Очистка внутренних и внешних поверхностей нагрева теплообменных аппаратов и котлоагрегатов на примере ОАО "Люберецкая теплосеть"
Физические параметры и гидродинамический режим движения теплоносителей. Методы предотвращения образования отложений и накипи. Разработка комплекса электроразрядного технологического оборудования "Стример". Характеристика ОАО "Люберецкая теплосеть".
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.02.2017 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
ЗАО «Стример-Центр»
Опыт внедрения ресурсоэнергосберегающих технологий очистки внутренних и внешних поверхностей нагрева теплообменных аппаратов и котлоагрегатов на примере ОАО «Люберецкая теплосеть»
В.Ю. Петров, автор патента на изобретение,
технический директор, ЗАО «Стример-Центр»
г. Москва
Введение
Главная задача, возникающая при эксплуатации теплообменного оборудования и котлоагрегатов, заключается в сохранении максимальной интенсивности процесса теплообмена и обеспечении стабильной работоспособности на протяжении всего срока эксплуатации.
Энергоэффективность любой теплообменной системы определяется целым комплексом составляющих ее элементов: физическими параметрами теплоносителей, их гидродинамическим режимом движения, теплопроводностью и состоянием теплообменных поверхностей, меняющимися в процессе эксплуатации и связанными с образованием отложений и накипи.
Воздействия всех перечисленных элементов так тесно переплетены и взаимосвязаны, что малейшее изменение одного из них приводит к существенному изменению всей системы.
При этом наличие и толщина отложений на теплообменных поверхностях по степени влияния на интенсивность теплопередачи является основным фактором, определяющим величину коэффициента теплопередачи.
Образование на теплообменной поверхности сплошного слоя отложений толщиной 0,2 мм приводит к образованию термического сопротивления, на 22-30% снижающего коэффициент теплопередачи.
Европейский опыт централизованного теплоснабжения показывает, что несмотря на жесткие нормы к качеству подпиточной воды, образование отложений солей жесткости на теплообменных поверхностях происходит довольно интенсивно и по данным статистики является основной причиной снижения эффективности работы и выхода из строя подогревателей.
Таким образом, производство тепловой энергии, как и большинство технологических процессов теплообмена, неизбежно сопровождаются образованием различных твердых отложений и загрязнений на теплообменных поверхностях.
Трудноудаляемые и долговременные твердые отложения, как на внутренних, так и на внешних поверхностях теплообмена создают дополнительное термическое сопротивление, приводят к увеличению гидравлических потерь, снижают интенсивность процесса теплопередачи, формируют условия для нарушения эксплуатационных режимов, приводят к неоправданным, безвозвратным потерям энергоресурсов.
Кроме того, установлено, что наличие отложений ведет к возникновению водородных повреждений, коррозионному и эрозионному разрушению металлических поверхностей.
В итоге при падении тепловой эффективности сокращается срок службы и ресурс теплоэнергетических установок.
Для водоводяных подогревателей проблема усугубляется невозможностью ремонта и полной очистки наружных поверхностей теплообменных труб и межтрубного пространства.
Существует множество различных способов для очистки трубного пространства, внутренних поверхностей нагрева теплообменного оборудования: механические, химические, гидродинамические, с применением различного оборудования (шарошек, фрез, вращающихся насадок, установок высокого давления и т.д.).
Каждый из этих способов имеет свои ограничения, они обладают целым рядом недостатков, не всегда эффективны, часто приводят к различным повреждениям очищаемых поверхностей, не обладают универсальностью, не могут быть применимы для решения широкого круга задач.
Все это не позволяет качественно и на высоком уровне решать сложные задачи, возникающие в процессе ремонта и восстановления теплоэнергетического оборудования.
Кроме того, существует целый ряд проблем, решение которых с привлечением этих способов невозможно.
Первоочередной из них является очистка внешних поверхностей нагрева (охлаждения) и меж трубного пространства.
Все это предопределило необходимость качественного изменения технологий очистки теплообменных поверхностей, способов разрушения и удаления отложений; разработки, проведения испытаний и внедрения принципиально новых, наукоемких технических решений, обладающих экологической чистотой, высокой эффективностью и низким энергопотреблением.
Инновационная технология очистки
Одним из перспективных направлений в решении задачи восстановления работоспособности и эффективности функционирования поверхностей нагрева и охлаждения теплоэнергетических установок является применение для этих целей инновационных технологий, технических средств и оборудования, предусматривающих комплексное использование новых физических явлений, процессов и эффектов. К таким техническим решениям относится применение разрядно-импульсных технологий «Стример» [1].
Данные технологии созданы в ходе проведения многочисленных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ совместно с рядом ведущих научно-исследовательских институтов. В разработке технологии принимали активное участие специалисты Федерального горного и промышленного надзора России. Их важнейшая отличительная особенность - возможность одновременной реализации совершенно различных механизмов разрушения и удаления отложений, связанных с реализацией избирательного электрического пробоя твердых отложений, электрогидравлическим разрушением, разупрочнением границ контакта двух сред, отличающихся акустической жесткостью и деформационными свойствами.
По результатам исследовательской деятельности был разработан комплекс электроразрядного технологического оборудования «Стример», работа которого основана на использовании следующих физико-химических явлений, процессов и эффектов:
¦эффекта Юткина;
¦эффектов, возникающих при высоковольтном импульсном электрическом пробое твердых и жидких диэлектриков;
¦эффекта внедрения канала разряда в твердое тело в среде изолирующей жидкости (электроимпульсный эффект);
¦процессов, сопровождающих кавитационные явления и скоростные гидропотоки, прохождение ударных волн и упругих колебаний высокой интенсивности и широкого спектра частот;
¦эффекта Ребиндера.
При реализации электрогидравлического механизма воздействия на твердые отложения возникновение электрического разряда в жидкости приводит к развитию парогазовой полости, схлопывание которой сопровождается возникновением ударных волн высокого давления, кавитационными явлениями и скоростным гидропотоком, генерирующими колебания высокой интенсивности и широкого спектра частот.
Когда реализуется электроимпульсный механизм разрушения, электрический пробой твердого тела приводит к возникновению канала разряда, происходит ионизация материала, образуется плазма, ударно повышаются температура и давление. Под действием высокого давления диаметр канала разряда увеличивается, генерируется ударная волна, которая по мере движения перерождается в волну сжатия. Движение ударной волны и волны сжатия приводит к возникновению ударного сдвига, разрушающего материал.
Процесс разрушения отложений можно квалифицировать как электрический взрыв в объеме твердого тела. При этом рабочим телом, осуществляющим разрушение, является плазма канала разряда.
При разработке электроразрядного комплекса основное внимание было уделено возможности очистки котлов и теплообменников от отложений, имеющих высокую прочность и большую толщину. Также, важными критериями при создании данного оборудования послужили: компактность, технологичность, безопасность, минимальное использование расходных материалов.
Технические характеристики применяемого технологического оборудования представлены в таблице.
Таблица. Технические характеристики комплекса электроразрядного оборудования «Стример».
|
Установленная мощность, не более, кВА |
3,5 |
|
|
Питание от сети переменного тока, В/Гц |
220/50 |
|
|
Энергия в импульсе, Дж |
5-360 |
|
|
Частота следования разрядов, Гц |
2-10 |
|
|
Разрядное напряжение, кВ |
12-75 |
|
|
Разрядная емкость, мкФ |
0,1-0,8 |
|
|
Рабочая жидкость |
техническая вода |
|
|
Внутренний диаметр очищаемых труб, мм |
до 200 |
|
|
Толщина отложений, мм |
без ограничения |
|
|
Скорость очистки, м/мин |
до 7 |
При выполнении работ по очистке от накипи теплообменный аппарат выводится из работы, снимаются калачи или фланцы, открывая доступ к трубной доске. Рабочий кабель заводится в трубку с одной стороны теплообменника, с другой стороны в трубку подается вода. Во время очистки образующиеся в результате разрушения частицы отложений вымываются потоком жидкости.
Очистка котлов от накипи производится следующим образом.
Котел выводится из работы и заполняется водой до уровня верхнего барабана. Очистка от накипи котлов производится рабочим кабелем, который подается в каждую трубку через верхний барабан с помощью пластиковых труб-направляющих.
Рабочий кабель-электрод продвигается по всей длине котловых труб в направлении нижнего барабана. По характерному изменению звука слышно, когда рабочий кабель выходит из трубки в нижний барабан и можно приступать к очистке следующей трубки. Таким образом, при очистке от накипи котлов должна быть очищена каждая трубка. Разрушенные отложения осыпаются в нижний барабан и извлекаются из него после очистки от накипи всех трубок котла.
Опыт внедрения
Впервые в Люберецком муниципальном районе Московской области новая технология была внедрена при проведении работ по очистке котлоагрегатов на Люберецкой станции аэрации, являющейся одной из крупнейших в Европе.
Было доказано, что при использовании разрядно-импульсных технологий происходит одновременное разрушение отложений как на внутренних, так и внешних поверхностях трубных систем котла, за счет чего и достигаются более высокие теплотехнические характеристики объекта очистки по сравнению с другими способами.
Так, замеры, произведенные специалистами ДГУП СМНУ «Мосводоканал», после выполнения работ по восстановлению работоспособности и эффективности функционирования теплообменных поверхностей пяти котлов ДКВр 10/13 станции аэрации с применением новых технологий показали, что в среднем нагрузка на горелки увеличилась с 60 до 80 мм вод. ст., а температура отходящих газов снизилась с 356 до 332 ОС.
Эти данные свидетельствуют об улучшении прохода газа между трубками за счет снятия с них нагара и значительном увеличении эффективности теплообмена.
Для дальнейшего более широкого внедрения технологий очистки в Люберецком муниципальном районе был проведен большой объем необходимых предварительных исследований по выбору оптимальных режимных и технологических параметров процесса электроимпульсного разрушения и удаления различных отложений на внутренних и внешних поверхностях теплообмена водо-водяных подогревателей и котлоагрегатов в условиях предприятия ОАО «Люберецкая теплосеть», на балансе которого в настоящее время находится 49 котельных с установленной мощностью 383,7 Гкал/ч (в котельных установлено 228 котлов) и 54 ЦТП.
В результате проведения мероприятий по внедрению разрядно-импульсных технологий на 17-и ЦТП второго эксплуатационного района удалось достичь следующих результатов.
Нормализовался гидравлический и температурный режим работы теплообменников, что позволило должным образом произвести потокораспределение тепловой энергии, вырабатываемой квартальной котельной, войти в график отпуска тепла в пределах 130-70 ОС, вместо 110-70 ОС и, как следствие, увеличить генерируемую мощность котельной с 52 до 72 Гкал/ч, при этом сократив расход теплоносителя на 8%, электроэнергии - на 5%, газа - на 7%.
Ранее проведенные аналогичные работы на четырех ЦТП в микрорайонах «Городок «А» и «Городок «Б» (г. Люберцы) позволили в полной мере реализовать снабжение теплом 54 жилых дома, присоединенных к вторичным тепловым сетям через элеваторные узлы, обеспечив поставку тепловой энергии населению в соответствии с температурным графиком 95-70 ОС, практически полностью исключив жалобы от жителей.
Применение данного метода очистки теплообменников в этой конкретной ситуации дало возможность оптимизировать баланс отпускной и отпущенной тепловой энергии, что положительно отразилось на экономике предприятия.
Сократились потери от реализации на 3,7%.
Разработанные технологии и оборудование были также внедрены на металлургических, судостроительных и судоремонтных предприятиях, предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности, на объектах Концерна «Росэнергоатом», Смоленской и Курской АЭС, тяжелом авианесущем крейсере «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов», объектах ОАО «Мосэнерго», Группы «Энергомаш», ГУП «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга» и т.д.
Рис. 1. Внешняя поверхность теплообмена трубной системы водо-водяного подогревателя до очистки.
Рис. 2. Внешняя поверхность теплообмена трубной системы водо-водяного подогревателя после очистки.
Заключение
Разработанное высокоэффективное оборудование и новые технологические процессы дают возможность:
¦значительно повысить качество работ по очистке поверхностей теплообмена, упростить реализацию, снизить себестоимость и трудоемкость технологических процессов;
¦вести все работы на месте установки теплообменного оборудования без его демонтажа;
¦реализовать технологический процесс очистки в крайне стесненных условиях производства работ;
¦удалять с высокой эффективностью любые виды отложений без ограничений по химическому составу, прочности и толщине;
¦осуществлять очистку труб полностью забитых на протяжении всей длины твердыми отложениями любой степени прочности, как прямолинейных, так и выполненных с изгибом любого радиуса закругления;
¦проводить одновременную очистку как внутренних, так и внешних поверхностей трубных систем котлов и теплообменных аппаратов, за счет чего достигать более высоких теплотехнических характеристик объектов очистки по сравнению с другими способами;
¦проводить очистку поверхностей изогнутых труб, труб эллипсоидального сечения, вести очистку внешних теплообменных поверхностей, в том числе имеющих оребрение;
¦значительно повысить ремонтопригодность теплообменных аппаратов за счет возможности очистки внешних теплообменных поверхностей и межтрубного пространства;
¦осуществлять дефектоскопию, т.к. в процессе очистки происходит вскрытие свищей, затянутых отложениями;
¦уменьшить энергозатраты на осуществление технологических процессов очистки до минимально возможных значений;
¦повысить экологическую чистоту технологических процессов;
¦максимально снизить основные факторы, воздействующие на теплообменные поверхности, что очень важно при ремонте изношенного оборудования;
¦увеличить срок службы оборудования и срок межремонтных мероприятий, связанных с заменой теплообменных труб.
Следует особо отметить, что впервые удалось безреагентным способом осуществить с высокой эффективностью процесс очистки внешних теплообменных поверхностей труб и межтрубного пространства (рис. 1, 2).
Широкое использование электроразрядных технологий стало возможным благодаря активному участию ОАО «Люберецкая теплосеть» в программах по ресурсоэнергосбережению и внедрению новой техники.
На базе существующих возможностей и преимуществ разрядно-импульсных технологий открывается перспектива создания совершенно новых, инновационных технологий, уникальных по своим технико-экономическим показателям, значительно расширяющих арсенал инструментов, позволяющих решать сложные производственные задачи.
Литература
1. Гусев Б.А., Алешин А.М., Петров В.Ю. Комплексная технология удаления карбонатных отложений с теплопередающих поверхностей конденсаторов турбин. Восьмая международная научно-техническая конференция «Водно-химический режим АЭС». ОАО «ВНИИАЭС», Москва, октябрь 2012 г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Конструктивные признаки теплообменных аппаратов, их виды. Схемы движения теплоносителей. Назначение и схемы включения, конструкция сетевых подогревателей. Тепловой и гидравлический расчёты подогревателя сетевой воды, площадь поверхности нагрева.
курсовая работа [791,2 K], добавлен 12.03.2012Классификация теплообменных аппаратов. Конструктивный тепловой расчет. Предварительный выбор теплообменного аппарата по каталогу, действительные температуры теплоносителей. Шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками.
курсовая работа [873,5 K], добавлен 11.03.2013Теплофизические свойства теплоносителей. Предварительное определение водного эквивалента поверхности нагрева и размеров аппарата. Конструктивные характеристики теплообменного аппарата. Определение средней разности температур и коэффициента теплопередачи.
курсовая работа [413,5 K], добавлен 19.10.2015Классификация теплообменных аппаратов (ТОА), требования к ним. Выбор схемы движения теплоносителей при расчете устройства, определение их теплофизических свойств. Коэффициент теплоотдачи в ТОА, уточнение температуры стенки и конструктивный расчет.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 17.11.2013Понятие и устройство, типы теплообменных аппаратов, их назначение и факторы, влияющие на эффективность работы. Виды промышленных теплоносителей, схема движения и разность температур. Газоплотность игольчатых рекуператоров, их тепловые показатели.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 01.06.2016Классификация теплообменных аппаратов в зависимости от расположения теплообменных труб, перегородок в распределительной камере и задней крышке, продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве. Двухходовой кожухотрубчатый теплообменник.
курсовая работа [194,2 K], добавлен 27.12.2015Физические свойства теплоносителей. Расчет числа Нуссельта. Определение количества тепла, получаемого нагреваемой водой. Средний температурный напор. Графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности нагрева для прямотока и противотока.
контрольная работа [199,6 K], добавлен 03.12.2012Назначение, устройство и классификация теплообменных аппаратов, их функциональные, конструктивные признаки; схемы движения теплоносителей; средний температурный напор. Тепловой и гидромеханический расчёт и выбор оптимального пластинчатого теплообменника.
курсовая работа [213,5 K], добавлен 10.04.2012Организация ремонтной службы газовой котельной пансионата "Энергетик". Организация ремонта и обслуживания оборудования на предприятии. Кислотная промывка поверхностей нагрева котла от накипи. Схема топливоподачи, водогрейные котлы. Тепловая схема ТЭС.
контрольная работа [27,1 K], добавлен 14.10.2012Постановка второй основной задачи динамики системы. Законы движения системы, реакций внутренних и внешних связей. Вычисление констант и значений функций. Составление дифференциального уравнения движения механизма с помощью принципа Даламбера-Лагранжа.
курсовая работа [287,3 K], добавлен 05.11.2011Анализ гидравлического режима работы теплосетей поселка Инской на примере тепломагистрали №2. Определение характера местных гидравлических сопротивлений. Проверочный гидравлический расчет теплосети. Разработка мероприятий по решению обнаруженных проблем.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 22.11.2009Классификация теплообменных аппаратов по принципу действия (поверхностные и смесительные). Особенности подбора устройства. Схема кожухотрубного теплообменника. Основные удельные показатели, которые характеризуют эффективность теплообменных аппаратов.
презентация [206,5 K], добавлен 28.09.2013Применение теплообменных аппаратов, принцип их действия. Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками, линзовым компенсатором на кожухе, плавающей головкой и U-образными трубами. Конструктивный и проверочный тепловой расчет аппарата.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 22.08.2015Рациональная компоновка парового котла, оценка размеров топки и поверхностей нагрева. Выполнение расчета на прочность, выбор материала поверхностей нагрева, выполнение гидравлических и аэродинамических расчетов и выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 09.08.2012Основные схемы теплообмена. Схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах. Классификация рекуператоров по материалу, преимущественному механизму теплообмена и схеме движения. Описание многоходового металлического противоточного рекуператора.
презентация [867,3 K], добавлен 07.08.2013Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение. Суммарный коэффициент теплоотдачи. Определение лучистого теплового потока. Теплопередача через плоскую стенку. Типы теплообменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи.
реферат [951,0 K], добавлен 27.01.2012Общая характеристика котла, его конвективной шахты. Описание основных параметров парообразующих поверхностей нагрева. Устройство пароперегревателя. Рекомендации по проведению теплового расчета, анализ полученных результатов. Составление баланса.
курсовая работа [567,7 K], добавлен 17.02.2015Применение и классификация теплообменных аппаратов. Принцип работы кожухотрубного теплообменного аппарата. Необходимость проведения гидравлического, конструктивного и проверочного тепловых расчетов. Построение температурной диаграммы теплоносителей.
курсовая работа [364,5 K], добавлен 23.11.2012Определение назначения регенеративных теплообменных аппаратов как устройств, обеспечивающих нагрев или охлаждения материальных потоков, их преимущества и недостатки. Устройство и преимущества люминесцентных светильников. Энергоемкость галогенных ламп.
реферат [46,7 K], добавлен 27.05.2013Анализ водно-химического режима и состояния оборудования теплофикационного контура горячего водоснабжения пятой очереди Свердловской теплоэлектроцентрали. Оценка качества теплоносителя и состояния поверхностей нагрева теплотехнического оборудования.
дипломная работа [99,0 K], добавлен 16.01.2012
