Абразивный износ трубопроводов пневмотранспортных установок систем золошлакоудаления и пылеприготовления ТЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Путилова, Ирина Вячеславовна

• Путилова, Ирина Вячеславовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Путилова, Ирина Вячеславовна

ПЕРЕ СИМ1 ЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ЗОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ.

ВВЕД £НИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА ТРУБОПРОВОДОВ УСТАНОВОК ПНЕВМОТРАНСПОРТА МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Краткая характеристика абразивного износа трубопроводов.

1.2. Обзор и анализ зависимостей для расчета абразивного износа трубопроводов установок пневмотранспорта мелкодисперсных сыпучих материалов.

1.3. Абразивный износ конвективных поверхностей нагрева котла.

2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ НЕЗАВИСИМЫХ ФАКТОРОВ НА АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС ТРУБОПРОВОДОВ УСТАНОВОК ПНЕВМОТРАНСПОРТА МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ.

3. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА УДЕЛЬНОГО АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ ПНЕВМОТРАНСПОРТЕ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Аналитические исследования сходимости экспериментальных данных с результатами расчетов удельного абразивного износа по существующим зависимостям.

3.2. Разработка плана факторного эксперимента по исследованию механизма абразивного износа трубопроводов.

3.3. Разработка зависимости для расчета удельного абразивного износа пневмотпанспоптных тоубопооводов.

3.3.1. Исследование влияния к.,., на Si,.

3.3.2. Исследование влияния содержания кремния на 8и.

3.3.3. Исследование влияния крупности, формы и массы частиц на 8h ,, ,

3.3.4. Исследование влияния (J\i и U на 6и.

3.3.5. Оценка погрешности зависимости для расчета удельного линейного абразивного износа трубопроводов.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ ПНЕВМОТРАНСПОРТЕ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Режимные мероприятия.

4.1.1. Проворот прямолинейных горизонтальных и наклонных трубопроводов вокруг их оси.

4.1.2. Транспортирование пылевоздушного потока с оптимальными параметрами .

4.2. Конструктивные мероприятия.

4.2.1. Оптимизация формы фасонных участков трубопроводов.

4.2.2. Выполнение участков аэродинамической стабилизации потоков на входе и выходе из поворотов.

4.2.3. Применение антиабразивных вставок в колена поворотов трубопроводов .

4.2.4. Применение камнелитых изделий.

4.2.5. Использование труб с алюмотермическим покрытием.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Абразивный износ трубопроводов пневмотранспортных установок систем золошлакоудаления и пылеприготовления ТЭС»

Утилизация отходов энергетического производства - одна из основных проблем современных ТЭС. Особенно остро эта проблема стоит перед твердотопливными электростанциями, сжигающими уголь, торф и сланцы, так как наряду с оксидами азота и серы, как и у газовых ТЭС, на них ежегодно образуется около 25 млн. т золошлаков [4]. В отчетах РАО «ЕЭС России» за 2001 и 2002 гг. отсутствуют сведения об объемах образования и полезного использования золошлаков ТЭС электроэнергетики. По оценочным данным [4] относительный объем полезного использования золошлаков ТЭС РАО «ЕЭС России» 2001 г. составлял 18,2, а в 2002 г. - 19,1 % годового выхода, и с каждым годом этот показатель растет. Следует отметить, что в целом по странам Европейского сообщества без новых членов уровень полезного использования золошлаков составляет около 90 % от объемов их образования [5].

В целом по отрасли около 85 % золошлаков транспортируется в виде пульпы низкой концентрации для размещения на гидрозолоотвалах, которые являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды при производстве энергии. Основными недостатками систем гидрозолоудаления являются: большие удельные расходы воды на перекачку золовой пульпы; отрицательное воздействие на воздушный бассейн (пыление золоотвалов), водный бассейн (загрязнение подземных и поверхностных вод оборотными и фильтрационными водами золоотвалов), изменение химико-минералогического состава почв, аварии золоотвалов; изъятие из рационального землепользования площадей под золоотвалы; ухудшение потребительских свойств золы; зарастание золопроводов при транспортировании высококальциевых зол [6].

Для успешного решения проблемы утилизации золошлаков и нанесения минимального экологического ущерба окружающей среде необходимо применять системы пневматического транспортирования золы и угольной пыли ТЭС [7]. На ТЭС существуют различные схемы пневмозолоудаления: напорная, вакуумная, вакуумно-напорная и схема самотечной отгрузки золы в транспорт потребителя из-под бункеров электрофильтров. На ТЭС преимущественно применяют напорные системы пневмозолоудаления, имеющие дальность транспортирования до 1000 м. Основным недостатком систем пневмозолоудаления является повышенный абразивный износ горизонтальных и, особенно, фасонных участков пнев-мотранспортных трубопроводов.

Надежность и экономичность систем ЗШУ в значительной мере зависит от абразивного износа основного оборудования: насосов, трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Вопрос абразивного износа трубопроводов систем ЗШУ и пылеприготовления до настоящего времени являлся недостаточно проработанным, вследствие чего по заданию РАО "ЕЭС России" на кафедре КУиЭЭ МЭИ разработан отраслевой нормативный документ "Методические указания по расчету и рекомендации по снижению абразивного износа пневмотранспортных трубопроводов систем пылеприготовления и золошлакоудаления ТЭС" [1].

Целью настоящей работы является исследование абразивного износа трубопроводов при пневмотранспорте мелкодисперсных сыпучих материалов с учетом влияния основных независимых факторов с целью разработки зависимости для расчета величины абразивного износа трубопроводов пневмотранспортных установок систем ЗШУ и пылеприготовления ТЭС. Разработка оптимальной формы колен поворотов трубопроводов.

В первой главе выполнен обзор и анализ научно-технических источников по вопросу абразивного износа трубопроводов пневмотранспорта угольной пыли, золы ТЭС, а также других мелкодисперсных сыпучих материалов.

Во второй главе произведена оценка влияния основных независимых факторов на абразивный износ трубопроводов установок пневмотранспорта мелкодисперсных сыпучих материалов.

В третьей главе приведены теоретические предпосылки для расчета удельного абразивного износа пневмотранспортных трубопроводов систем ЗШУ и пылеприготовления ТЭС. На основании проведенного анализа экспериментальных данных разработана зависимость для расчета показателей абразивного износа.

В четвертой главе рассмотрены режимные и конструктивные мероприятия по снижению абразивного износа фасонных участков трубопроводов систем ЗШУ и пылеприготовления ТЭС.

Основные результаты исследования механизма абразивного износа различных мелкодисперсных сыпучих материалов были использованы:

• при разработке руководящего документа РАО «ЕЭС России» «Методические указания по расчету и рекомендации по снижению абразивного износа пнев-мотранспортных трубопроводов систем пылеприготовления и золошлакоуда-ления ТЭС» РД 153-34.1-27.512-2001, Москва;

• слушателями центра подготовки и переподготовки специалистов ЦППЭЭ МЭИ при расчете системы золошлакоудаления Каширской ГРЭС-4.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Путилова, Ирина Вячеславовна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для снижения абразивного износа трубопроводов пневмотранспортных установок следует применять режимные и конструктивные мероприятия.

2. Максимальная эффективность от внедрения противоабразивных рекомендаций достигается при сочетании режимных и конструктивных мероприятий.

3. Применение труб с алюмотермическим покрытием для установки на наиболее изнашиваемых прямолинейных участках и изготовление фасонных участков трубопроводов позволяет снизить вероятность остановов пневмотранспортных установок по причине абразивного износа в 100 раз и более, а применение камнелитых изделий для тех же целей - не более, чем в 10 раз по сравнению с обычно используемыми материалами для строительства трубопроводов.

4. Обоснована и разработана оптимальная форма колена поворота трубопровода, которая свидетельствует о следующем:

- ее использование позволяет не только существенно снизить абразивный износ, но и уменьшить аэродинамические потери в колене;

- ранее существовавшее представление о неизменности радиусов колен поворотов является ошибочным с точки зрения оптимальности аэродинамических потерь и абразивного износа;

- рекомендуемый в справочной литературе диапазон радиусов колен поворотов от 3 до 10 является весьма широким и недостаточно обоснованным, поэтому лучше пользоваться соотношениями, приведенными в п.4.2.1.2.

5. При проектировании и изготовлении фасонных участков трубопроводов пневмотранспортных установок рекомендуется использовать методологию оптимизации их параметров, изложенную для колен поворотов трубопроводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате обзора и анализа зависимостей по расчету абразивного износа пневмотранспортных трубопроводов установлено, что отсутствует возможность их применения, поскольку они содержат большое количество эмпирических коэффициентов, для которых не приведены численные значения или методики расчета, или качество имеющихся зависимостей неудовлетворительно (погрешность более 7900 %). Поэтому проведены дополнительные исследования с целью разработки зависимости для расчета абразивного износа трубопроводов, учитывающей влияние основных независимых факторов во всем диапазоне изменения их количественных характеристик.

2. В результате проведения многофакторных исследований во всем диапазоне изменения совокупности основных независимых факторов разработаны зависимости для расчета удельного абразивного износа горизонтальных (наклонных) и вертикальных трубопроводов при пневмотранспорте мелкодисперсных сыпучих материалов, имеющие удовлетворительную сходимость с результатами экспериментальных исследований.

3. Уточнены зависимости для расчета коэффициента относительной износостойкости металлических трубопроводов и влияния критерия аэродинамической легкости на абразивный износ трубопроводов, при использовании которых результаты расчета абразивного износа трубопроводов имеют значительно лучшую сходимость с данными экспериментальных исследований различных авторов.

4. Разработаны выражения для расчета скоростей потока частиц транспортируемого материала в зависимости от соотношения транспортных и критических скоростей воздуха.

5. Впервые решена задача по расчету эксплуатационной толщины стенки трубопроводов при пневмотранспорте мелкодисперсных сыпучих материалов.

6. Выбор скоростей воздуха в пневмотранспортных установках должен осуществляться по результатам сопоставительного анализа абразивного износа и энергозатрат на перемещение материала. На ТЭС, как правило, скорость потоков в пневмотранспортных трубопроводах значительно превышает оптимальную, что приводит к повышенному абразивному износу.

7. Обоснована и разработана оптимальная форма колена поворота трубопровода, которая свидетельствует о следующем:

- ее использование позволяет не только существенно снизить абразивный износ, но и уменьшить аэродинамические потери в колене;

- ранее существовавшее представление о неизменности радиусов колен поворотов является ошибочным с точки зрения оптимальности аэродинамических потерь и абразивного износа;

- рекомендуемый в справочной литературе диапазон радиусов колен поворотов трубопроводов от 3 до 10 является весьма широким и недостаточно обоснованным, поэтому лучше пользоваться соотношениями, приведенными в п.4.2.1.2. диссертации.

8. При проектировании и изготовлении фасонных участков трубопроводов пневмотранспортных установок рекомендуется использовать методологию оптимизации их параметров, изложенную для колен поворотов трубопроводов.

9. Установлено, что применение труб с алюмотермическим покрытием позволяет снизить абразивный износ в 100 и более раз, а камнелитых изделий — не более чем в 10 раз по сравнению со стальными трубопроводами. Максимальный эффект по снижению абразивного износа достигается при внедрении комплекса режимных и конструктивных мероприятий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Путилова, Ирина Вячеславовна, 2004 год

1. РД 153-34.1-27.512-2001. Методические указания по расчету и рекомендации по снижению абразивного износа пневмотранспортных трубопроводов систем пылеприготовления и золошлакоудаления ТЭС / В.Я. Путилов, И.В. Путилова, Б.Л. Вишня и др. М.: МЭИ (ТУ), 2001.

2. Песок стандартный для испытания цементов (эталон) ГОСТ 6139-91. М. Изд-во стандартов, 1992.

3. Путилов В.Я. Аэродинамика систем напорного пневмотранспорта золы тепловых электростанций. Автореферат диссертации на соискание учебной степени канд. техн. наук.-М.: МЭИ, 1992, 20 с.

4. Putilov V.Ya., Putilova I.V. Utilization of TPP ASM of Russian JSC "UES of Russia" // IX International Conference «Ashes from power generations», October, 811, 2002, Ustron (Poland), publishing house BIG (Szczetcin), P.389-399.

5. Боричев К.П., Путилов В.Я., Путилова И.В. и др. Влияние золошлакоотвалов на окружающую среду // Международная научно-практическая конференция «Экология Энергетики-2000», 18-20 октября 2000 г., Москва, Изд-во МЭИ, М., с.193-196.

6. Боричев К.П., Путилов В.Я., Путилова И.В. и др. Экологически приемлемые системы золошлакоудаления ТЭС // Международная научно-практическая конференция «Экология Энергетики-2000», 18-20 октября 2000 г., Москва, Изд-во МЭИ, М., с. 197-200.

7. Прохоров В.Б., Путилов В.Я., Путилова И.В. и др. Научное обоснование концепции и методов оптимизации структуры и параметров перспективных энергоблоков ТЭС: заключительный отчет, №Г.Р.01200001463.-М.:МЭИ.-2002. 157 с. Отчет по НИР МЭИ, (заключительный).

8. Смелтвер, Гулден, Комптон. Механизмы эрозии металлов при ударном действии пыли // Теоретические основы инженерных расчетов. 1970, №3, С. 225-238.

9. NeiIson J.H., Gilkrist A. Erosion by a Stream of Solid Particles // Wear, 1968, V. 11, pp. 111-122.

10. M.Finnie I. Erosion of surfaces by solid particles // Wear, 1960, №3 pp 87-103.

11. Sundararajan G., Shewmon P.G. A new Model for the Erosion of Metals at Normal Incidence // Wear, 1983, V. 84, №2, pp 237-258.

12. Beckmann G. Eine Modification der Verschleibgrundgleichung // Schmierungstechnik, 1978, V. 9, №12, pp 353, 362-365.

13. Beckmann G., Golzmann I. Strahlverschleib von Metall // Schmierungstechnik, 1979, V. 10, №3, pp 73-77.

14. Путилов В.Я., Путилова И.В. Расчет абразивного износа трубопроводов пневмотранспортных установок золы и угольной пыли ТЭС. Теплоэнергетика, №9, 2003, с.60-67.

15. Shimoda К., Yukawa Т. Erosion of pipe in pneumatic conveyer // International Conference of Erosion by Solid and Liquid Impact, Cambridge, 1983, pp. 59-1-59-8.

16. Wahl H., Hartstein F. Strahlverschleiss. Stuttgart, Franksche Verlagsbuchhandlung 1946. Wahl H.: Verschleisstechnik. Die Technik 3 (1948) S. 193 -204.

17. Ernst H., Merchant M.E. // Conf. on friction and surface finish. Mass. Inst. Techn., 1940, p. 76.

18. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. -Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003.

19. Кузнецов Н.В. Рабочие процессы и вопросы усовершенствования конвективных поверхностей котельных агрегатов, М. JL: Госэнергоиздат, 1958.

20. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел, М., Наука, 1970.

21. Мюллер Э., Польтир К. Износ пневмотранспортных трубопроводов. Черные металлы, 1964, №21, С. 32-39.'

22. Дунаев Н.Е., Кудрявцева З.М., Кузнецов Ю.М. Вдувание пылевидных материалов в доменные печи, М., Металлургия, 1977, 208 с.

23. Попов А.Г. Износостойкость труб поверхностей нагрева котлов // Теплоэнергетика, 1988, №11, С. 61-63.

24. Agarwal V., Mills D., Mason J.S. Some Aspects of Bend erosion in pneumatic conveying system pipelins // Bulk Solids Handling, 1985, V. 5, №5, pp. 1085-1090.

25. Markus R. Wear in freight pipelines a limiting factor // South African Mechanical Engineer, 1984, V. 34, №3, pp. 80-86.

26. Попов А.Г. Износ стали 20'золой экибастузского угля. // Теплоэнергетика, 1987, №8, с. 40-44.

27. ЗЬЛанков А.А. Эрозионное разрушение материалов при рикошетировании потока твердых сферических частиц. «Трение и износ». 1992 г. Т. 13, № 1.

28. Клейс И.Р., Кангур К.Ф. «Трение и износ». 1987. Т. 8, № 4. С. 605 614.

29. Sheldon G.L., Kanhere A. "An investigation of Impingement Erosion Using Single Particles". Wear 21, 1972. pp. 195-209.

30. Минулин P.C. Золовой износ поверхностей нагрева при работе котлов на экибастузском угле. // Информ. листок №Т-12/72. Ротапринт СЦНТИ ОРГРЭС, 1972,4с.

31. Путилов В.Я., Прохоров В.Б., Путилова И.В. Анализ абразивного износа трубопроводов при пневмотранспорте мелкодисперсных сыпучих материалов. Теплоэнергетика, №1, 2003, с.61-67.

32. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Под редакцией Кузнецова Н.В. М., Энергия, 1973.

33. Догин М.Е., Кучма М.П. Пневматический транспорт абразивных материалов, М., Металлургия, 1965, 44 с. с ил.

34. Shook С.А., Gosh S.K., Pilling F.E. Wall Erosion in slukky conette flow // Journal of Pipelines, 1984, V.4, №3, pp. '207-212.

35. Gulden M.E. "Influence of Brittle to Ductile Transition on Solid Particles Erosion

36. Behavior", Proc. 5th Conf. On Erosion by Solid and Liquid Impact (1979) pp.31-1-31-9.

37. Mills D., J.S. Mason. Analysis of Factors Influencing the Premature Failure of Pipe Bends in Pneumatic Conveying Systems. Proc. 2nd Conf. On Pneumatic Conveying, Hungary, March 1978.

38. Bode C., Schaetz H. Eine neue einfache Versuchsanfordnung zur Ermittlung der Partikelgeschwindigkeit bei Strahlverschleissuntersuchungen. Chem. Techn. 18 (1966), S. 93 -98.

39. Утида Н. Основанные на накопленном опыте рекомендации по проектированию трубопроводов пневмотранспорта. // Хайкан гидзюцу, 1982, т. 24, №8, с. 51-59.

40. Виноградов В.Н., Бирюков В.И., Назаров С.И. и др. «Трение и износ». 1981. Т. 2, №4. С. 584-588.

41. Путилов В.Я., Путилова И.В. Зависимость абразивного износа пылепроводов пневмотранспортных установок ТЭС от твердости материала трубы. Известия академии промышленной экологии, № 2, 2004, с.32 37.

42. Конструкционные материалы. Энциклопедия современной техники. Под ред. А.Т. Туманова, т.З. Поковки-янтарь, «Советская энциклопедия», 1965.

43. Сизых В.Я. Разработка метода аэродинамического расчета систем пневмотранспорта золы ТЭС.- Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук.- JI.: ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1982, 20 с.

44. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. 3-е изд., перераб. - М. «Энергия», 1978.

45. ГОСТ 8732-78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Гос. комитет СССР по стандартам, М., 1985.

46. Путилов В.Я., Путилова И.В. Оптимизация параметров колен поворотов трубопроводов пневмотранспортных установок систем золошлакоудаления и пылеприготовления ТЭС. Энергосбережение и водоподготовка, № 2, 2004, с.67-70.

47. Вишня Б.Л., Леденев В.И. и др. Техническое заключение по результатам обследования технического состояния и условий эксплуатации систем пневмозолоудаления и установок отпуска сухой золы потребителям И Свердловск, Уралтехэнерго, 1990, 163 с.

48. Путилов В.Я., Маликова Е.А. Технические предложения по повышению надежности, экономичности и экологичности систем пневмозолоудаления от сухих золоуловителей при раздельном или совместном факельном сжигании углей различных марок. М. МЭИ. 1999.

49. Путилов В.Я., Прохоров В.Б., Путилова И.В. Рекомендации по снижению износа пылепроводов при пневмотранспорте абразивных мелкодисперсных сыпучих материалов. Вестник МЭИ, № 3, 2003, с.29-33.

50. Путилов В.Я., Автономов А.Б., Боричев К.П. и др. Методика оценки технико-экономических показателей систем золошлакоудаления ТЭС с учетом экологических требований (РД 34.02.103-98) НТФ "Энергопрогресс", Москва, 1997г., 79 стр.