Повышение эффективности атмосферных деаэрационных установок с барботажными устройствами

• Автор: Ненаездников, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Реферат
Диссертация 155 стр., 42 рис., 14 табл., 133 библ.
Ключевые слова. Тепломассообмен, десорбция, деаэрационная установка, барботажная ступень, погружной коллектор, ячеечная модель, программный комплекс, энерго- и ресурсосбережение.
Целью работы является повышение эффективности барботажных устройств атмосферных деаэраторов путем перераспределения подачи барбо-тажного пара на основе разработанных математических моделей и их программной реализации.
Объектами исследования является барботажные устройства атмосферных деаэраторов ТЭС.
Предмет исследования: тепломассообменные процессы в барботажных устройствах атмосферных деаэраторов.
Приведен анализ моделей и методов расчета смешивающих тепломассообменных аппаратов и деаэрационных установок, разработана ячеечная математическая модель процесса тепломассопередачи в виде системы матричных уравнений, предложены эффективные ресурсо- и энергосберегающие технологические решения.
Предложен метод расчета атмосферных деаэраторов с барботажной ступенью. Приведено описание структуры и функциональных возможностей разработанного программного комплекса, позволяющего производить расчет процессов тепломассообмена в атмосферных деаэраторах.
Даны практические рекомендации по повышению эффективности работы атмосферных деаэраторов.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В БАРБОТАЖНЫХ УСТРОЙСТВАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТЭС
1.1. Место и роль термических деаэраторов в технологии
подготовки воды на тепловых электрических станциях
1.2 Роль и место барботажных устройств
в тепломассообменных системах ТЭС
1.3. Модели и методы расчета тепломассообменных
процессов в системах подогрева воды и деаэрации ТЭС
1.3.1. Дифференциальный подход к расчету
тепломассообменных аппаратов
1.3.2. Интегральный подход к расчету
тепломассообменных аппаратов
1.3.3. Ячеечный подход к расчету тепломассообменных аппаратов
1.3.4. Метод матричной формализации расчета сложных
многоступенчатых систем
1.3.5. Методы стохастического программирования и моделирование совмещенных процессов
1.3.6. Моделирование и расчет теплообменных систем
на основе построения их энергетических характеристик
1.4. Показатели эффективности работы тепломассообменных энергетических систем
1.5. Анализ методов решения гидродинамических задач и их реализация в вычислительных комплексах
1.6. Постановка задач исследования
2. ПОСТАНОВКА И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ТЕПЛОМАССООБМЕНА
В БАРБОТАЖНОЙ СТУПЕНИ АТМОСФЕРНОГО ДЕАЭРАТОРА
2.1. Задача формирования межфазной поверхности для пузырьков газа
в слое жидкости с учетом теплообмена
2.2. Задача формирования межфазной поверхности с учетом теплообмена и массообмена при конденсации пара в пузырьках
2.3. Ячеечная модель тепломассообмена с учетом десорбции
кислорода в барботажном слое
2.4. Задача оптимального управления формированием
межфазной поверхности

2.5. Ячеечная модель тепломассообмена в барботажной ступени с учетом циркуляции воды в поперечном сечении деаэраторного бака
2.6. Метод использования результатов решения
гидродинамической задачи в ячеечной модели
2.7. Выводы по главе
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ В БАРБОТАЖНОЙ СТУПЕНИ
3.1. Описание деаэрационной установки, программа проведения
и метрологическое обеспечение теплохимических испытаний
3.1.1. Характеристика объекта экспериментальных исследований
3.1.2. Отбор проб теплоносителей и метрологическое обеспечение
3.1.3. Методика проведения экспериментальных исследований
3.2. Обработка экспериментальных данных
3.3. Идентификация ячеечной модели по результатам экспериментальных исследований и разработка её эмпирического обеспечения
3.4. Выводы по главе
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
4.1. Компьютерный модуль расчета барботажной ступени атмосферного деаэратора с затопленным в баке перфорированным коллектором
4.2. Компьютерный инженерный метод расчета атмосферного
деаэратора с заданной конфигурацией потоков
4.3. Реализация результатов работы при реконструкции деаэрационной установки питательной воды участка вторичных энергоресурсов коксохимического производства ОАО «Северсталь»
4.3.1. Общие сведения об объекте, цель реконструкции
4.3.2. Техническое состояние установки до реконструкции
4.3.3. Предложенный вариант реконструкции
4.3.4. Вариантные расчеты по деаэратору после реконструкции
4.4. Использование разработанного программного модуля при установлении требуемых режимов работы деаэраторов в рамках
их режимно-наладочных испытаний
4.5. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Анализ показывает, что с повышением скорости пара в отверстиях диаметр паровых пузырьков возрастает, достигая максимума при Яеоп = 2100 ^ 2400. При дальнейшем увеличении скорости пара ячеистая пена разрушается, диаметр паровых пузырьков при этом уменьшается, достигая практически постоянного размера. В пределе удельная площадь поверхности контакта фаз достигает 1400 м2/м3 [35].
Полученные значения коэффициентов тепломасопередачи и характерной поверхности процесса позволяет рассчитать аппарат при интегральном подходе. Большинство существующих методов расчета [19], использующих данный подход, рассчитывают теплоомассобменные аппараты итерационно до достижения определенной величины расхождения принятых и рассчитанных значений параметров. При этом следует отметить, что исследований характерной поверхности теплообмена при барботировании погруженным в деаэраторный бак паровым коллектором в литературе практически не встречается.
1.3.3. Ячеечный подход к расчету тепломассообменных аппаратов
При ячеечном подходе к расчету тепломассообменных аппаратов вся область тепломассообмена разбивается на некоторое число ячеек (рис. 1.8.) и записываются массовые и энергетические балансы для каждой ячейки.
Использование ячеечного продхода при расчете тепломассообменных аппаратов имеет ряд существенных достоинств, которые делают его наиболее предпочтительным:
1. Ячеечная модель является более универсальной. Так при значительном увеличении числа ячеек методика расчета будет приближаться к дифференциальному подходу, а если всю расчетную область тепломассообмена представить одной ячейкой расчетная модель будет соответствовать интегральному подходу.
2. Ячеечная модель позволяет моделировать тепломассообменный аппарат произвольной конфигурации [35,65-81]. Кроме того, данная модель