ФИЛИАЛ ОАО «ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЕЭС» - «ФИРМА ОРГРЭС»

 

 

МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ГРАДИРЕН ИСПАРИТЕЛЬНОГО ТИПА

 

СО 34.22.302-2005

 

 

Разработано Филиалом ОАО «Инженерный центр ЕЭС» - «Фирма ОРГРЭС»

 

Исполнитель В.А. КАЛАТУЗОВ

 

Утверждено главным инженером Филиала ОАО «Инженерный центр ЕЭС» - «Фирма ОРГРЭС» В.А. КУПЧЕНКО 03.10.2005 г.

 

 

Настоящая Методика разработана на основании опыта эксплуатации, наладки и испытаний градирен систем технического водоснабжения тепловых электростанций.

Целью работы является установление единого порядка расчета и построения нормативных характеристик градирен испарительного типа.

Методика предназначена для эксплуатационного персонала электростанций, предприятий решающих вопросы планирования выработки электрической мощности и участвующих в согласовании располагаемых мощностей электростанции, для диспетчерских служб.

Методика обязательна для проектных организаций при проектировании электростанций, выполнении проектов реконструкции и модернизации градирен и оборудования циркуляционных систем технического водоснабжения.

 

1 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

 

t - температура воздуха по мокрому термометру, °С;

j - относительная влажность воздуха, %;

h₁ - начальная энтальпия воздуха на входе в градирню, ккал/кг;

h₂ - энтальпия воздуха на выходе из градирни, ккал/кг;

t₁ - температура воздуха по мокрому термометру, соответствующая начальной его энтальпии, °С;

t₂ - температура воздуха по мокрому термометру на выходе из градирни, °С;

t₁ - температура воды, поступающей в градирню, °С;

t₂ - температура охлажденной воды, выходящей из градирни, °С;

 - граничная энтальпия воздуха при температуре воды, поступающей в градирню, ккал/кг;

 - граничная энтальпия воздуха на выходе из градирни при температуре воды, выходящей из градирни, ккал/кг;

Dh = h₂ - h₁ - разность краевых энтальпий, ккал/кг;

q - плотность орошения, м³/м²ч;

Dt - перепад температур воды, °С;

l - относительный расход воздуха, кг/кг воды;

с_ж - теплоемкость воды, ккал/кг °С;

k - коэффициент уравнения, равный в среднем 0,96;

g₁ и g₂ - удельные веса воздуха: начальный и конечный, кг/м³;

x - общий коэффициент сопротивления градирни;

 = 1 - отношение площади живого сечения оросителя к площади орошения градирни;

Н_д - действующая с точки зрения тяги высота вытяжной башни градирни, м. Она находится согласно формуле Н_д = Н_б + 0,5Н_ор;

Н_б - высота башни над оросителем, м;

Н_ор - высота оросителя, м;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

g_ж - удельный вес воды, кг/м³;

g_ср - средний удельный вес воздуха, равный ; кг/м³;

Dg - разность удельных весов воздуха на входе и выходе из градирни, равная g₁ - g₂, кг/м³.

 

2 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

2.1 Основным конечным технологическим показателем работы градирен является температура охлажденной воды. Температура охлажденной воды в основном зависит от:

- режимных гидравлических и тепловых нагрузок;

- метеорологических параметров;

- конструкций градирен, их геометрических соотношений, их взаимного расположения и влияния;

- интенсивности теплообмена и массообмена;

- значений аэродинамического сопротивления и удельного расхода воздуха.

2.2 Значения температур охлажденной воды, поступающей в конденсаторы паровых турбин, оказывают значительное влияние на технико-экономические показатели работы электростанций. Одновременно конечные значения температур охлажденной воды зависят от большого количества параметров. В связи с этим для эффективной эксплуатации градирен и электростанций, определения причин ухудшения их состояния необходимы нормативные характеристики, позволяющие вести контроль за работой градирен.

2.3 Контроль качества работы градирен в эксплуатационных условиях может быть обеспечен только при наличии достаточно точных технологических характеристик (графиков охлаждения воды) для каждого типа, размера и конструктивного исполнения градирен.

2.4 Точность характеристики определяется совпадением температур охлажденной воды, действующих градирен с температурами охлажденной воды, рассчитанными по характеристике для одинаковых метеорологических и режимных условий, при которых работает градирня. Исходя из этого, расчет и построение точных характеристик следует производить с использованием натурных результатов испытания градирен.

2.5 Построение нормативных характеристик производится на основании результатов балансовых испытаний градирен.

2.6 Нормативные характеристики обязательны для:

- эксплуатационного контроля работы градирен;

- выбора наиболее экономичных решений при модернизации градирен;

- определения экономичных режимов их эксплуатации в циркуляционной системе технического водоснабжения;

- разработки нормативов топливоиспользования;

- оценки проектных решений строительства и реконструкций градирен.

2.7 Нормативные характеристики определяют:

- совершенство конструктивного исполнения градирен;

- достоверность результатов лабораторных стендовых испытаний технологических конструкций градирен.

2.8 В основу расчета и построения нормативных характеристик градирен по натурным данным положен принцип использования подобных критериальных зависимостей.

Эффективность охлаждения воды в градирне зависит от интенсивности действия двух процессов: теплообмена и массообмена. Теплообмен происходит при соприкосновении воды с воздухом, а массообмен - в результате испарения воды с ее развернутой поверхности.

Известна аналогия между теплообменом и массообменом, их взаимосвязь. Оба процесса протекают одновременно в общем гидродинамическом поле скоростей воды и воздуха, образуя при взаимодействии единый процесс переноса тепла.

Общий процесс теплопереноса сопровождается изменением энтальпий (теплосодержаний) воздуха на границе и в ядре потока по пути его движения в оросителе градирни (например, по высоте оросителя при противотоке). Причем, для постоянного барометрического давления энтальпия воздуха h является функцией одного переменного аргумента, поскольку имеет однозначную зависимость от температуры адиабатического испарения воды (мокрого термометра) t.

Между уравнениями теплоотдачи и массоотдачи имеется зависимость относительных безразмерных разностей энтальпий от подобных разностей температур:

                                                   (2.1)

Для зависимости (2.1) константы преобразования составляют: а₂ = 0,723 и в₂ = 0,27.

Функция (2.1) справедлива в широком диапазоне изменения режимных и метеорологических параметров:

- плотность орошения градирен - 2,1 - 10,0 м³/м²ч;

- скорость воздуха в оросителе - 0,4-1,8 м/с;

- перепад температур воды - 2,6-12,0 °С;

- температура воздуха по сухому термометру - от -5,0 до +36,5 °С;

- по влажному термометру - от -5,0 до +23,0 °С;

- относительная влажность воздуха - от 10 до 90%;

- температура поступающей воды от +17,0 до +45,0 °С;

- температура охлажденной воды от +10,0 до +36,5 °С;

- температура воздуха в башне градирни над оросителем от +10,0 до +36,5 °С.

В правой части функций (2.1) разность краевых энтальпий Dh = h₂ - h₁ определяется из уравнения теплового баланса градирни:

                                                               (2.2)

где Dt - перепад температур воды, °С;

l - удельный расход воздуха, кг/кг воды;

с_ж - теплоемкость воды, ккал/кг °С;

k - коэффициент уравнения, равный в среднем 0,96.

Удельный расход воздуха l является критерием динамики двухфазного потока (вода-воздух).

Для башенных градирен его величина определяется по уравнению Л.Д. Бермана:

                                                   (2.3)

 

3 ПОРЯДОК ПОСТРОЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

 

3.1 Построение нормативных характеристик производится на основании результатов балансовых испытаний градирен. Балансовыми испытаниями определяются параметры и их соотношения, формирующие процессы тепломассообмена и охлаждения и их динамику в зависимости от изменения внешних воздействующих условий.

3.2 Нормативные характеристики представляются в виде графической зависимости температуры охлажденной воды от изменения тепловой нагрузки градирни и температуры воздуха по мокрому термометру. Температура мокрого термометра представляет на графике линию теоретического предела охлаждения, что позволяет оценивать возможности градирни по приближению температуры охлажденной воды к теоретически возможной глубине ее достижения.

3.3 По опытным данным входящий в него общий коэффициент сопротивления x для башенных градирен в значительной степени колеблется. Как известно, на величину коэффициента x оказывает влияние скорость ветра (примерно по линейной зависимости). Поэтому необходимо для расчета определить среднеарифметический коэффициент x по результатам балансовых испытаний градирни, соответствующий средней скорости ветра. Расчеты технологических характеристик производятся для этого среднеарифметического постоянного значения x.

Согласно опытным данным, общий коэффициент сопротивления градирни можно определить и по уравнению:

                                    (3.1)

Подставляя опытные значения величин в правую часть уравнения, для каждого опыта определяется x, и по всем опытам - среднеарифметическая его величина, которая примерно равняется среднеарифметической величине x, полученной по результатам балансовых испытаний градирни. Такое сопоставление необходимо для проверки точности определения x перед началом расчета характеристики градирни.

3.4 Нормативная характеристика охлаждения воды в градирне выражается аналитической зависимостью:

                                           (3.2)

где

Коэффициенты "а" и "в" находятся по результатам балансовых испытаний путем графического построения функции , из которой находится коэффициент "n" как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. По коэффициенту "n" определяются коэффициенты:

а = n - 0,135 и в = n - 1.

3.5 Пример: по балансовым испытаниям гиперболической градирни площадью 1600 м² с полимерным оросителем решетчатой конструкции ИК-100 (ИРВИК) высотой 1,2 м получилась прямая зависимости .

Тангенс угла наклона ее к оси абсцисс составляет n = 1,21.

По известному n определяются:

а = 1,21 - 0,135 = 1,075 и в = 1,21 - 1,00 = 0,21.

По среднему барометрическому давлению атмосферного воздуха площадки расположения градирни определяется постоянная С по формуле

С = 1,72 - Р_Бср.

Например: для г. Липецка Р_Бср = 745 мм рт. ст. = 1,01 кг/см², следовательно, С = 1,72 - 1,01 = 0,71.

Из балансовых испытаний известны общий коэффициент сопротивления градирни x_ср и действующая высота тяги башни Н_д, по которым определяется величина . Величина Н_д находится по формуле

Н_д = Н_б + 0,5Н_ср,

где Н_б - высота башни над оросителем;

Н_ср - высота оросителя, м.

Из балансовых испытаний рассматриваемой градирни средний коэффициент аэродинамического сопротивления x_ср = 73,7 при средней скорости ветра 3,46 м/с, Н_д = 50,7 м. Соотношение

Полученные значения а и в, С и А подставляются в формулу (3.2), которая приобретает вид зависимости конкретной градирни:

По полученной зависимости производится построение линий тепловых нагрузок основного графика для произвольно выбранных значений тепловой нагрузки, например, для 30, 50, 70, 90, 110 и 130 Мкал/м²×ч или при соответствующем пересчете кВт/м²×ч.

Для каждого значения тепловой нагрузки уравнение сначала решается относительно t при различных значениях х = t₂ + t. Значения х выбираются в диапазоне от +10 до +70 °С с интервалом 10 °С.

По найденным значениям t определяется соответствующая температура охлажденной воды t₂ = х - t.

По полученным t и t₂ производится построение линий основного графика для значений тепловой нагрузки qDt: 30, 50, 70, 90, 110 и 130 Мкал/м²×ч.

3.5.1 Поправочный график на температурный перепад рассчитывается по зависимости:

3.5.2 Для построения поправочного графика на влажность воздуха расчет повторяется для произвольно заданных параметров относительной влажности воздуха , где j - влажность воздуха задается произвольно в относительных единицах, например, 0,20; 0,40; 0,60; 0,80 и 1,0.

Вычисляются разности рассчитанных температур охлажденной воды по формуле (3.2) для различной j и найденных температур по основному графику при j = 0,5. По этим разностям выполняется построение поправочного графика на влажность воздуха.

Построенные графики: основной и поправочные на j и Dt сверяются с опытными данными испытания градирни, для которой они рассчитывались.

По разности между фактическими температурами охлажденной воды и найденными по основному графику с поправками на j и Dt уточняется поправочный график на влияние ветра. Вид построенной нормативной характеристики показан на рисунке 1.

 

 

 

Рисунок 1 - Нормативная характеристика градирни

 

На основном графике (А) характеристики показана основная зависимость температуры охлажденной воды от температуры наружного воздуха по смоченному термометру t и удельной тепловой нагрузки градирни qDt.

Данный вид характеристики удобен не только для нормирования градирни, но и оценки ее конструктивной эффективности по приближению к теоретическому пределу охлаждения. Это основная зависимость, обозначена буквой "А" и построена для постоянных значений:

- температурного перепада Dt = 10 °С;

- относительной влажности воздуха j = 50%;

- скорости ветра 1,6 м/с.

К основному графику даны графики поправок:

- "а" на температурный перепад D_t;

- "б" на влажность воздуха D_j;

- "в" на скорость ветра D_w.

3.6 Определение температур охлажденной воды по характеристике производится в следующей последовательности:

а) По основному графику "А" в зависимости от площади градирни и конструкции оросителя определяется температура охлажденной воды t₂ для заданной температуры воздуха по смоченному термометру t и заданных значений удельной тепловой нагрузки градирни qDt.

б) По графику "а" определяется поправка D_t для заданного температурного перепада Dt, так как основной график построен для Dt = 10 °С.

в) На графике "б" определяется поправка D_j на влажность воздуха j.

г) По графику "в" определяется поправка D_w на скорость ветра.

д) Найденные значения поправок суммируются со своим знаком с температурой охлажденной воды, найденной по основному графику "A". Значение расчетной температуры охлажденной воды составляет: