Оценка возможности использования численных методов для исследования процессов теплообмена в градирне БГ-2100

1.1 Постановка задачи на исследование

Целью работы является оценка возможности использования численных методов для исследования процессов теплообмена в градирне БГ-2100, качественная оценка влияния работы градирни на технико-экономические показатели турбоустановки  и анализ различных вариантов модернизации для устранения эксплуатационных проблем. Для этого необходимо решить следующие задачи:

1)  выполнить тепловой расчет турбоустановок Т-180/210-130 и ПТ-60/75-130;

2)  провести анализ программных пакетов, позволяющих решать задачи теплообмена;

3)  разработать математическую модель противоточной градирни;

4)  доказать адекватность математической модели;

5)  исследовать возможные варианты модернизации.

1.2 Описание эксплуатационных проблем и предварительный анализ вариантов их устранения

Эксплуатация градирен в зимнее время, особенно в суровых климатических условиях Дальнего Востока,  приводит к образованию ледяной шубы в верхней части градирни [5]. Происходит это в результате взаимодействия влажного и теплого воздуха внутри градирни с элементами её конструкции, имеющими температуру окружающей среды.  Быстрое охлаждение влажного воздуха ниже точки росы сопровождается выпадением влаги, которая намерзает на элементы верхней части градирни [4].

Скорость обледенения существенно увеличивается при частично или полностью разрушенных каплеуловителях, в результате которого в воздухе имеется множество капелек воды. По мере увеличения ледяных образований под собственным весом глыбы льда срываются с верхней кромки градирни и падают вниз, разрушая наиболее важные элементы градирни (испарители, оросители, каплеуловители, водораспределительную систему).

1.2.1 Технические характеристики градирни БГ-2100-70

Градирня БГ-2100-70 (площадь орошения - 2100 м², высота – 66 м) предназначена для охлаждения оборотной воды на ТЭЦ [5].

Основные параметры:

·  Диаметр окружности основания башни – 52 м.

·  Диаметр окружности верха башни – 33 м.

·  Глубина бассейна – 1,6 м.

·  Емкость бассейна – 2,500 м³.

·  Напор на разбрызгивающих соплах при расчетном расходе воды равен 1,4 метра.

·  Производительность градирни по воде составляет 13500 – 16000 м³/час при температурном перепаде 8 – 10 ˚С.

·  Расчетный расход воды составляет 14700 м³/час.

·  Высота подачи теплой воды от уровня нормального горизонта воды в бассейне, с учетом потерь напора в подводящих трубопроводах, трубах водораспределения и соплах составляет Н = 9,0 метров.

·  Нормальный горизонт воды (НГВ) в бассейне расположен ниже борта водосборного бассейна на 0,25 метра.

·  За относительную отметку «0» принята отметка верха борта бассейна.

·  Нормальная глубина в бассейне равна 1,30 метра.

·  Высота воздуходувных окон над бортом бассейна составляет 3,8 метра.  

Материал основных конструкций градирни:

·  Водосборный бассейн – железобетонный,  монолитный.

·  Ороситель – асбоцемент.

·  Ветровые перегородки, поворотные щиты – дерево.

·  Обшивка вытяжной башни – гофрированные алюминиевые листы.

·  Разбрызгивающие сопла – пластмасса.

1.2.2 Описание конструкции градирни БГ-2100-70, принцип работы, особенности эксплуатации

На Комсомольской ТЭЦ-3 (КТЭЦ-3) и Амурской ТЭЦ-1(АТЭЦ-1) 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.

Обмерзание градирен в зимний период года осложняет их эксплуатацию и часто приводит к аварийному состоянию, вызывая деформации и обрушение участков оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося льда