RECONSTRUCTION OF GAS DUCTS OF WATER BOILERS WITH INSTALLATION OF FLUE GAS PUMPS

Full Text

Введение В данный момент в России реализуется социально значимый проект «Профстажировки 2.0», целью которого является взаимодействие студентов образовательных организаций и работодателей. Платформа создана при содействии АНО «Россия - страна возможностей» и Общероссийского народного фронта и направлена на осуществление практико-ориентированного подхода в обучении, с возможностью дальнейшего трудоустройства и сотрудничества. В рамках студенческого конкурса нами была решена практическая проектная задача, поставленная индустриальным партнером проекта - филиалом ПАО «Квадра» - «Орловская генерация» [1]. Исследование посвящено решению задачи нехватки тяги существующей дымовой трубы при работе водогрейных котлов на полную мощность. Общие сведения об объекте В настоящее время на Орловской ТЭЦ имеется водогрейная котельная (ВК). В качестве теплогенерирующих установок в котельной приняты два котла ПТВМ-100 (ВК № 1, ВК № 2). Удаление и рассеивание дымовых газов от этих двух котлов, а также от трех энергетических котлов ТГМЕ-454 происходит за счет работы дымовой трубы № 2 (рис. 1, 2). В результате работы котлоагрегатов естественной тяги для удаления продуктов сгорания становится недостаточно, топки водогрейных котлов оказываются под давлением. Следовательно, котельная не может работать на полную мощность. Для решения данной проблемы необходимо установить тягодутьевое устройство - дымосос. Предполагаемое место установки показано на рис. 3. При этом необходимо максимально использовать существующую инфраструктуру, а именно трассы газоходов (рис. 4). Непосредственно целью работы является расчет производительности и расчетного давления дымососа для обеспечения параллельной работы двух котлов ПТВМ-100 во всем диапазоне нагрузок в соответствии с температурным графиком и с учетом существующих сечений газоходов. На основании расчетов необходимо было подобрать дымосос и электродвигатель, предложить меро- С. А. Минкина, М. И. Урядов 43 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 4 приятия для обеспечения работы дымососа при неполной загрузке. Тепловой расчет котельных агрегатов Для того чтобы рассчитать производительность дымососа, необходимо провести тепловой расчет котельных агрегатов. Специалисты компании «Квадра» предоставили нам режимные карты работы котлов, протоколы экспресс-испытаний на водогрейные котлы ВК №1 и ВК №2. Расчет был произведен согласно методикам и рекомендациям, отраженным в [2, 3]. На основании теплорасчетов были вычислены объемы уходящих газов от котла по режимной карте работы котлов (рис. 5), а также по протоколам испытаний. Численные значения объемов уходящих газов при различной загрузке котлов и разном числе газогорелочных устройств представлены в виде столбчатых диаграмм (СП 89.13330.2016. Котельные установки; СП 346.1325800.2017. Системы газовоздушных Рис. 1. Фрагмент плана Орловской ТЭЦ Рис. 2. Фрагмент карты со спутника Рис. 3. Площадка для установки дымососа Рис. 4. Трасса газоходов трактов котельных установок мощностью до 150 МВт. Правила проектирования). Проанализировав результаты, представленные на рис. 5, отметим наличие отклонений в значениях объемов уходящих газов, рассчитанных по режимной карте. Предполагаем, что КПД котлоагрегата, приведенные в режимной карте, завышен. Не были учтены потери тепла от химического недожога и потери тепла в окружающую среду. Без их учета расчетные значения КПД практически совпадают с заявленными в режимной карте (при загрузке 20-40 Гкал/ч невязка не превышает 0,14 %, при 60-100 - не более 2,75 %). Анализ данных, полученных при расчетах по протоколам экспресс-испытаний, показал следующее: 1. При параллельной работе котлов наблюдается отклонение от нормативных значений разрежения в топке, топка оказывается под давлением. 2. Отклонение от нормативных нагрузок, представленных в режимной карте; невозмож- Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 4 44 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Рис. 5. Результаты расчета объемов уходящих газов по режимной карте Рис. 6. Результаты расчета объемов уходящих газов по протоколу испытаний ВК №1 . . С. А. Минкина, М. И. Урядов 45 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 4 ность выхода котельной на номинальную нагрузку. 3. Завышенные значения объемов уходящих газов. За расчетный объем уходящих газов принято значение Vтр = 324580 м3/ч, соответствующее номинальной нагрузке котла при максимальном числе работающих горелочных устройств. Это значение также соответствует оптимальной работе котла по КПД и расходу топлива. Аэродинамический расчет котельных установок Как было сказано выше, для подбора дымососа необходимо вычислить расчетное давление. Следует провести аэродинамический расчет [3], рассчитать перепад давлений газового тракта по формуле ΔHп = hТ'' + ΔHT - hc, (1) где hТ’’ = 2 мм вод. ст. - разрежение дымовых газов на выходе из топки (принято согласно режимной карте работы котла ПТВМ-100); ΔHT = ΔhT + ΔhK+ ΣΔhГАЗ+ ΔhШ+ ΔhД.ТР, мм вод. ст. - сопротивление газового тракта; hс + мм вод. ст. - самотяга газового тракта. Так как сопротивление газоходов складывается из потерь на трение и местные сопротивления, на основании принципиальной схемы и фотоматериалов была составлена схема газоходов (рис. 8). Результаты расчета газохода, на котором предполагается установка дымососа, представлены в табл. 1, характеристики местных сопротивлений - в табл. 2. Кроме этого, необходимо учесть влияние на аэродинамику рассматриваемых участков газового тракта энергетического котла ТГМЕ- 454. Горелочное устройство данного котельного агрегата работает под наддувом за счет дутьевого вентилятора ВДН-25х2. Следовательно, вентилятор должен преодолевать сопротивление котла и участков, подключающих котел к дымовой трубе. Используя типовые энергетические характеристики [5, 6] на котлы данного типа, был рассчитан объем уходящих газов от одного котла ТГМЕ-454. По аэродинамическим характеристикам на вентилятор ВДН-25х2, представленным в [4], было определено сопротивление от одного парового энергетического котла. Далее был произведен расчет дымовой трубы котельной. Учтены также продукты сгорания, удаляемые от трех паровых энергетических котлов. Результаты расчета представлены в табл. 3. Рис. 7. Результаты расчета объемов уходящих газов по протоколу испытаний ВК №2 . Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 4 46 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Рис. 8. Схема газоходов Таблица 1 Сопротивления газоходов Участок Ведомость Режим 5 ø, (а×b), м Fd,м2 Wd, м/с Δhмс, мм вод.ст. Δhтр, мм вод.ст. ΣΔhгаз, мм вод.ст. 1 Режимная карта 324580 2,9 6,60 12,4 3,13 L=22м Дэкв=2,9 λ=0,02 7,16 0,45 2 Режимная карта 649160 4 12,56 13 1,96 L=45,5м Дэкв=3,47 λ=0,03 7,14 6,3×2,4 15,12 10,8 4,29 0,89 3 Режимная карта 649160 6,3×2,4 15,12 10,8 2,94 L=37м Дэкв=3,47 λ=0,03 3,66 0,72 17,96 Таблица 2 Коэффициенты местных сопротивлений Номер участка Характеристика местного сопротивления ζ 1 Клапан на выходе из котла ζ = 0,1 (п.16, табл.VII-3 [4]) Поворот на 90° с закругленными кромками ζ = 0,3 ( r/b = 0,9 п.2-31,[4]) Три плавных поворота на 45° ζ = 0,3·(45/90) = 0,15 Тройник симметричный на слияние потоков ζ = 0,2 (wо/wc = 12,4/13 = 0,95, Fo/Fc = 6,6/12,56 = 0,53 п.1.41, рис.VII-24,[4]) 2 Два плавных поворота на 45° ζ = 0,3·(45/90) = 0,15 Поворот на 90° с закругленными кромками ζ = 0,3 (r/b = 0,9 (п.2-31,[4]) Тройник несимметричный на ответвление ζ = 1 (Wб/Wc = 13/10,8 = 1,2 п.1.38, рис.VII-20а,[4]) Клапан ζ = 0,1 (п.16, табл.VII-3 [3]) Два поворота на 90° с закругленными кромками ζ = 0,3 (r/b = 0,9 п.2-31,[3]) 3 Клапан ζ = 0,1 (п.16, табл.VII-3 [3]) Два поворота на 90° с закругленными кромками ζ = 0,3 (r/b = 0,9 п.2-31,[3]) Тройник несимметричный, собирающий на проход ζ = 0,6 (Qб/Qc = 1,3 п.1.38, рис.VII-21 б,[3]) С. А. Минкина, М. И. Урядов 47 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 4 Рассчитаные перепад давлений по газовому тракту и сопротивление газового тракта представлены на рис. 9 и 10 соответственно. На основании теплового и аэродинамического расчетов был подобран дымосос центробежный двухстороннего всасывания ДН-25x2 (ООО «БЗЭМ»). Методика подбора тягодутьевого устройства представлена в [3]. Аэродинамическая характеристика дымососа показана на рис. 11. Основные параметры дымососа отражены в табл. 4. Дымосос комплектуется электродвигателем 2АОДС-800/400-8/10 (800/400 кВт, 750/600 об/мин, 6000 В). Таблица 3 Расчет дымовой трубы котельной Ведомость Vтр режим 5, , м3/ч nк.а., шт. ϑ,°С d’вн, м ΔhТР, мм вод.ст. ΔhВЫХ, мм вод.ст. ΔhД.ТР, мм вод.ст. hС, мм вод.ст. ΔНД.ТР., мм вод.ст. Водогрейные котлы ПТВМ-100 (Режимная карта) 324580 2 242,89 8,40 4,20 5,76 9,96 125,52 135,49 Паровые котлы (Энергетическая характеристика ТГМЕ-454) 711510 3 120,98 Рис. 9. Сопротивление газового тракта Рис. 10. Перепад давления по газовому тракту Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 4 48 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Рис. 11. Аэродинамическая характеристика дымососа ДН-25х2 Таблица 4 Основные параметры дымососа Показатели назначения Параметры Производительность (при максимальном КПД), м3/ч 665 000 (при 750 об/мин) 530 000 (при 600 об/мин) Полное давление (при 147 °С) (при максимальном КПД), Па 3 190 (при 750 об/мин) 2 030 (при 600 об/мин) Мощность, потребляемая вентилятором (при максимальном КПД), кВт 600 (при 750 об/мин) 340 (при 600 об/мин) Частота вращения ротора, мин-1 750 600 Диаметр рабочего колеса (по лопаткам), м 2,55 Максимальный КПД, % 87 Способ регулирования производительности и давления Шиберный направляющий аппарат Выводы. 1. По величине сопротивления газового тракта и объема дымовых газов подобран дымосос, обеспечивающий нормальную работу котлов во всем диапазоне нагрузок. Задача, инициированная заказчиком проекта, была решена в полном объеме. 2. Тип регулирующих клапанов будет подобран при установке дымососа на газоходах тракта. 3. Сопротивление котлов ТГМЕ-454, равное 270 мм вод. ст., выше перепада давления в дымовой трубе, что обеспечит работу котлов под наддувом. 4. Согласно (СП 89.13330.2016, СП 346.1325800.2017) для котлов, работающих под наддувом, необходимо использовать индивидуальные дымовые трубы. Применительно к описанному выше случаю, рекомендуем устройство отдельных дымовых труб для котлов водогрейной котельной и паровых энергетических котлов.

About the authors

Svetlana A. MINKINA

Samara State Technical University

Maxim I. URYADOV

Moscow State University of Civil Engineering

References

Supplementary files