутрицеховой системы механогидравлического золошлакоудаления с винтовыми и-образными открытыми конвейерами;

2) разработка и исследование математической модели движения дисперсного золошлакового материала в открытом винтовом конвейере с и-образным кожухом в условиях пристенного скольжения;

3) апробация и оценка адекватности математической модели и метода ее реализации.

4) разработка рекомендаций по повышению эффективности работы существующих гидравлических систем золошлакоудаления ТЭС.

Научная новизна состоит в разработке внутрицеховой системы механогидравлического золошлакоудаления с винтовыми конвейерами, устанавливаемыми в Ц-образные каналы ГЗУ существующих электростанций; в разработке математической модели движения потока дисперсной среды с учетом пристенного скольжения в винтовом конвейере с Ц-образным кожухом.

На основе полученной математической модели разработаны алгоритм и методика расчета открытых винтовых конвейеров систем ГЗУ, выполнен комплекс численных исследований и проведен анализ эффективности предлагаемой системы золошлакоудаления.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. предложенная математическая модель движения дисперсного золошлакового материала в винтовом конвейере с и-образным кожухом и созданные на ее основе программа и методика расчета позволяют находить режимы работы и разрабатывать рекомендации по реконструкции существующих гидравлических систем золошлакоудаления ТЭС;

2. методика расчета использована при разработке технического задания на реконструкцию гидравлической системы золошлакоудаления Казанской ТЭЦ-2;

3. предложенные рекомендации по модернизации систем золошлакоудаления позволяют уменьшить долю затрат электроэнергии и водных ресурсов на собственные нужды станций и снизить негативное воздействие систем золошлакоудаления на окружающую среду;

4. полученные результаты могут быть использованны в учебном процессе при чтении лекций, проведении лабораторных работ по курсам "Тепловые электрические станции" и "Вспомогательное оборудование ТЭС", при дипломном и курсовом проектировании.

Автор защищает математическую модель и методику численного исследования движения сплошного потока сыпучего материала в винтовых каналах с Ц-образным кожухом с учетом пристенного скольжения; результаты теоретического исследования режимов работы винтовых конвейеров при транспортировании золошлаковых материалов и выработанные на их основе рекомендации по повышению эффективности работы гидравлических систем золошлакоудаления; технологическую схему внутрицехового механогидравлического золошлакоудаления ТЭС на базе открытых винтовых конвейеров с и-образным кожухом.

Личное участие. Все основные результаты работы получены лично автором под научным руководством член-корреспондента РАН Ю.Г. Назмеева.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на следующих конференциях:

1) IV научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов Республики Татарстан, Казань, 2001;

2) Российский национальный симпозиум по энергетике, Казань, 2001 г.;

3) Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов Казань, 2002;

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем работы. Диссертация изложена на 105 страницах и состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, списка литературы из 103 наименований. Иллюстрационный материал содержит 43 рисунка и 11 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Лившиц, Семен Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Системы гидравлического золошлакоудаления тепловых электрических станций и котельных, имеющие наиболее широкое применение в настоящее время, не удовлетворяют современным требованиям ресурсосбережения и охраны окружающей среды, что вызывает необходимость их замены или реконструкции в том числе и при помощи механогидравлических систем совместного золошлакоудаления.

2. Разработана математическая модель движения потока дисперсной среды в винтовом конвейере с и-образным кожухом.

Адекватность математической модели реальным процессам подтверждена сравнением результатов численных исследований с результатами приведенными в литературных источниках, и с результатами инженерных расчетов.

3. Разработанный алгоритм и метод решения позволяют провести анализ распределения полей вектора скорости в условиях скольжения шлакового материала на границах канала и получить зависимость мощности конвейера от его производительности.

4. Разработанная математическая модель и методика расчета механогидравлических схем совместного золошлакоудаления на базе открытых винтовых конвейеров с и-образными кожухами дает возможность проектирования систем удаления золы и шлака с минимальными издержками по воде и электроэнергии без больших капиталовложений на модернизацию системы. Эффект достигается за счет увеличения концентрации и уменьшения общего расхода золошлаковой пульпы путем установки открытых винтовых конвейеров в уже имеющиеся каналы для транспортирования шлакового материала от шлаковых ванн до багерной насосной.

5. Разработана механогидравлическая схема золошлакоудаления на базе винтовых конвейеров с и-образным кожухом применительно к Казанской ТЭЦ-2.

6. Проведенный технико-экономический анализ разработанных схем выявил, что экономический эффект от их внедрения на Казанской ТЭЦ-2 составит:

1) от экономии электроэнергии - 580 тыс. руб./год;

2) от экономии добавочной технической воды — 55 тыс. руб./год;

3) срок окупаемости в течении двух лет.

7. Кроме экономического эффекта, внедрение гидравлической схемы совместного золошлакоудаления на базе винтовых конвейеров позволит улучшить санитарные условия внутри котельного цеха для обслуживающего персонала; существенно снизит негативное воздействие на окружающую среду вследствие уменьшения загрязнения водного бассейна на прилегающих территориях; значительно уменьшит вероятность происхождения катастроф техногенного характера.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лившиц, Семен Александрович, 2003 год

1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергия, 1976.

2. Сазанов Б.В. Тепловые электрические станции. М.:Энергия. 1974. 224с.

3. Хзмалян Д.М., Каган Я. А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия. 1976. 448с.

4. Соловьев Ю.П., Михельсон А.И. Вспомогательное оборудование ТЭЦ, центральных котельных и его автоматизация. М.: Энергия. 1972. 256с.

5. Рихтер Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. М.: Энергоатомиздат. 1987. 216с.

6. Рекомендации по выбору системы удаления шлака и золы в котельных установках. ГПИ Сантехпроект Главпромстройпроекта Госстроя СССР. 1974. 60с.

7. Успенский В.А. Пневматический транспорт. Свердловск: Металлургоиздат. 1959. 232с.

8. Путилов В.Я., Фролов П.В., Павлов О.Н., Шилкин А.Н. Оптимизация работы системы напорного пневмозолоудаления Прибалтийской ГРЭС без реконструкции пневмозолопроводов // Электрические станции. 1991. №1. с.42-45.

9. Кузнецов П.М. Удаление шлака и золы на электростанциях. М.: Энергия, 1970.

10. Печенкин М.В., Пантелеев В.Г. Перспективы повышения эффективности систем золошлакоудаления // Электрические станции. 1988. №9. с.24 -27.

11. Гусар Н.Г., Губицкий Е.И. Некоторые практические предложения по организации бессточных систем гидрозолоудаления. //Электрические станции. 1991. №2. С. 19-22.

12. Чеканов Г.С. Бессточные системы удаления золошлаковых отходов ТЭС //Теплоэнергетика. 1983. №9. С.22-26.

13. Залогин Н.Г., Чеканов Г.С. Особенности проектирования замкнутых систем гидрозолоудаления // Теплоэнергетика. 1971. №2. С.51-56.

14. Кожевников H.H., Зайцев Н.И. Повышение эффективности систем внешнего золоудаления ТЭС // Электрические станции. 1996. №10. С.26-33.

15. Чеканов Г.С. Математическая модель формирования химсостава воды в оборотных системах гидрозолоудаления // Теплоэнергетика. 1987. №1. С.62-63.

16. Мелентьев В.А., Нагли Е.З. Гидрозолоудаление и золоотвалы. JL: Энергия, 1968.

17. Виленский Т.В. Расчет систем золоулавливания и шлакозолоудаления. М.-Л.: Энергия. 1964. 200 с.

18. Эксплуатация систем гидрозолоудаления на электростанциях. М.: Бюро технической информации. 1968. 104 с.

19. Указания по расчету внутристанционного безнапорного гидравлического транспорта золошлакового материала. JL: Энергия, 1971. 32 с.

20. Гаврилов Е.И. Аналитическая методика расчета безнапорного гидротранспорта золошлакового материала // Теплоэнергетика. 1981. №2. 73-75.

21. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М: Машиностроение. 1972. 510 с.22