Исследование и оптимизация аэродинамики газоходов и дымовых труб ТЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат наук Григорьев, Илья Викторович

• Григорьев, Илья Викторович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Григорьев, Илья Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ГАЗОВЫХ ТРАКТОВ ТЭС, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ОПИСАНИЕ МЕТОДА И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор работ по аэродинамической оптимизации и метод 11 расчета газового тракта ТЭС

1.2. Методы исследования аэродинамики газовых трактов, математическая модель исследования

1.3. Постановка задачи исследования

1.4. Выводы по главе

ГЛАВА 2. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ УЗЛА ВВОДА ГАЗОХОДОВ В ГАЗООТВОДЯЩИЙ СТВОЛ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ ПОСТОЯННОГО СЕЧЕНИЯ

2.1. Компьютерное моделирование течения газового потока при одностороннем вводе газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения

2.2. Компьютерное моделирование течения газового потока при двухстороннем вводе газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения

2.3. Выводы по главе

ГЛАВА 3. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ГАЗОХОДОВ

НА УЧАСТКЕ ОТ ВЫХОДА ИЗ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ДО ДЫМОСОСОВ

3.1. Исходный вариант выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа

3.2. Рекомендуемый вариант выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа без изменения положения дымососа (вариант № 1)

3.3. Рекомендуемый вариант выполнения участка газового тракта

от электрофильтра до дымососа с изменением положения дымососа (вариант № 2)

3.4. Оценка экономического эффекта от проведения реконструкции газоходов на участке от выхода из электрофильтров до входа в дымососы

3.5. Выводы по главе

ГЛАВА 4. СНИЖЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ЗА СЧЕТ ПЕРЕВОДА ЧАСТИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА В ГАЗОХОД ПИКОВЫХ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ

4.1. Описание газовых трактов энергетического котла и пиковых водогрейных котлов

4.2. Аэродинамические расчеты газового тракта энергетического и пиковых водогрейных котлов

4.3. Схема перевода части дымовых газов из газохода энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов

4.4. Оценка экономического эффекта от перевода части дымовых газов энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов

4.5. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение I. Акт о внедрении рекомендаций по выполнению узла

ввода газоходов в дымовые трубы

Приложение II. Акт о внедрении рекомендаций по снижению

аэродинамического сопротивления газового тракта котла ТГМП-314

Приложение III. Результаты компьютерного моделирования течения газового потока при одностороннем вводе газоходов в дымовую трубу постоянного сечения

Приложение IV. Результаты компьютерного моделирования течения газового потока при двухстороннем вводе газоходов в дымовую трубу

постоянного сечения

Приложение V. Эскизы варианта № 1 выполнения участка газоходов от выхода из электрофильтра для входа в дымосос

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и оптимизация аэродинамики газоходов и дымовых труб ТЭС»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

В эксплуатации находится большое количество котлов с высоким аэродинамическим сопротивлением газового тракта, что не позволяет котлам нести номинальную нагрузку. Это вызвано установкой на котлах дополнительного оборудования (глушители шума и т.п.), изменением вида и характеристик топлива, техническими ошибками при проектировании или реконструкцией поверхностей нагрева котлов. Недовыработка электрической энергии, вызванная снижением нагрузки котлов вследствие высокого аэродинамического сопротивления газового тракта, приводит к снижению прибыли. Снижение аэродинамического сопротивления газового тракта котла приводит так же к снижению затрат электроэнергии на привод дымососов, и, как следствие, увеличению коэффициента полезного действия котла нетто.

Цели и задачи диссертации

Основными задачами исследования являются снижение аэродинамического сопротивления газового тракта котлов за счет оптимизации аэродинамики отдельных узлов газового тракта ТЭС, а так же разработка и применение метода снижения аэродинамического сопротивления газового тракта основанного на переводе части дымовых газов из газоходов энергетического котла в газоходы пиковых водогрейных котлов.

Объектами исследования выбраны следующие узлы газового тракта

ТЭС:

• Ввод газоходов в газоотводящий ствол дымовой трубы постоянного сечения (при одностороннем и двухстороннем вводе);

• Участок от выхода из электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки;

• Участок перевода части дымовых газов из газоходов энергетического котла в газоходы пиковых водогрейных котлов.

Научная новизна

В работе приведены научно обоснованные рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению узлов одностороннего и двухстороннего вводов газоходов в дымовые трубы постоянного сечения, изготовленные из стеклопластика. Дымовые трубы из стеклопластика нашли широкое применение в последние годы, а рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению узлов ввода газоходов в такие дымовые трубы до настоящего времени не были разработаны. В работы получены зависимости коэффициента местных потерь для участка ввода газоходов в дымовую трубу от углов наклона верхней и нижней стенок газоходов вводимых в дымовую трубу, расстояния от начала наклона верхней стенки газохода до дымовой трубы, являющиеся новыми.

В диссертации разработаны два варианта выполнения участка газового тракта блока 300 МВт от электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки. При замене действующих электрофильтров на новые с большей степенью золоулавливания могут возникать зоны с повышенным аэродинамическим сопротивлением газового тракта. В случае проектирования узла в условиях стесненной компоновки один нестандартный элемент следует за другим, что не позволяло определить аэродинамическое сопротивление и выполнить оптимизацию аэродинамики этого участка газового тракта без проведения исследований на физических или математических моделях. До настоящего времени отсутствовали рекомендации по выполнению данного участка в условиях стесненной компоновки.

До настоящего времени рекомендации по выполнению перевода части дымовых газов из газоходов энергетических котлов в газоходы пиковых водогрейных котлов отсутствовали, а данное техническое решение не применялось. В работе приводятся расчеты, подтверждающие эффективность такого способа снижения аэродинамического сопротивления газового тракта, определены условия, определяющие возможность и границы применения

данного метода, а так же рекомендации по оптимальному аэродинамическому его выполнению.

Методы исследования

Исследования проводились методом математического моделирования с применением специализированных программных комплексов. Компьютерное моделирование течения газов в элементе газового тракта проходит в два этапа. На первом этапа проводилось ЗБ проектирование элемента с использование программного комплекса ЗоНёХУогкз. В ходе второго этапа задавались граничные условия, режим течения и проводилось моделирование течения газов с помощью программного комплекса Бк^Ушоп. Далее полученные в ходе моделирования данные обрабатывались, анализировались и структурировались. При наличии возможности проводились аэродинамические испытания на работающих котлах, и результаты испытаний сравнивались с результатами, полученными при моделировании. Рассчитывалось расхождение полученных результатов, анализировалась причина расхождения.

Достоверность научных положений

В диссертационной работе выполнено сравнение значений коэффициентов местных сопротивлений для поворотов газоходов на 90° при различном их выполнении, полученных с помощью программного комплекса ИошУшоп с данными, приведенными в нормативной литературе для поворота газохода на 90°. Максимальное расхождение составило не более 10%.

Проведено сравнение результатов расчета с помощью программного комплекса Р1ошУшоп аэродинамических потерь давления для участка газового тракта от электрофильтра до дымососа с результатами натурных испытаний на работающем котле. Расхождение составило 8 %.

ПК Р1о\уУшоп широко используется ведущими российскими научно-исследовательскими институтами и конструкторскими бюро для исследования аэродинамики потоков, имеет сертификат соответствия Госстандарта России.

Научные положения, выносимые на защиту:

• Результаты компьютерного моделирования течения газов на участке ввода газоходов в дымовую трубу с газоотводящим стволом постоянного сечения для одностороннего и двухстороннего ввода в дымовые трубы.

• Зависимости коэффициентов сопротивления для участков ввода газоходов в дымовые трубы с газоотводящими стволами постоянного сечения при различном выполнении этого участка для одностороннего и двухстороннего ввода газоходов.

• Результаты компьютерного моделирования для блока 300 МВт течения газов на участке от электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки и рекомендации по оптимальному выполнению этого участка газового тракта.

• Обоснование возможности применения метода снижения аэродинамического сопротивления газового тракта энергетического котла путем перевода части газов из газохода энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов. Схема перевода газов. Результаты компьютерного моделирования течения газов на участке перевода газов.

Практическая ценность и область применения результатов

Разработанные в диссертации рекомендации по вводу газоходов в дымовые трубы с газоотводящими стволами постоянного сечения широко применяются при проектировании и строительстве дымовых труб. Рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению участка газового тракта от выхода из электрофильтра до входа в дымосос переданы на Троицкую ГРЭС для внедрения. Разработанные в диссертации рекомендации по переводу части дымовых газов энергетического котла ТГМП-314 в газоход пиковых водогрейных котлов внедрены на ТЭЦ-23 ОАО Мосэнерго. Внедрение рекомендаций позволяет снизить аэродинамическое сопротивление газового тракта, что приводит к снижению затрат электрической энергии на привод

тягодутьевых машин, и в некоторых случаях к увеличению располагаемой мощности энергетического оборудования.

Личный вклад автора заключается в разработке расчетных моделей, проведении компьютерного моделирования, анализе и обобщении полученных в ходе моделирования результатов. Автором разработаны рекомендации по проектированию узла ввода газоходов в дымовую трубу постоянного сечения при одностороннем и двухстороннем вводе газоходов. Разработаны рекомендации и схемы оптимального аэродинамического выполнения участка газового тракта от электрофильтра до дымососа в условиях стесненной компоновки. Для снижения аэродинамического сопротивления газового тракта энергетического котла предложено перевести часть газов в газоход пиковых котлов. Определены условия, определяющие возможность применения данного метода и разработана методика по определению объемного расхода газов, который может быть переведен в газоход пиковых котлов. Разработаны рекомендации по оптимальному аэродинамическому выполнению этого участка газового тракта.

По результатам диссертации имеется 7 публикаций, в том числе три публикации в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК (Теплоэнергетика №3, 2012; Вестник МЭИ №5, 2013; Энергосбережение и водоподготовка №2, 2014). В Роспатенте зарегистрирована база данных мониторинга энергетических и экологических показателей объектов теплоэнергетики на территории Москвы. Наименования публикаций приведены в библиографическом списке под номерами [13-16,31,32,72,73].

Апробация и внедрение результатов

Результаты работы докладывались на 17-ой, 18-ой, 19-ой и 20-й международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (2011 -2014 гг., Москва).

Результаты исследования, отраженные в главе 2, были непосредственно использованы при проектировании 10 дымовых труб и продолжают использоваться при проектировании новых дымовых труб.

Результаты, изложенные в главе 3, переданы руководству Троицкой ГРЭС и в настоящее время рассматривается вопрос о реконструкции газового тракта. Предлагаемая в главе 4 диссертации схема перевода дымовых газов внедрена на ТЭЦ-23 ОАО «МОСЭНЕРГО».

По фактам внедрения результатов диссертационной работы имеются акты внедрения (ПРИЛОЖЕНИЯ I, II).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и пяти приложений. Содержание работы изложено на 143 страницах печатного текста, содержит 53 рисунка и 17 таблиц. В списке литературы значатся 87 наименований.

1. ОБЗОР РАБОТ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ГАЗОВЫХ ТРАКТОВ ТЭС, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ОПИСАНИЕ МЕТОДА И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор работ по аэродинамической оптимизации и методика расчета газового тракта ТЭС

Исследованию аэродинамики газовоздушных трактов ТЭС посвящено большое количество работ. Большой вклад в исследования аэродинамики газовоздушных трактов ТЭС был внесен профессором Рихтером Л.А. и его учениками и последователями (Гавриловым Е.И., Кормилицыным В.И., Прохоровым В.Б., Волковым Э.П., Саповым Ю.В., Тувальбаевым Б.Г. и др.). Ими был проведен ряд исследований по изысканию форм элементов газовоздухопроводов, таких как: повороты, тройники, подводящие и отводящие газоходы от электрофильтров и регенеративных воздухоподогревателей, вводы газоходов в дымовые трубы [39,40,45,49,52,53,68]. Были проведены исследования аэродинамики дымовых труб [5,35,36,38,50], определены условия возникновения избыточного статического давления и способы его устранения, исследованы характеристики диффузоров, устанавливаемых на дымовых трубах [41,43,51], определены темпы снижения прочностных характеристик конструкционных материалов дымовых труб [69]. Изучены причины и условия самоокутывания дымовых труб [42] и методы защиты дымовых труб от самоокутывания [67]. Много работ было посвящено выбору дымовых труб в зависимости от типа подключаемого к ним оборудования [57,76], и исследованию подъема дымового факела над устьем газоотводящих труб [6,71]. Изучены особенности работы дымовых труб и их элементов в условиях переменной температуры уходящих газов [22]. Так же проводились исследования по изучению влияния скорости дымовых газов на технико-экономические показатели работы [54,56], аэродинамических факторов на эффективность работы электрофильтра [37,46,48] и многие другие. В книге Рихтера Л.А. «Газовоздушные тракты тепловых электростанций» [44]

1 о

экспериментальные данные по отдельным элементам собраны и структурированы, подводится теоретическая база под конструирование важнейших элементов газовоздушных трактов и рассматривается их взаимная связь и компоновка. Особое внимание в этой книге уделяется аэродинамической проработке элементов. В книгах Идельчика И.Е. «Аэродинамика технологических аппаратов» и «Справочник по гидравлическим сопротивлениям» [18,19] собрано большое количество сведений о правильном в аэродинамическом плане выполнении подводов, отводов и распределении потока по сечению аппаратов.

Для газовоздушных трактов ТЭС и котельных характерно турбулентное

5 7

движение при 11е=10 — 10 . Однако скорости сравнительно не высоки (число Маха М<0,1), вследствие чего поток рассматривается несжимаемым. Пограничный слой может быть как ламинарным, так и переходить в турбулентный [44]. При Яе>1 -105 наблюдается явление автомодельности, то есть не зависимость траектории движения газа и сопротивления движению от скорости движения газа.

В книге «Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод)» [4] по редакцией Мочана С. И. дана методика расчета газового тракта котла, согласно которой аэродинамическое сопротивление газового тракта складывается из аэродинамического сопротивления всех элементов, входящих в его состав:

ЛРг.тр = АР„+ АРРВП + АРэф + АРгаз + АРтр + Рд0, (1.1)

где АРК, АРРвп, АРгаз, АРтр- соответственно аэродинамическое сопротивление

котла, регенеративного воздухоподогревателя, внешних газоходов и дымовой трубы, Па; АРэф- аэродинамическое сопротивление электрофильтра с

подводящими и отводящими газоходами, Па; Рд$- динамическое давление на выходе из дымовой трубы (потери с выходной скоростью), Па.

Располагаемый напор определяется по формуле

Р = Р 4- Р г расп дым ' 1 с

(1.2)

где Р^ым, Рсам~ Давление, развиваемое дымососом и самотяга газового тракта,

Если условие (1.3) не выполняется, то котел должен снизить нагрузку. При этом объемный расход газов снижается, что приводит к снижению скорости газов и снижению аэродинамических потерь в газовом тракте.

Аэродинамические потери в любом элементе газового тракта состоят из местных потерь и потерь на трение. Местные аэродинамические потери возникают при поворотах потока, изменениях сечения газоходов, при объединении потоков. При поворотах потока, происходит его отрыв от стенки канала (особенно на внутренней стороне канала), образуются вихри, что приводит к потере энергии и полного давления потока. Потери энергии возникают и при соударении потоков при их объединении, а также при резком изменении сечения канала. Стенки газоходов имеют шероховатость и, при движении потока, часть энергии теряется при трении о стенки газохода, приводя к потерям на трение.

Местные аэродинамические потери на каждом участке газового тракта в соответствии с [4] рассчитываются по формуле

где коэффициент местных потерь; РдГ динамическое давление газов на рассматриваемом участке газового тракта, Па.

Па.

Для работы котла необходимо выполнение условия

(1.3)

АР =С Р

М) ^ ла с

(1.4)

Динамическое давление газов на рассматриваемом участке газового тракта:

(1.5)

2

где р — плотность среды, кг/м ; со - скорость потока, м/с.

Таким образом, коэффициент местных потерь на участке газового тракта может быть рассчитан по формуле

Для большинства элементов, применяемых в газовом тракте котлов, значения коэффициентов местных потерь приведено в [4,19]. Необходимо отметить, что в [4,19] приводятся коэффициенты местных потерь элементов при наличии входного и выходного участков, длина которых должна составлять I > (8 ... 10)с?экв. При отсутствии входных и выходных участков коэффициенты местных потерь для различных элементов газовоздушного тракта могут значительно отличаться от значений, приведенных в нормативной литературе. Наличие входного и выходного участков позволяет сформировать профиль скорости до и после прохождения элемента. На сложных участках газовоздушных трактов, когда один элемент следует сразу за другим или присутствуют нестандартные элементы, применение для расчета коэффициентов местных потерь из [4,19] может привести к большой погрешности. Поэтому в таких случаях требуется проведение исследований на физической или на математической модели.

Снижение аэродинамического сопротивления можно достигнуть за счет снижения коэффициентов местных потерь на отдельных элементах газового тракта, а также за счет снижения скорости газов. Снижение коэффициентов местных потерь достигается за счет аэродинамической оптимизации выполнения отдельных элементов газового тракта.

Сля

м/

(1.6)

р-со2

В зависимости от выполнения коэффициент местных потерь поворота на 90° без изменения сечения газохода изменяется от 0,25...до 1,5,. т.е. аэродинамические потери давления изменяются в 6 раз. На величину коэффициента местных потерь главным образом влияет отношение радиуса скругления внутренней кромки поворота к ширине газохода (Я / Ь). Чем больше величина Я / Ь, тем меньше коэффициент местных потерь при повороте потока. Учитывая большие габариты сечений газового тракта и стесненность компоновки, выполнить повороты потока с большим радиусом скругления внутренней кромки (Я/Ь>-1) весьма затруднительно, а в ряде случаев не возможно. Поэтому в большинстве случаев для газоходов котлов повороты осуществляют с Я / Ъ = 0,3.. .0,5, что позволяет получить коэффициент местного сопротивления равным 0,27...0,4, что в несколько раз снижает потери давления по сравнению с поворотами газоходов, выполненными с острыми кромками.

Повышенные аэродинамические потери могут возникать при установке диффузоров с большими углами раскрытия, соударении потоков при их объединении, резких изменениях формы сечений газоходов [86]. Оптимальное выполнение таких узлов, позволяет значительно снизить потери давления в газовом тракте.

В [4,44] приведены схемы выполнения цокольной части железобетонных дымовых труб с газоотводящим стволом конической формы при двухстороннем подводе газоходов . В цоколе железобетонных дымовых труб с газоотводящим стволом конической формы под углом 45° к оси газоходов устанавливается перегородка высотой 1,5Н, где Н — высота газохода. С каждой стороны перегородки имеются пандусы. Коэффициент сопротивления цоколя, отнесенный к динамическому напору в газоходе, составляет £=0,62. Для высокозольных топлив и при установке мокрых или комбинированных золоуловителей рекомендуется специальный ступенчатый цоколь с перегородкой, ориентированной к оси газохода под углом, несколько меньшим 45°, чтобы полностью исключить «мертвые» зоны по краям перегородки. Пандусы рекомендуется выполнять удлиненными, ступенчатыми, чтобы

исключить золовые отложения в газоходах в зоне ввода их в трубу. Коэффициент сопротивления такого цоколя, отнесенный к динамическому напору в газоходе, составляет £,=0,73.

В [4,44] приведены так же рекомендуемые схемы выполнения цокольной части железобетонных дымовых труб с газоотводящим стволом цилиндрической формы. В этих рекомендациях газоотводящий ствол дымовой трубы имеет цоколь, сечение которого обычно в два раза больше, чем сечение газоотводящего ствола, поэтому данные рекомендации не в полной мере отвечают запросам проектных организаций выполняющих проектирование дымовых труб.

В последние годы широкое распространение получили дымовые трубы с газоотводящим стволом из стеклопластика [3]. В этом случае газоотводящий ствол обычно выполняется с постоянным сечением по всей высоте дымовой трубы (без цоколя) и при вводе газоходов в газоотводящий ствол могут иметь место большие аэродинамические потери. Гладкоствольные дымовые трубы из стеклопластика имеют ряд преимуществ, таких как: отсутствие коррозии, быстрый монтаж, долговечность и удобство в обслуживании. При этом газоотводящие стволы из стеклопластика, в отличие от металлических труб, не требуют устройства теплоизоляции по наружной поверхности и устройства дополнительного защитного покрытия по внутренней поверхности, что значительно упрощает конструкцию дымовой трубы. Стволы вытяжных труб из стеклопластика устанавливаются в существующем или вновь смонтированном стальном каркасе, либо внутри железобетонной оболочки. Необходимая высота набирается из царг, соединяемых между собой раструбным соединением с последующей герметизацией. Монтаж производится методом "подращивания" сверху вниз с применением простейших подъемных механизмов, что значительно ускоряет и удешевляет монтажные работы. Применение стеклопластика для изготовления газоотводящих стволов дымовых труб позволяет увеличить их долговечность до 20-25 лет, увеличить вытяжную тягу за счет низкой шероховатости внутренних стенок, значительно уменьшить

вес, а также уменьшить разрушительное воздействие облака окутывания на оголовок трубы [28].

Другим путем снижения аэродинамического сопротивления газового тракта является снижение скорости потока, что может быть получено за счет увеличения сечении газоходов, а также снижения величины присосов воздуха в газовый тракт. Увеличение сечений газоходов приводит к росту капитальных затрат на их сооружение, поэтому этот путь может быть рекомендован в определенных пределах. Увеличения величины присосов воздуха в газовый тракт приводит к росту объемного расхода газов и увеличению скорости газов. Аэродинамическое сопротивление газового тракта пропорционально скорости газов в квадрате. Поэтому рост присосов воздуха приводит к резкому возрастанию аэродинамического сопротивления газового тракта. Снижение скорости газов в некоторых случаях может быть достигнуто путем перевода части дымовых газов в газоходы других котлов.

Согласно ряду постановлений и распоряжений правительства Российской Федерации [29,33,34,79] следует, что в период до 2030 года в России ожидается рост выработки электрической и тепловой энергии. Стратегия развития энергетики широко освещена в [7], а необходимость продолжения реформирования энергетики в [12]. В условиях увеличения выработки электрической и тепловой энергии в России исследования, результаты которых изложены в данной диссертации, используются для увеличения выработки электрической энергии и снижения затрат энергии на собственные нужды тепловых электрических станции и других теплоэнергетических объектов.

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество котлов с высоким аэродинамическим сопротивлением газового тракта, что не позволяет котлам нести номинальную нагрузку. Это вызвано установкой на котле дополнительного оборудования, изменением вида и характеристик топлива, повышенными присосами воздуха, техническими ошибками при проектировании и модернизации газовых трактов. Снижение развиваемого

дымососами давления так же может привести к снижению нагрузки котла. Отсутствие рекомендаций по оптимальному аэродинамическому выполнению ввода газоходов в дымовые трубы с газоотодящими стволами постоянного сечения приводило к повышенным аэродинамическим потерям на данном участке, а иногда и к ограничению мощности энергетической установки [32]

Решение данных задач является актуальным в условиях увеличения выработки электрической и тепловой энергии в России и увеличения стоимости топлива.

1.2. Методы исследования аэродинамики газовых трактов, математическая модель исследования

Исследование аэродинамики элементов газовоздушного тракта ТЭС может осуществляться разными путями, это: проведение аэродинамических испытаний на действующем оборудовании [66]; изготовление физических моделей различных элементов газового тракта и проведение на них аэродинамических исследований [47]; компьютерное моделирование и численное исследование течения газов в элементах газовоздушного тракта [82,87].

Проведение аэродинамических испытаний на действующем оборудовании позволяет, как правило, получить достоверные данные по аэродинамическим потерям (коэффициентам аэродинамического сопротивления) в определенных, уже смонтированных и работающих, элементах газовоздушного тракта ТЭС. Возможность изменения геометрии элементов газовоздушного тракта работающего объекта сопряжена с трудностями, так как для того чтобы изменить геометрию элемента необходимо останавливать оборудование и проводить работы по реконструкции. Останов оборудования приводит к недовыработке электроэнергии и, как следствие, к убыткам станции. Работы по реконструкции требуют дополнительных затрат денежных средств. По этим

причинам необходимо проводить исследование аэродинамики элементов газовоздушного тракта не на реальном объекте, а на физических моделях или с помощью компьютерных программ (ЗБ моделирование). Изготовление физических моделей требует больших временных затрат. Так же физическое моделирование сложно осуществить при большом числе возможных вариантов выполнения элемента газового тракта, так как для каждого варианта необходимо изготовить физическую модель и провести на ней серию опытов. Таким образом, для комплексного исследования элемента на натурных моделях затрачивается большое количество времени и денежных средств на изготовление моделей.

Компьютерное моделирование и численное исследование течения газов в элементе газовоздушного тракта позволяет отказаться от изготовления физических моделей и сократить временные затраты на проведение экспериментов. Так же при проведении компьютерного моделирования возможно достаточно быстро изменить геометрию модели. Результаты моделирования, полученные с использованием современных компьютерных программ, показывают высокую сходимость результатов с нормативными данными и с экспериментальными данными, полученными на действующих объектах [2].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Григорьев, Илья Викторович, 2014 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аксенов A.A., Гудзовский A.B. Пакет прикладных программ Flow Vision. — М.: МФТИ, сер. Аэрофизика и прикладная математика, 1998, - с. 45-56.

2. Аксенов A.A., Шмелев В. В., Смирнова М. JL, Банкрутенко В. В., Нетронин И. В., Будников A.B., Рогожкин С.А. Сертификация системы моделирования движения жидкости и газа FlowVision. - САПР и графика, 2006, № 4, — с. 27.

3. Асташкин В.М., Жолудов B.C., Корсунский А.З. и др. Дымовые трубы: традиции и инновации. - Челябинск: Южно-Уральский гос. ун-т, 2011, -496 с.

4. Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод). — JL: Энергия, 1977,-256 с.

5. Волков Э.П., Гаврилов Е.И., Дужих Ф.П. Газоотводящие трубы ТЭС и АЭС -М.: Энергоатомиздат, 1987,-280 с.

6. Волков Э.П., Грибков A.M. Влияние ствольности дымовых труб на подъем и рассеивание дымового факела. — Теплоэнергетика, 1978, № 4, — с. 84-87.

7. Волков Э.П. О стратегии развития электроэнергетики России. — Электрические станции, 2007, № 11, — с. 32-42.

8. ГОСТ 28195-86. Оценка качества программных средств. Общие положения.

9. ГОСТ Р ИСО/МЭК 12119-2000. Информационная технология. Пакеты программ. Требования к качеству и тестирование.

10. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93. Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководство по их применению.

11. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9294-93. Информационная технология. Руководство по управлению документированием программного обеспечения.

12. Григорьев A.B. Необходимость продолжения реформ в электроэнергетике. — Энергетик, № 2, 2012, — с. 6-8.

13. Григорьев И.В., Прохоров В.Б. Перевод части дымовых газов из газохода энергетического котла в газоход ПВК. Труды двадцатой международной

научно-практической конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника, энергетика» Издат. дом МЭИ, 2014, т. 4, — с. 83.

14. Григорьев И.В., Прохоров В.Б. Реконструкция газоходов на участке от выхода из электрофильтров до дымососов блока № 4 Троицкой ГРЭС. Труды девятнадцатой международной научно-практической конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника, энергетика» Издат. дом МЭИ, 2013, т. 4, - с. 76.

15. Григорьев И.В., Прохоров В.Б., Фоменко М.В. Оптимизация газового тракта блока 300 МВт Троицкой ГРЭС. - Вестник МЭИ, 2013, № 5, - с. 27-33.

16. Григорьев И.В., Прохоров В.Б., Фоменко М.В. Перевод части дымовых газов энергетического котла в газоход пиковых водогрейных котлов с целью снижения аэродинамического сопротивления газового тракта энергетического котла. — Энергосбережение и водоподготовка, 2014, № 2, — с. 24-29.

17. Добряков Т.С., Мигай В.К., Назаренко B.C. и др. Воздухоподогреватели котельных установок. —Д.: «Энергия», 1977, - 184 с.

18. Идельчик И.Е. Аэродинамика технологических аппаратов (подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов). - М.: Машиностроение, 1983, -288 с.

19. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Под ред. М. О. Штейнберга. - 3-е изд., перераб. и доп. —М.; Машиностроение, 1992,— 672 с.

20. Камельман Д.Н., Эскин Н.Б. Наладка котельных установок: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1989, — 320 с.

21.Кондратин Т.В., Ткаченко Б.К., Березникова М.В., Евдокимов A.B., Зуев А.П. Применение пакетов прикладных программ при изучении курсов механики жидкости и газа: Учебное пособие — М.: МФТИ, 2005. — 104 с.

22. Лебедев В.Г., Тувальбаев Б.Г., Чернов C.JI. Особенности работы дымовых труб и их элементов в условиях переменной температуры уходящих газов. — Известия академии промышленной экологии, 1999, №3, — с.37-39.

23. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. -М.: Экономика, 2000, - 421 с.

24. Методические указания по регулированию тарифов с применением метода доходности инвестированного капитала: Приложение к Приказу ФСТ от 26 июня 2008 г. № 231-э.

25. Михайлов В.Е., Страшников A.A., Севастьянова Т.В. Использование пакета FlowVision для моделирования воздухозаборного тракта ГТЭ—110 Ивановской ГРЭС. Труды международной научно-практической конференции «Инженерные системы-2009». - М.: РУДН, 2009. - с. 59-63.

26. Области применения программного комплекса FlowVision [Электронный ресурс]. Официальный сайт инжиниринговой компании Тесис. URL: http://www.tesis.com.ru/software/flowvision/applics.php (дата обращения: 14.01.2014).

27. Опыт использования программного комплекса FlowVision [Электронный ресурс]. Официальный сайт инжиниринговой компании Тесис. URL: http://www.tesis.com.ru/sofitware/flowvision/fV_exp.php (дата обращения: 14.01.2014).

28. Опыт применения газоотводящих стволов изготовленных из стеклопластика [Электронный ресурс]. Официальный сайт производственно-строительной фирмы Энерго. URL: http://www.truba-energo.ru/specifika/ (дата обращения: 10.01.2014).

29. Постановление правительства РФ «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации» от 11.07.2001 № 526 (в редакции Постановления Правительства РФ от 01.02.2005 № 49).

30. Проведение испытаний дымососов ДОД-31,5Ф котлоагрегата энергоблока № 8 ТЭЦ-23.Отчет ВГУП ВНИИАМ, 2003.

31. Прохоров В.Б., Киричков B.C., Григорьев И.В. и др. База данных мониторинга энергетических и экологических показателей объектов теплоэнергетики на территории Москвы «MosPowerHeat». Свидетельство № 2013620174 от 9 января 2013 г. -М.: Роспатент, 2013 г.

32. Прохоров В.Б., Фоменко М.В., Григорьев И.В. Аэродинамическая оптимизация узла ввода газоходов в дымовую трубу с помощью компьютерного моделирования течения газового потока. — Теплоэнергетика, 2012, №3,-с. 28-33.

33. Распоряжение Правительства РФ от 01.12.2009 г. № 1830-р «Об утверждении плана мероприятий по энергосбережению и о повышении энергетической эффективности в Российской Федерации».

34. Распоряжение Правительства РФ от 13.11.2009 г. № 1715-р «Об Энергетической стратегии России на период до 2030 года».

35. Рихтер JI.A., Андрианов С.Г., Туальбаев Б.Г. и др. Дымовая труба с цилиндрической верхней частью . - Электрические станции, 1981, №9, - с. 25-27.

36. Рихтер JT.A. Аэродинамические характеристики дымовых труб. — Электрические станции, 1968, № 4, - с. 11-14.

37. Рихтер JI.A. Влияние аэродинамических факторов на эффективность работы электрофильтра. — Электрические станции, 1957, № 10, — с. 30-36.

38. Рихтер JI.A., Волков Э.П., Кормилицын В.И., Тепловой подъем газов из дымовых труб ТЭС. - Теплоэнергетика, 1973, № 2, — с. 52-57.

39. Рихтер JI.A., Волков Э.П., Прохоров В.Б. Оптимизация элементов газовоздушного тракта ТЭС. - «Труды МЭИ», 1975, вып. 252, - с. 120-125.

40. Рихтер JI.A. Вопросы аэродинамики газовоздухопроводов и регулирования тягодутьевых машин электростанций. -М.: Госэнергоиздат, 1959. — 136 с.

41. Рихтер JI.А., Гаврилов Е.И. Избыточное давление в дымовых трубах и способы его устранения. — Электрические станции, 1974, № 4, — с. 38-41.

42. Рихтер Л.А., Гаврилов Е.И., Прохоров В.Б. Причины и условия возникновения процесса самоокутывания дымовых труб. — Теплоэнергетика, 1980, № 11, —с. 15-18.

43. Рихтер Л.А., Гаврилов Е.И., Чупраков А.И. Выбор диффузоров для дымовых труб. - Известия вузов. Энергетика, 1976, № 4, - с. 69-74.

44. Рихтер Л.А. Газовоздушные тракты тепловых электростанций — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 264 с.

45. Рихтер Л.А. Изыскание форма элементов газовоздухопроводов тепловых электростанций. — Известия вузов. Энергетика, 1967, № 1, - с. 65-71.

46. Рихтер Л.А., Ильинская О.Н. Газораспределение в электрофильтрах с высокими электродами. - Электрические станции, 1975, № 1, с. 30-34.

47. Рихтер Л.А. Исследование на моделях элементов газовоздухопроводов тепловых электростанций. — Теплоэнергетика, 1957, № 1, - с. 21-23.

48. Рихтер Л.А., Козлов Ю.Г. Влияние неравномерности потока на эффективность работы многокорпусных электрофильтров. — Электрические станции, 1966, № 11, - с. 20-23.

49. Рихтер Л.А., Кормилицын В.И. Анализ схем эвакуации дымовых газов ТЭЦ.

- Теплоэнергетика, 1971, № 9, - с. 23-28.

50. Рихтер Л.А., Кормилицын В.И. Применение многоствольных дымовых труб на ТЭЦ. - Электрические станции, 1971, № 7, - с.30-33.

51. Рихтер Л.А. Марченко В.М., Гаврилов Е.И. Диффузоры на дымовых трубах.

- Энергетическое строительство, 1971, № 6, — с. 8-11.

52. Рихтер Л.А., Салов Ю.В., Семашко Н. А. Аэродинамическая оптимизация элементов газопоздухопроводов ТЭС. — Известия вузов. Энергетика, 1975, №6,-с. 51-57.

53. Рихтер JI.А., Салов Ю.В., Семашко Н.А. Рациональное проектирование поворотов для газовоздухопроводов тепловых электростанций. — Известия вузов. Энергетика, 1978, № 8, — с. 82-86.

54. Рихтер Л.А., Салов Ю.В. Технико-экономический расчет скоростей во внешних газоходах ТЭС. - Теплоэнергетика, 1967, № 11, — с. 44-47.

55. Рихтер Л.А. Тепловые электрические станции и защита атмосферы. — М.: Энергия, 1975, - 312 с.

56. Рихтер Л.А. Технико-экономические основы выбора скоростей в газовоздухопроводах котлоагрегатов. — Теплоэнергетика, 1960, № 4, — с. 2429.

57. Рихтер Л.А., Тувальбаев Б.Г. Выбор дымовых труб пиковых теплофикационных водогрейных котлов. — Теплоэнергетика, 1968, № 2, — с. 33-37.

58. Рихтер Л.А. Тяга и дутье на тепловых электростанциях. — М.: Госэнергоиздат, 1962. — 200 с.

59. Росляков П.В., Егорова Л.Е., Новожилова Л.Л. и др. Исследование полей скоростей и концентраций продуктов сгорания в дымовой трубе ТЭС. — Теплоэнергетика, 2006, № 5, - с. 17-25.

60. Росляков П.В., Ионкин И.Л., Закиров И.А., Егорова Л.Е. Численное моделирование закрученных течений в стволе дымовой трубы. Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках: Тезисы докладов Второй Российской конференции. - М.: Издательство МЭИ, 2005, — с. 144-145.

61. Росляков П.В., Ионкин И.Л., Новожилова Л.Л. Численное исследование аэродинамики закрученных потоков в трубах и газоходах. Прикладные исследования в механике. Труды V научной конференции «Инженерные системы - 2007». - М.: ЦИАМ, 2007. - с. 33-42.

62. Росляков П.В., Новожилова Л.Л. Численное исследование распределения полей скоростей и концентраций продуктов сгорания в стволе дымовой трубы ТЭС. Труды тринадцатой международной научно-практической

конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника, энергетика» Издат. дом МЭИ, 2007, т. 3, - с. 228-230.

63. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Кузнецова Н.В. и др. - М.: «Энергия», 1973, - 296 с.

64. Теплоэнергетика и теплотехника. Кн. 3. Тепловые и атомные электростанции: Справочник. Под общ. ред. чл.-корр. РАН Клименко A.B. и проф. Зорина В.М. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2007, - 648 с.

65. Теплоэнергетика и теплотехника. Кн. 4.Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. Под общ. ред. чл.-корр. РАН Клименко A.B. и проф. Зорина В.М. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2007, -632 с.

66. Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева A.A. Теплотехнические испытания котельных установок. - М.: Энергия, 1977, — 296 с.

67. Тувальбаев Б.Г., Зиновьев A.B. Конструкторские методы защиты дымовых труб от самоокутывания. - Теплоэнергетика, 1998, № 7, - с. 36-41.

68. Тувальбаев Б.Г. Оптимизация аэродинамических конструкция газовоздухопроводов ТЭС. - Изв. вузов. Энергетика, 1973, №10, — с. 77-82

69. Тувальбаев Б.Г., Чернов СЛ., Ефимов В.Н., Осоловский В.П. Определение темпов снижения прочностных характеристик конструкционных материалов дымовых труб. — Изв. Академии промышленной экологии, 1999, №1,-с.71-78.

70. ТУ 0595-ТУ/2005. Система моделирования жидкости и газа FlowVision. Технические условия.

71. Фадеев С.А., Волков Э.П., Гаврилов Е.И., Прохоров В.Б. Исследование подъема дымового факела над устьем газоотводящих труб ТЭС. — Теплоэнергетика, 1984, № 1,-с.57-59.

72. Фоменко М.В., Григорьев И.В., Прохоров В.Б. 3D моделирование и оптимизация течения потоков газа в узле ввода газоходов в дымовую трубу.

Труды семнадцатой международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника, энергетика» Издат. дом МЭИ, 2011, т. 3, - с. 144-146.

73. Фоменко М.В., Григорьев И.В., Прохоров В.Б. Снижение аэродинамического сопротивления газового тракта котла ТГМП-314. Труды восемнадцатой международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника, энергетика» Издат. дом МЭИ, 2012, т. 4, - с. 111.

74. Черный Г.Г. Газовая динамика. -М.: Наука, 1988, — 424 стр.

75. Шеин И.С. Оптимизация развития систем теплоснабжения городов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2012 г.

76. Шишков И.А. и др. Дымовые трубы энергетических установок. —М.: «Энергия», 1976, — 176 с.

77. Экономика энергетики / Под редакцией Рогалева Н.Д. — М.: Издательство МЭИ, 2005,-288 с.

78. Экономическая теория: Учебник / Под общей ред. акад. Видяпина В.И., Добрынина А.И., Журавлевой Г.П., Тарасевича JI.C. -М.: ИНФРА-М., 2003, -714 с.

79. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. Распоряжение Правительства РФ от 28 августа 2003 г. № 1234-р.

80. Aerodynamic effects on a non-typical steel chimney 120 m high. - Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, December 1996, - p. 77-86.

81. A numerical study of the longitudinal thermoconvective rolls in a mixed convection flow in a horizontal channel with a free surface. - International Journal of Heat and Fluid Flow, August 2013, - p. 265-277.

82. D. Brian Spalding, Suhas V. Patankar, Andrew Pollard and Ashok K. Singhal. Numerical Prediction of Flow, Heat Transfer, Turbulence and Combustion. Pergamon Press. Elsevier Ltd. 1983, - 430 p.

83. Experimental and numerical investigation on the flow field within a compact inlet duct. - International Journal of Heat and Fluid Flow, September 2013, — p. 334342.

84. FlowVision software: Numerical simulation of industrial CFD applications on parallel computer systems. - Parallel Computational Fluid Dynamics, 2004, - p. 401-408.

85. Pierru A., Babusiaux D. WACC and free cash flows: A simple adjustment for capitalized interest costs. - Quarterly Review of Economics and Finance, 2010, vol. 50, iss. 2,-p. 240-243.

86. Tuncer Cebeci. Analysis of Turbulent Flows. Elsevier Ltd. Long Beach, California, USA, 2004, - 376 p.

87. Tuncer Cebeci. Analysis of Turbulent Flows with Computer Programs (Third Edition). Elsevier Ltd. Long Beach, California, USA, 2013, - 450 p.