Разработка математической модели градирни

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования 

«Комсомольский – на - Амуре государственный

технический университет» 

 

   Факультет  

   Кафедра   

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ

 

о прохождении  преддипломной практики

 

 

 

 

Студент группы

Преподаватель                                                                                 

                                                                                                       

 

 

 

 

2012

 

 

Содержание

 

1. Обоснование выбора темы

1.2 Описание эксплуатационных проблем

1.2.1 Технические характеристики  градирни 

1.2.2 Описание конструкции градирни, принцип работы, особенности эксплуатации

1.3 Обзор путей решения проблемы

2. Методика проведения эксперимента

2.1 Разработка математической модели градирни

2.2 Упрощения, введенные при разработке математической модели

2.3 Стационарная математическая модель градирни

2.3.1 Составление системы балансовых уравнений

2.3.2 Оценка полученных результатов и основные выводы

2.4  Выбор программных пакетов для решения задачи

2.4.1 Метод конечных элементов

2.4.2 Анализ существующих программных пакетов

2.4.3 Обоснование выбора программного пакета

2.5 Исследование процессов теплообмена в градирне

                 2.5.1 Этапы построения трехмерной модели башенной градирни

                 2.5.2  Проверка адекватности модели и оценка погрешности расчета

                 2.5.3  Построение конечно-элементных моделей градирни

                 2.5.4  Проведение численного эксперимента в пакете STAR ССМ+

                 2.5.5  Результаты исследований и основные выводы

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

1. Обоснование выбора  темы

Производство электроэнергии в России базируется на использовании  классических ТЭС и ТЭЦ, работающих на органическом топливе. Несмотря на то, что в последние годы в России все шире вводятся ГТУ и ПГУ  классические ТЭС доминируют, и еще  долгие годы будут доминировать в  теплоэнергетике России. Тем более  это относится к ТЭС, работающим на органическом топливе, массовое использование  для которых парогазовых технологий пока дело отдаленного будущего. Поэтому  именно вопросы реновации ТЭЦ  и ТЭС являются для России первоочередными.

КПД паротурбинных установок  в среднем по России не превышает  36,6%, в развитых странах Европы этот показатель 39 ÷ 41,5. Это связано как  с несовершенством оборудования, так и с необходимостью совершенствования  термодинамического цикла установки.

Низкое значение КПД ПТУ  и обусловливает эффективность  его первоочередного повышения. Конечно, и уменьшение расхода электроэнергии на привод питательных, циркуляционных и конденсатных насосов, на систему  маслоснабжения, охлаждения генераторов, и повышение КПД котла играет

большую роль в экономии топлива, однако эффект от этого меньше, чем от повышения КПД ПТУ.

Одним из основных потенциальных  методов повышения экономичности  ПТУ является совершенствование  термодинамического цикла, главным  образом, путем повышения параметров пара, поступающего из котла и (или) снижения давления пара, отработавшего  в турбине.

На Комсомольской ТЭЦ-3 ежегодно в летние месяцы работы возникает  проблема недоохлаждения циркуляционной воды в градирнях станции. Это  связано со значительным износом  градирен ТЭЦ-3 и высокими температурами  окружающего воздуха в теплые периоды эксплуатации станции. В  результате недоохлаждения воды, поступающей  в конденсаторы паровых турбин, ухудшается вакуум в конденсаторах и недовырабатывается электрическая мощность.

Для дальнего Востока, где  температура окружающего воздуха  в летний период в среднем не опускается ниже 25 градусов проблема недоохлаждения циркуляционной воды и, соответственно, низкого вакуума в конденсаторе, является одной из наиболее важных. Расчеты показали что в результате недоохлаждения в градирне циркуляционной воды на 5^оС кпд станции снижается на 1,26%.

Целью данной диссертационной  работы является разработка мер, позволяющих  уменьшить температуру охлаждающей  воды, идущей на конденсатор. Это позволит увеличить теплоперепад и, соответственно, вырабатываемую электрическую мощность для Комсомольской ТЭЦ-3.

Проведенный анализ позволяет  утверждать, что понижение вакуума  в конденсаторе является действенным  методом для повышения экономичности  электрических станций, как действующих, так и строящихся, но в настоящее  время это направление еще  не получило широкое распространение  и требует дальнейшего рассмотрения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.1 Технические характеристики  градирни 

Вытяжные башни градирен состоят из стального каркаса  и обшивки из алюминиевых гофрированных  листов. На плане башня представляет форму правильного 16-тигранника, а по высоте разбита на семь ярусов. Нижняя часть башни (первый ярус) вертикальная. Начиная со второго яруса, башня имеет форму усеченной пирамиды.

Водораспределительное устройство напорное, выполнено из стальных магистральных  и рабочих труб с разбрызгивающими пластмассовыми соплами (количество 2450 шт.) с чашечными отражателями. Магистральные  трубы расположены в радиальном направлении. Количество магистральных  труб равно количеству секторов оросителя (n=16). Рабочие трубы расположены  в тангенциальном направлении.

Водораспределительный стояк  разделен перегородкой на две части, к каждой из которых подведен напорный водовод нагретой циркуляционной воды. Это даст возможность при отключении одной из частей стояка уменьшить  расход и плотность орошения в  два раза.

Ороситель блочного типа с  набором из асбестоцементных плит, скрепленных шпильками. Места, не заполненные  блоками, по месту закрываются асбестоцементными  листами.

Водоулавливающее устройство блочного жалюзийного типа из антисептированной древесины.

Водосборный бассейн имеет  в плане форму правильного 16-тигранника. Бассейн оборудован выпусками охлаждённой воды, канализационным трубопроводом и переливной трубой, для предохранения бассейна от переполнения. Водоотводное устройство бассейна оборудовано сетками.

 

 

 

 

 

 

Техническая характеристика градирен:

• производительность градирен по воде составляет 16500-20000 м3/ч при температурном перепаде 8-10°С;
• расчетный расход воды составляет 18600 м³/ч;
• высота подачи расчетного расхода воды от уровня нормального горизонта воды в бассейне, с учетом потерь напора в подводящих трубопроводах, трубах водораспределения и соплах составляет 9,5 м;
• напор в разбрызгивающих соплах при расчетном расходе воды равен Н=1,4 м;
• рабочий уровень в бассейне 1,75 м;
• нормальный горизонт воды в бассейне совпадает с уровнем планиров¬ки вокруг градирни и расположен ниже борта;
• высота воздухоподводящих окон над бортом бассейна 4,5 м;
• высота башни 72 м;
• диаметр вписанной в основание башни окружности 58,3 м;
• рабочий объем чаши градирни при уровне 1,75 м равен 2670 м³.

 

1.2.2 Описание конструкции градирни, принцип работы, особенности эксплуатации

На Комсомольской ТЭЦ-3 применяется градирня с естественной тягой. В оросительное устройство градирни под давлением циркуляционных насосов поступает подогретая в конденсаторах турбин охлаждающая вода. Градирня имеет систему водораспределения, где в качестве разбрызгивателей использованы отражательные пластмассовые сопла с выходными отверстиями 40 мм.

Вода под давлением  разбрызгивается над оросителем в виде дождя и стекает на его  асбестоцементные листы. Водяная пленка, стекающая по стенкам оросителя (отдельные блоки, состоящие из листов и установленные на каркасе из сборного железобетона в два яруса  по высоте), охлаждается вследствие испарения и соприкосновения  с воздухом, входящим в оросительное устройство через окна. Нагретый и  насыщенный водяными парами воздух отводится  вверх под воздействием естественной тяги через вытяжную башню.

Вытяжная башня выполнена  в виде многоугольника с металлическим  наружным каркасом обшитым гофрированными листами из алюминиевых листов. Охлажденная вода стекает в водосборный бассейн, откуда забирается циркуляционными насосами для подачи снова в конденсаторы турбин. Вода подается к оросительному устройству на высоту 9 метров.Водосборный бассейн имеет форму шестнадцатигранника. Бассейн оборудован выпусками охлажденной воды, канализационными трубопроводом и переливной трубой, для автоматического предохранения бассейна от переполнения. Глубина бассейна 1,6 метра. В центре бассейна расположен монолитный железобетонный стояк для подачи теплой воды в водораспределительную систему. Стояк разделен  вертикальной перегородкой на две части.

Жалюзийное устройство  и воздухоподводящий козырек  расположены по периметру воздуходувных  окон  градирни и служат для регулирования  расхода поступающего в градирню воздуха с целью предотвращения обмерзания нижней части оросителя  в зимнее время. На высоте жалюзийное устройство состоит из 3-х ярусов щитов синхронно поворачиваемых рукояткой, расположенной на нижнем щите.

 

1.3 Обзор путей решения проблемы

На всех типовых электростанциях  производство тепловой и электрической  энергии сопровождается процессами сжигания природного топлива и процессами испарения охлаждающей воды.

Образующиеся дымовые  газы по газовому тракту через дымовые  трубы удаляются в атмосферу. Охлаждение воды происходит в градирнях, образующийся при этом водяной пар  также удаляется в атмосферу.

Нынешнее техническое  состояние градирен КТЭЦ-3 не обеспечивает требуемой глубины охлаждения циркуляционной воды в водооборотной системе.

Введение уходящих дымовых  газов в градирню позволит увеличить  скорость поступления воздуха в  градирню и улучшить процесс охлаждения технической воды с одновременной  экономией значительных площадей территорий под дымовые трубы и снижения капитальных затрат на их строительство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технический результат достигается  тем, что образующиеся при сжигании топлива дымовые газы по газоотводящему тракту поступают в газораспределитель, находящийся над водоуловителем внутри градирни, и через направляющие сопла распределяются по башне градирни с созданием дополнительного эжектирующего эффекта.

Дополнительный эжекционный эффект в башне градирни создается за счет большей температуры и скорости поступления дымовых газов по сравнению с паровоздушной смесью. В этом случае объем и скорость воздуха, поступающего для охлаждения воды, значительно возрастает, что при всех равных прочих условиях позволяет увеличить глубину охлаждения.

При совмещенном паро-газоудалении не требуется строительство дымовой трубы. Обеспечивается более компактное расположение сооружений на электростанции. Концентрация вредных веществ в удаляемой паро-воздушной смеси не превышает выбросы через дымовую трубу, а глубина охлаждения технической воды увеличивается.

Выбор данного способа  обусловлен тем, что заграничные  станции уже используют этот метод, в качестве примера может служить  наиболее совершенный в настоящее время пылеугольный энергоблок в Германии Бексбах II с эл.КПД = 46,3%. Внедрение данной системы повысило КПД на 0,75%.

 

Рис2. Пылеугольная ТЭС Бексбах II с удалением дымовых газов через градирню

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Тепловая схема ТЭС  с удалением дымовых газов  через градирню

 

2. Методика проведения  эксперимента

2.1 Разработка математической модели градирни

При разработке математической модели объекта исследования были приняты  следующие упрощения:

1) Внутри градирни используется три рабочих тела – это пар, вода и воздух. Однако принимаем что на выходе из градирни пар вода и воздух суммируются.

2) Принимается что вода подается на испаритель но всей площади, а не частично(со смещением к центру).

3) Температура подаваемой в градирню воды и атмосферы постоянны, скорость тяги внутри башни не изменяется.

4) Капельный унос принимаем постоянным,  равным 1% от общей массы воды.

 

2.3.1 Составление системы балансовых  уравнений

На рисунке 5.4 представлен  граф противоточной градирни башенного  типа.

Рисунок 5.4 – Граф объекта  математического моделирования

Название узлов и связей

а) Узлы

1 – Нижние окна.

2 – Испаритель.

3 – Водораспределительная  система.

4 – Каплеуловитель.

5 – Газораспределитель

6 – Верхняя кромка  градирни.

7 – Водосборный бассейн.

б) Связи

I, II, IX, XII, XV, XVI – Воздух.

III, IV, V, VI, VII, X, XI, – Вода.

XIV – Дымовые газы

VIII, XIII – Пар.

XVII - Рабочее тело.